熊田忠， 孫承志， 吉順平， 黃 捷， 張家海

(三江學(xué)院 機(jī)械與電氣工程學(xué)院，南京 210012)

應(yīng)用型本科運(yùn)動(dòng)控制課程立體化教學(xué)模式探討

熊田忠， 孫承志， 吉順平， 黃 捷， 張家海

(三江學(xué)院 機(jī)械與電氣工程學(xué)院，南京 210012)

針對(duì)應(yīng)用型本科運(yùn)動(dòng)控制課程，分析了學(xué)生情況、課程特點(diǎn)、師資條件、硬件設(shè)備、課程實(shí)施、教學(xué)資源等現(xiàn)狀，提出了課程立體化教學(xué)模式。對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化；介紹了理論課、實(shí)踐課教材和其他超文本資源等立體化資源建設(shè)；闡述了項(xiàng)目教學(xué)、因材施教、因時(shí)施教、空間拓展等立體化教學(xué)方法。實(shí)踐證明，這些教學(xué)改革有利于培養(yǎng)應(yīng)用型人才，取得了比較好的教學(xué)效果。

應(yīng)用型本科； 運(yùn)動(dòng)控制； 立體化教學(xué)模式； 內(nèi)容優(yōu)化； 立體化資源； 教學(xué)方法

0 引 言

《中國(guó)制造2025》將帶來(lái)全新的制造業(yè)時(shí)代，對(duì)高校教育而言，集中反映在如何培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代需要的高素質(zhì)人才上[1]。高校一般分為3種基本類(lèi)型[2]：學(xué)術(shù)性研究型大學(xué)，專(zhuān)業(yè)性應(yīng)用型大學(xué)和職業(yè)性技能型院校(高職高專(zhuān))。在我國(guó)，介于研究型和技能型人才之間將高深學(xué)問(wèn)轉(zhuǎn)化為社會(huì)生產(chǎn)力的應(yīng)用型人才，近年來(lái)逐步受到重視，應(yīng)用型人才成為社會(huì)需求的大多數(shù)，培養(yǎng)應(yīng)用型人才也成為多數(shù)高校的當(dāng)務(wù)之急[2-4]。應(yīng)用型人才根據(jù)學(xué)歷層次不同，又可分為專(zhuān)科、本科和研究生層次[5]，高校分類(lèi)發(fā)展的最終目的是提高質(zhì)量。任何教育最終效果取決于直接面對(duì)學(xué)生的課程建設(shè)和實(shí)施過(guò)程，因此課程建設(shè)是當(dāng)前提高高等教育質(zhì)量的核心環(huán)節(jié)，應(yīng)用型本科也不例外[2,6]。關(guān)于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的討論許多文獻(xiàn)從不同視角進(jìn)行了討論[2-10]，筆者認(rèn)為，工科應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案和課程建設(shè)要瞄準(zhǔn)工程應(yīng)用、多元交叉的技術(shù)知識(shí)結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新意識(shí)、社會(huì)責(zé)任感、工程師素質(zhì)和工匠精神等多方面來(lái)進(jìn)行立體化教學(xué)改革實(shí)踐。

在自動(dòng)化相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程體系中，運(yùn)動(dòng)控制課程是一門(mén)具有知識(shí)面寬，專(zhuān)業(yè)知識(shí)背景深，綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)的主干課程，其教學(xué)質(zhì)量好壞對(duì)學(xué)生未來(lái)的就業(yè)和深造將產(chǎn)生直接影響[11-14]。本文以應(yīng)用型本科運(yùn)動(dòng)控制課程為例，從教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、教學(xué)資源建設(shè)、教學(xué)方法等方面進(jìn)行立體化教學(xué)模式的探討。

1 現(xiàn)狀與模式提出

得益于扎實(shí)的基礎(chǔ)教育，我國(guó)應(yīng)用型本科生源較好，通常為高考錄取本科第二、第三批學(xué)生?？傮w來(lái)看，這些學(xué)生靜下心來(lái)鉆研抽象理論的能力相對(duì)欠缺；但其優(yōu)點(diǎn)也很明顯：通常有較強(qiáng)的動(dòng)覺(jué)，對(duì)應(yīng)用技術(shù)有較濃的興趣，對(duì)新技術(shù)易于接受，勇于實(shí)踐，有較好的計(jì)算機(jī)應(yīng)用和外語(yǔ)基礎(chǔ)，受過(guò)一定挫折(至少高考相對(duì)失利)后心里承受能力較強(qiáng)，這就具備了應(yīng)用型人才很好的毛胚；當(dāng)然，由于家庭、學(xué)校、社會(huì)的綜合影響，這些“溫室花朵”新生代們也大量存在慵懶、迷茫、自尊心較強(qiáng)、自信心不足、表達(dá)溝通能力欠缺、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)不強(qiáng)等現(xiàn)象。

課程特點(diǎn)上，由于運(yùn)動(dòng)控制和過(guò)程控制是自動(dòng)化的兩個(gè)分支，絕大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的控制問(wèn)題都可歸結(jié)為這兩類(lèi)控制，具有基礎(chǔ)性、典型性；而運(yùn)動(dòng)控制主要與機(jī)械自動(dòng)化直接相關(guān)，其應(yīng)用廣泛、連接直觀、實(shí)時(shí)性要求高，綜合了機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、電氣、控制理論等技術(shù)，具有幾種技術(shù)復(fù)合交叉的性質(zhì)，特別適合作為應(yīng)用型人才培養(yǎng)的核心課程來(lái)開(kāi)設(shè)。

師資方面，多數(shù)應(yīng)用型本科高校為新建本科院校，師資嚴(yán)重缺乏，呈現(xiàn)出青黃不接、行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不足、沿襲傳統(tǒng)教育方式需要轉(zhuǎn)型等問(wèn)題。應(yīng)用型本科教育的效果很大程度上取決于教師的引導(dǎo)，可采取請(qǐng)進(jìn)有豐富工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和有授課熱情與能力的企業(yè)工程師進(jìn)行實(shí)踐課程教學(xué)；既有專(zhuān)業(yè)課教師特別是年輕骨干教師走出去到企業(yè)實(shí)習(xí)鍛煉，學(xué)校政策上鼓勵(lì)他們多承接企業(yè)橫向科研項(xiàng)目。采取“引進(jìn)來(lái)，走出去”建設(shè)一支理論和實(shí)踐雙能的專(zhuān)業(yè)課師資隊(duì)伍。

硬件條件，多數(shù)新建應(yīng)用型高校沒(méi)有太大歷史包袱，運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的配置上可以比較新、起點(diǎn)較高，甚至可以直接采用工業(yè)領(lǐng)域通用的設(shè)備。為克服資金不足和鍛煉師生實(shí)踐能力，在充分調(diào)研基礎(chǔ)上，可以鼓勵(lì)師生通過(guò)課外創(chuàng)新活動(dòng)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備，充分體現(xiàn)管理的靈活與創(chuàng)新。

課程實(shí)施，目前應(yīng)用型本科院校在理論教學(xué)上力求緊跟傳統(tǒng)重點(diǎn)高校，教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)難度和水平，有些“不甘落后”，其結(jié)果往往是學(xué)生難以消化吸收，導(dǎo)致疲于應(yīng)付考試乃至最終放棄；而實(shí)踐教學(xué)上往往流于形式，導(dǎo)致學(xué)生不動(dòng)腦的“動(dòng)手”，只會(huì)照搬照抄。

教學(xué)資源方面，傳統(tǒng)單一課本模式已經(jīng)不適合當(dāng)代求新求變的大學(xué)生們，不適應(yīng)快節(jié)奏的社會(huì)生活，顯得非常落后了。教學(xué)項(xiàng)目的選取存在不夠典型、載體不夠明確、主線不鮮明、結(jié)構(gòu)不完整，呈現(xiàn)出碎片化、邏輯混亂的現(xiàn)象。

本文根據(jù)應(yīng)用型本科運(yùn)動(dòng)控制課程特點(diǎn)，遵循理論到位夠用、注重技術(shù)交叉的知識(shí)廣度、加強(qiáng)項(xiàng)目實(shí)踐、關(guān)注認(rèn)知規(guī)律進(jìn)行課程立體化教學(xué)模式探討，如圖1所示。

圖1 運(yùn)動(dòng)控制課程立體化教學(xué)模式框圖

圖1所示立體化教學(xué)模式目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)科技術(shù)綜合交叉復(fù)合應(yīng)用型人才；頂層是以?xún)?yōu)化教學(xué)內(nèi)容為重點(diǎn)的理論課教材、以項(xiàng)目實(shí)踐為重點(diǎn)的實(shí)踐課教材和超文本資源等立體化的教學(xué)資源建設(shè)；最底層是以三種常用控制器為主線的嵌入式與系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)，分立元件與集成芯片相結(jié)合的硬件設(shè)計(jì)為訓(xùn)練要素，以機(jī)器人、智能車(chē)、自動(dòng)化專(zhuān)機(jī)為載體的項(xiàng)目教學(xué)作基礎(chǔ)；并輔以因材施教為主的教學(xué)方法。該模式不是“泥沙俱下，狂轟濫炸”，而是有主線意識(shí)，提供的都是“干貨”，各有側(cè)重點(diǎn)，勿使簡(jiǎn)單重復(fù)、枯燥乏味、貪多嚼不爛。實(shí)施時(shí)也需動(dòng)之以情、曉之以理、做出實(shí)物、展示前景、激發(fā)興趣，使得學(xué)生有成就感、自豪感，注重非智力因素的作用[16-17]。

2 課程內(nèi)容優(yōu)化

課程內(nèi)容不宜沿襲重點(diǎn)高校相關(guān)課程傳統(tǒng)做法，大量理論知識(shí)須弱化，更應(yīng)注重系統(tǒng)外特性和各部分選型匹配；為符合本科層次教學(xué)要求，也不能將課程要求無(wú)故降低，學(xué)生僅會(huì)“依葫蘆畫(huà)瓢”也是不行的。

2.1 傳感器、執(zhí)行器

重點(diǎn)講解運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)且應(yīng)用廣泛的旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器、光柵尺等傳感器原理、特點(diǎn)、主要參數(shù)、選型等。將相關(guān)傳感器在空間上垂直或錯(cuò)開(kāi)1/4節(jié)距，正弦、余弦電信號(hào)的這種“正交”概念進(jìn)行一般化，重點(diǎn)講解其中一種原理，讓學(xué)生體會(huì)其辨別方向的共性，做到既不重復(fù)，又及時(shí)總結(jié)得出結(jié)論。

借用過(guò)程控制的執(zhí)行器概念，將弱電到強(qiáng)電信號(hào)轉(zhuǎn)換放大部分和具體執(zhí)行元件合起來(lái)稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)控制執(zhí)行器，附加說(shuō)明過(guò)程控制領(lǐng)域執(zhí)行器的兩部分是合起來(lái)一個(gè)產(chǎn)品，而運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域有可能分開(kāi)。主要講解步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)、兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)、三相異步電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)等，從結(jié)構(gòu)、控制電壓電流波形、原理、驅(qū)動(dòng)器主電路、數(shù)字控制、特點(diǎn)應(yīng)用等方面以表格方式總結(jié)出各控制電機(jī)相互之間的區(qū)別和聯(lián)系。驅(qū)動(dòng)放大器部分，介紹分立元件和集成芯片加外圍電路兩種形式設(shè)計(jì)各類(lèi)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)還需增加數(shù)字電路或軟件實(shí)現(xiàn)環(huán)形脈沖分配器的原理。另外，直線電動(dòng)機(jī)、超聲波電動(dòng)機(jī)、液壓與氣動(dòng)基本組成、原理、特點(diǎn)等可概略選講。

2.2 步進(jìn)、直流、交流伺服系統(tǒng)

首先理清“伺服”概念，學(xué)術(shù)上對(duì)速度、位置、力等的跟蹤統(tǒng)稱(chēng)伺服系統(tǒng)，工業(yè)界通常將精確定位(位置伺服)稱(chēng)為伺服系統(tǒng)，這樣既定義準(zhǔn)確又接地氣。

步進(jìn)伺服部分，主要說(shuō)明步進(jìn)電動(dòng)機(jī)速度和定位數(shù)字化控制容易，在低速度、低負(fù)載、低精度場(chǎng)合應(yīng)用廣泛。另從系統(tǒng)的角度，重點(diǎn)講解機(jī)電匹配設(shè)計(jì)，將轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、傳動(dòng)比、轉(zhuǎn)矩、末端速度、脈沖當(dāng)量、精度等選取原則以及相互關(guān)系講清楚，做到權(quán)衡、折中，滿足工藝要求。機(jī)電匹配問(wèn)題在其他伺服系統(tǒng)中，其設(shè)計(jì)思路類(lèi)似，故不再重復(fù)。

直流伺服部分，說(shuō)明直流伺服電動(dòng)機(jī)與普通直流電動(dòng)機(jī)相比，在原理上的一致性和結(jié)構(gòu)上的特殊性；復(fù)習(xí)電機(jī)學(xué)課程直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性、電磁力矩、反電動(dòng)勢(shì)等公式，以及電壓平衡、轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)平衡方程式，解析法推導(dǎo)其控制的數(shù)學(xué)模型，并做模型簡(jiǎn)化，讓學(xué)生了解推導(dǎo)過(guò)程并掌握結(jié)論，從而理解直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單、控制容易的特點(diǎn)；重點(diǎn)講解速度單閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)過(guò)程，以及最終理解速度電流雙閉環(huán)控制(串級(jí)控制)的快速性、抗干擾性和超調(diào)特點(diǎn)，這部分理論較抽象，有一定難度，但又必須突破；另外，通過(guò)Matlab、C語(yǔ)言程序示例指數(shù)平滑濾波、傳遞函數(shù)的雙線性變換、PID等基本數(shù)字化實(shí)現(xiàn)方法，可以將抽象概念向?qū)嶋H應(yīng)用推進(jìn)一步。

交流伺服部分，簡(jiǎn)介變頻調(diào)速理論，包括矢量控制。矢量控制理論對(duì)于應(yīng)用型本科學(xué)生很難從數(shù)學(xué)、理論上深入下去，只談坐標(biāo)變換的目的、由來(lái)及結(jié)論，最后落實(shí)到三相異步電動(dòng)機(jī)定子磁場(chǎng)定向直接矢量控制框圖上，讓學(xué)生了解矢量控制思想即可。

2.3 單軸位置伺服

單軸位置伺服主要講解其組成、結(jié)構(gòu)、特性、性能改善措施等，以位置、速度、電流三閉環(huán)結(jié)構(gòu)最普遍，并講解數(shù)字控制時(shí)三環(huán)采樣周期及其相互關(guān)系。指出位置通常不能有超調(diào)，故采用比例或比例-微分調(diào)節(jié)器。

2.4 多軸協(xié)調(diào)控制

多軸運(yùn)動(dòng)控制協(xié)調(diào)主要講解3種應(yīng)用：點(diǎn)位控制、輪廓控制和同步控制。點(diǎn)位控制強(qiáng)調(diào)終點(diǎn)位置的準(zhǔn)確性和運(yùn)動(dòng)過(guò)程的快速性的兼顧；輪廓控制強(qiáng)調(diào)輪廓誤差控制是第一位的，通常速度較低；同步控制包括電子齒輪和電子凸輪，且電子齒輪是電子凸輪的特殊形式。

另外介紹插補(bǔ)原理、數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)。說(shuō)明插補(bǔ)原理是輪廓控制的基礎(chǔ)，以逐點(diǎn)比較法為例講解，便于學(xué)生理解，但要說(shuō)明該插補(bǔ)原理工業(yè)上幾乎不用了。數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)不需涉及太多機(jī)械加工工藝，可讓學(xué)生采用數(shù)控代碼繪制自選有特色的輪廓圖形，以提高學(xué)習(xí)興趣；學(xué)生理解運(yùn)動(dòng)控制底層原理后，再看數(shù)控代碼實(shí)現(xiàn)輪廓控制，會(huì)產(chǎn)生先難后易的喜悅，非數(shù)控專(zhuān)業(yè)方向的學(xué)生對(duì)數(shù)控也不再感到神秘難懂。

2.5 可選內(nèi)容

運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是發(fā)展的，一些實(shí)用性、前瞻性相關(guān)技術(shù)均可在本課程適當(dāng)選講，以拓展視野、指明方向，如運(yùn)動(dòng)控制仿真、機(jī)器視覺(jué)、機(jī)器人等。特別是教師科研等實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目案例可以適當(dāng)向?qū)W生介紹。

2.6 與相關(guān)課程的銜接、分工

運(yùn)動(dòng)控制是綜合性、應(yīng)用性較強(qiáng)的課程，與電機(jī)學(xué)、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)、控制電機(jī)、機(jī)電控制技術(shù)、Matlab、單片機(jī)、C語(yǔ)言、監(jiān)控組態(tài)軟件、傳感器與檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制原理、電力電子技術(shù)、電子技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、機(jī)器人等課程都相關(guān)，要做好先修和后續(xù)課程之間銜接、分工，避免重復(fù)，又要相互映襯，形成統(tǒng)一整體。

3 立體化教學(xué)資源建設(shè)

3.1 理論課教材

運(yùn)動(dòng)控制課程理論課教材，除概念系統(tǒng)化、體現(xiàn)知識(shí)體系外，按照以上內(nèi)容優(yōu)化進(jìn)行組織編寫(xiě)，理論足夠到位；輕公式推導(dǎo)，重結(jié)論意義；輕內(nèi)部原理，重外部特性和選型應(yīng)用。編寫(xiě)了《運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)與應(yīng)用》教材，列為中國(guó)輕工業(yè)出版社應(yīng)用型本科 “十二五”規(guī)劃教材，目前已是第二版，被國(guó)內(nèi)諸多高校選用，經(jīng)過(guò)幾輪使用，效果良好。

3.2 實(shí)踐課教材

編寫(xiě)了《運(yùn)動(dòng)控制實(shí)踐教程》一書(shū)，獲江蘇省教育廳2015年高等學(xué)校重點(diǎn)教材立項(xiàng)建設(shè)。內(nèi)容包括運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的概述、基本實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)類(lèi)課題、畢業(yè)設(shè)計(jì)類(lèi)課題和創(chuàng)新實(shí)踐等。以基于PC運(yùn)動(dòng)控制卡的XY平臺(tái)為基本實(shí)驗(yàn)載體，還包括工程實(shí)際常用的變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)器、PLC定位模塊、PLC的PID控制、機(jī)床回零及其實(shí)現(xiàn)、運(yùn)動(dòng)控制卡的VC/VB開(kāi)發(fā)、基于單片機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器開(kāi)發(fā)應(yīng)用、工業(yè)機(jī)器人、機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用初步、服務(wù)機(jī)器人研制、四旋翼飛行器設(shè)計(jì)等內(nèi)容。采用了圖文步驟說(shuō)明方式便于讀者快速入門(mén)；大量典型實(shí)例，便于讀者DIY(Do It Yourself)；部分實(shí)例來(lái)源于實(shí)際工程項(xiàng)目。本書(shū)兼顧教材和工程應(yīng)用性，沒(méi)有過(guò)多理論，讀者按照所描述的步驟即能入門(mén)，完成簡(jiǎn)單的工程，并循序漸進(jìn)、不斷深入。

3.3 其他超文本教學(xué)資源

理論和實(shí)踐課程課件要配套做好；直觀的圖片視頻展示，可以有效彌補(bǔ)行業(yè)知識(shí)的不足，應(yīng)當(dāng)精心準(zhǔn)備；工控網(wǎng)等網(wǎng)站、論壇應(yīng)向?qū)W生介紹，鼓勵(lì)他們多看多問(wèn)多參與；網(wǎng)絡(luò)課程可以適時(shí)開(kāi)展，加強(qiáng)師生互動(dòng)。這些超文本教學(xué)資源可以很好地輔助課程學(xué)習(xí)，有時(shí)會(huì)起到意想不到的良好效果。

4 立體化教學(xué)方法

4.1 項(xiàng)目教學(xué)

項(xiàng)目教學(xué)法是應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)的主流模式，運(yùn)動(dòng)控制的技術(shù)交叉綜合性的特點(diǎn)更需要項(xiàng)目教學(xué)來(lái)提升效果，著力培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)創(chuàng)新的工程師素質(zhì)和精益求精的工匠精神。要注意項(xiàng)目的典型性、多層次、多類(lèi)型、全過(guò)程、漸進(jìn)性等特點(diǎn)。

項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和選取要根據(jù)實(shí)際情況，有重點(diǎn)地體現(xiàn)電子、電力電子、單片機(jī)、控制方法、機(jī)電設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的綜合運(yùn)用；要有意識(shí)有重點(diǎn)地培養(yǎng)電路設(shè)計(jì)、嵌入式開(kāi)發(fā)、軟件應(yīng)用、硬件選型、系統(tǒng)集成、資料搜索、團(tuán)隊(duì)管理、匯報(bào)交流等能力；綜合性項(xiàng)目要體現(xiàn)開(kāi)放性，使得學(xué)生在充分調(diào)研現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用已學(xué)知識(shí)，主動(dòng)自學(xué)新知識(shí)，分析和解決實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

必做項(xiàng)目的選取要具有典型性，需要找到運(yùn)動(dòng)控制項(xiàng)目的“果蠅”。單片機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就是運(yùn)動(dòng)控制入門(mén)級(jí)項(xiàng)目，其核心是環(huán)形脈沖分配器+放大器的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)和軟件控制脈沖個(gè)數(shù)和頻率。該項(xiàng)目也可演變成多種類(lèi)型：選取不同單片機(jī)或PLC控制器；驅(qū)動(dòng)器(環(huán)形脈沖分配器+放大器)部分可選取分立元器件設(shè)計(jì)、集成芯片設(shè)計(jì)、或直接購(gòu)置步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品等方式；軟件控制上可采取定時(shí)器中斷控制、加減速控制、直接利用單片機(jī)PWM資源控制、軟件實(shí)現(xiàn)環(huán)形脈沖分配器控制、兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的插補(bǔ)控制、多電動(dòng)機(jī)同步控制等；結(jié)合智能窗簾、遙控小車(chē)等實(shí)現(xiàn)具體應(yīng)用控制；結(jié)合人機(jī)界面、網(wǎng)絡(luò)等控制方式進(jìn)行群控。中高級(jí)項(xiàng)目可以采用PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的VC/VB編程實(shí)現(xiàn)多軸點(diǎn)位或輪廓控制，ARM/DSP控制無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)、三相異步電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)等。綜合性項(xiàng)目可以開(kāi)發(fā)掃地、擦黑板移動(dòng)機(jī)器人，開(kāi)發(fā)直角坐標(biāo)工業(yè)機(jī)器人如貼片機(jī)、雕刻機(jī)等，飛行器控制等。

結(jié)合電子、電力電子技術(shù)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方面，可以采用芯片L297、IR2103、IR2130、L298N、MC34932、TB6560、電力MOSFET、IGBT模塊等，實(shí)現(xiàn)各電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器電路設(shè)計(jì)。

4.2 因材施教

首先，根據(jù)前述當(dāng)代應(yīng)用型本科學(xué)生普遍特點(diǎn)，需要喚醒學(xué)生專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)熱情，揚(yáng)長(zhǎng)補(bǔ)短，以豐富多彩的形式吸引大部分學(xué)生參與到本課程的項(xiàng)目實(shí)踐中來(lái)。

應(yīng)用型本科學(xué)生可有研究型、應(yīng)用型、技能型等幾種定位。少部分學(xué)生可通過(guò)考研等途徑，分化成研究型人才，可引導(dǎo)他們加強(qiáng)理論深入學(xué)習(xí)和算法實(shí)踐；少部分同學(xué)走技能型方向，可引導(dǎo)他們從規(guī)范操作、接線、調(diào)試等入手，按高級(jí)技師要求加強(qiáng)動(dòng)手能力訓(xùn)練；對(duì)于大部分應(yīng)用型定位的學(xué)生，根據(jù)本人意愿和表現(xiàn)還可細(xì)分成研發(fā)、工藝、管理、市場(chǎng)、售后、技術(shù)支持、測(cè)試等不同崗位方向，項(xiàng)目教學(xué)時(shí)可通過(guò)分工合作來(lái)完成綜合性的項(xiàng)目。應(yīng)用型定位的學(xué)生也不排除適當(dāng)?shù)睦碚摾斫夂蛯?shí)踐項(xiàng)目中的技能訓(xùn)練。

運(yùn)動(dòng)控制課程可在自動(dòng)化、“專(zhuān)轉(zhuǎn)本”自動(dòng)化、機(jī)械電子工程、電氣工程及其自動(dòng)化、建筑電氣與智能化等專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)，對(duì)于不同專(zhuān)業(yè)背景的學(xué)生，課程內(nèi)容、項(xiàng)目選取、教學(xué)方法上也應(yīng)有所不同。自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)該課程作為專(zhuān)業(yè)核心課，理論課、實(shí)驗(yàn)課、課程設(shè)計(jì)對(duì)于所有學(xué)生都是必修，授課注重控制理論應(yīng)用、與過(guò)程控制區(qū)別聯(lián)系、課程的系統(tǒng)性通用性全面性；“專(zhuān)轉(zhuǎn)本”自動(dòng)化學(xué)生通常來(lái)自專(zhuān)科或高職的不同專(zhuān)業(yè)，其授課特點(diǎn)筆者在文獻(xiàn)[17]已有較詳細(xì)論述；機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)要多與機(jī)械自動(dòng)化聯(lián)系起來(lái)，項(xiàng)目教學(xué)上與機(jī)械設(shè)計(jì)、力學(xué)分析、材料等結(jié)合起來(lái)；其他相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生，可以開(kāi)設(shè)少課時(shí)選修課的方式，講解運(yùn)動(dòng)控制導(dǎo)論。

4.3 因時(shí)施教

除合適的教學(xué)內(nèi)容、豐富的教學(xué)資源、典型的項(xiàng)目、分層次分專(zhuān)業(yè)的因材施教外，科學(xué)的實(shí)施順序，對(duì)運(yùn)動(dòng)控制課程教學(xué)效果的影響也同樣極為重要。

在大學(xué)不同階段，相關(guān)教育需要適時(shí)到位。一年級(jí)，可在專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論課講解運(yùn)動(dòng)控制地位、應(yīng)用場(chǎng)合、發(fā)展前景、基本特點(diǎn)，展示運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用視頻，可組織學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室參觀，實(shí)地展示機(jī)器人、學(xué)生作品、倒立擺等，讓學(xué)生產(chǎn)生濃厚興趣；二年級(jí)，可吸收部分同學(xué)參加課外興趣小組，為后續(xù)參加學(xué)科競(jìng)賽做準(zhǔn)備；三年級(jí)，進(jìn)入專(zhuān)業(yè)課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)階段，要深入項(xiàng)目實(shí)際操作，按照實(shí)踐教程要求或提示，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)類(lèi)項(xiàng)目，并可根據(jù)自己興趣進(jìn)一步設(shè)計(jì)、實(shí)踐中等難度項(xiàng)目；四年級(jí)，可結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)，進(jìn)行綜合項(xiàng)目訓(xùn)練。

運(yùn)動(dòng)控制課程開(kāi)設(shè)期間，要重視緒論課和第一次實(shí)踐課的組織安排；可以選取跳一跳能夠得著的入門(mén)項(xiàng)目，適當(dāng)吃點(diǎn)“快餐”，讓學(xué)生按說(shuō)明書(shū)式的步驟一步步實(shí)現(xiàn)，確保絕大多數(shù)學(xué)生能按時(shí)完成，獲得一定的成就感，遵循先易后難、循序漸進(jìn)的認(rèn)知規(guī)律，再逐步加大難度，引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)；配合理論課進(jìn)度，課程實(shí)驗(yàn)要適時(shí)穿插進(jìn)行，趁熱打鐵效果更佳；畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目要早定人選、早選擇方向、早搜集資料，做到早啟動(dòng)，以期出精品，力爭(zhēng)做出優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。

在綜合性項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中，教師還要適時(shí)提醒學(xué)生抓住主要問(wèn)題。比如筆者指導(dǎo)的“擦黑板機(jī)器人研制”課題，學(xué)生對(duì)控制很有把握，但對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)、力學(xué)設(shè)計(jì)顯得有些無(wú)從下手；然而，該課題首要問(wèn)題是機(jī)器人在垂直黑板表面的可靠吸附與移動(dòng)，指導(dǎo)教師就要適時(shí)點(diǎn)出該問(wèn)題不可回避，需要知難而進(jìn)，鼓勵(lì)學(xué)生從履帶式、磁輪式、真空式等方向調(diào)研和試驗(yàn)，最終通過(guò)手工制作磁輪成功解決了吸附問(wèn)題，再通過(guò)計(jì)算試驗(yàn)選擇電動(dòng)機(jī)與減速器從而實(shí)現(xiàn)360°移動(dòng)問(wèn)題；一旦掃除了這個(gè)“攔路虎”，后續(xù)設(shè)計(jì)就非常順利了；論文撰寫(xiě)時(shí)，再回到力學(xué)理論，從特殊到一般，總結(jié)出類(lèi)似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原則。該畢業(yè)設(shè)計(jì)獲得省優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)三等獎(jiǎng)，并申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利一項(xiàng)，整個(gè)項(xiàng)目完成過(guò)程是環(huán)環(huán)相扣的，需要及時(shí)指明方向，才不至于中途放棄，甚至有時(shí)需要教師和學(xué)生一起摸爬滾打攻克難關(guān)。

應(yīng)用型本科綜合性項(xiàng)目課題多為現(xiàn)有技術(shù)的組合應(yīng)用，一般經(jīng)努力都能夠完成。而應(yīng)用型本科畢業(yè)生初次就業(yè)目標(biāo)多為中小企業(yè)，企業(yè)的技術(shù)攻關(guān)也恰好是類(lèi)似的過(guò)程。中小企業(yè)往往需要員工一專(zhuān)多能，因此本課程項(xiàng)目教學(xué)的目標(biāo)之一是培養(yǎng)一專(zhuān)多能的復(fù)合應(yīng)用型人才，缺什么補(bǔ)什么，最終也需要培養(yǎng)學(xué)生刻苦鉆研、“敢啃硬骨頭”的精神。

4.4 空間拓展

運(yùn)動(dòng)控制是實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的技術(shù)，也是不斷發(fā)展的，單一的課堂教學(xué)不能滿足要求，要結(jié)合課堂、實(shí)驗(yàn)室、學(xué)生創(chuàng)新工作室等滿足不同層次、不同階段的需求組織教學(xué)。同時(shí)結(jié)合企業(yè)參觀、暑期社會(huì)實(shí)踐、行業(yè)展會(huì)、虛擬社區(qū)、歷屆優(yōu)秀學(xué)生作品展示、參加教師科研、校企合作實(shí)踐基地等形式，拓展教學(xué)空間，對(duì)課程學(xué)習(xí)大有幫助。

應(yīng)用型人才培養(yǎng)采取閉門(mén)造車(chē)方式固然不行，但立體化全方位教學(xué)方式有時(shí)會(huì)讓人覺(jué)得花樣百出、眼花繚亂，“快餐”吃多了也不利于健康，還要適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生多到圖書(shū)館或書(shū)桌前靜心地研究技術(shù)問(wèn)題，任何技巧都抵不過(guò)刻苦鉆研。運(yùn)動(dòng)控制課程和技術(shù)學(xué)習(xí)，不沉下心坐下來(lái)研究，就不可能獲得多大的收獲。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文從現(xiàn)狀分析、立體化教學(xué)資源、立體化教學(xué)方法等幾個(gè)方面探討了應(yīng)用型本科運(yùn)動(dòng)控制課程立體化教學(xué)模式，經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)踐，該模式取得了很好的效果。隨著我國(guó)對(duì)應(yīng)用型人才需求的數(shù)量不斷擴(kuò)大、質(zhì)量不斷提高，該教學(xué)模式還需在實(shí)踐中繼續(xù)發(fā)展完善。

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TheDiscussiononTree-dimensionalTeachingModeinAppliedUndergraduateMotionControlCourse

XIONGTianzhong，SUNChengzhi，JIShunping，HUANGJie，ZHANGJiahai

(College of Mechanical & Electrical Engineering， Sanjiang University, Nanjing 210012, China)

According to the applied undergraduate motion control course, the students, the features of course, the teachers, the hardware, the implement of course and the teaching resources in Sanjiang University are analyzed, and then a three-dimensional teaching mode of the course isproposed. The content of course is optimized. The theory course book, the practical course book and other hypertext resources are introduced. The three-dimensional teaching methods such as the project teaching, teaching students in accordance with their aptitude, teaching students in accordance with context and the teaching space expansion are expounded. It has been showed that the teaching reform benefitstocultivateapplied talents, and has been gained the better teaching effects.

applied undergraduate； motion control； three-dimensional teaching mode； content optimization； three-dimensional teaching resource； teaching methods

G 642.0

A

1006-7167(2017)11-0189-05

2016-10-20

江蘇省教育廳2015年高等學(xué)校重點(diǎn)教材項(xiàng)目(2015-2-033);三江學(xué)院品牌專(zhuān)業(yè)建設(shè)工程一期項(xiàng)目(J15021);三江學(xué)院2014年本科教學(xué)工程二期項(xiàng)目(J14011)

熊田忠(1976-)，男，江蘇如皋人，碩士，副教授，從事自動(dòng)化方面的教學(xué)與研究。

Tel.：15345185026；E-mail：beartz@163.com