王潔+時建明+劉少偉+任衛(wèi)華+張茜

摘 要 針對隨動系統(tǒng)原理與設(shè)計課程教學(xué)改革的實際情況和防空裝備發(fā)展需求，在多年課程教學(xué)實踐的基礎(chǔ)上，構(gòu)建該課程多元化教學(xué)體系框架，分析課程多元化教學(xué)體系的內(nèi)容，給出多元化教學(xué)體系構(gòu)建方法。本課程教學(xué)體系大大提高了教學(xué)質(zhì)量，在課程教學(xué)中取得較好效果。

關(guān)鍵詞 隨動系統(tǒng)原理與設(shè)計；多元化教學(xué)體系；教學(xué)改革；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺；MATLAB/Simulink

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）24-0113-03

Exploration and Practice on Teaching System of Servo System Principle and Design Course//WANG Jie， SHI Jianming， LIU Shao-

wei， REN Weihua， ZHANG Qian

Abstract According to the actual situation of teaching reform on the

Servo System Principle and Design course and the development de-mand of anti-air equipment， frame of a multivariate teaching system is built. Based on several years of teaching experience， content of multi-element teaching system is analyzed and the construction me-thod of this system is given. The proposed course teaching system can improve teaching quality and obtain good teaching results.

Key words servo system principle and design； multi-element tea-

ching system； teaching reform； network teaching platform； MATLAB/

Simulink

1 前言

隨動系統(tǒng)原理與設(shè)計是機(jī)電類自動化及相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課[1-2]，也是本科武器系統(tǒng)與發(fā)射工程及兵器科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的主要必修專業(yè)基礎(chǔ)課之一。該課程從學(xué)科專業(yè)的角度，立足防空導(dǎo)彈裝備對隨動系統(tǒng)的需求而開設(shè)，主要研究隨動系統(tǒng)的組成原理和設(shè)計方法，是一門綜合性和應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，不僅對裝備技術(shù)和工程應(yīng)用有較強(qiáng)的指導(dǎo)作用，而且對于培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決問題的能力具有重要的指導(dǎo)作用，現(xiàn)已成為上述兩個專業(yè)和任職培訓(xùn)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課程。

為了適應(yīng)新型防空反導(dǎo)武器裝備和地空導(dǎo)彈部隊轉(zhuǎn)型建設(shè)，滿足不同專業(yè)和復(fù)合型人才的培養(yǎng)以及人才培養(yǎng)方案對課程教學(xué)改革的要求，總結(jié)幾年來的教學(xué)探索經(jīng)驗，尤其是該課程成為空軍工程大學(xué)重點課程以來，更新課程體系、優(yōu)化課程內(nèi)容、提升教學(xué)理念、創(chuàng)新教學(xué)方法和拓展教學(xué)平臺等所取得的建設(shè)成果，逐步形成隨動系統(tǒng)原理與設(shè)計課程的多元化教學(xué)體系。

2 多元化教學(xué)體系的框架

一般教學(xué)體系由教材體系、課程體系、教學(xué)平臺、實踐平臺和教學(xué)方法五部分組成[3]。隨動系統(tǒng)原理與設(shè)計課程在空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院三個專業(yè)開設(shè)和多年的教學(xué)積累，已經(jīng)形成適合學(xué)生學(xué)習(xí)的教材體系。由于授課對象的不同，形成多元的課程體系、教學(xué)方法、教學(xué)平臺和實踐平臺。多元化教學(xué)體系的框架如圖1所示。

3 多元化教學(xué)體系的構(gòu)建

多元教材體系 教材體系建設(shè)是教學(xué)體系建設(shè)的基礎(chǔ)，也是課程內(nèi)容的載體。教材選取和建設(shè)直接影響教學(xué)體系建設(shè)和教學(xué)質(zhì)量，與學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的合理性緊密相關(guān)。因此，教材體系建設(shè)在教學(xué)體系建設(shè)中具有舉足輕重的作用。

空軍工程大學(xué)隨動系統(tǒng)原理與設(shè)計課程開設(shè)已有八年，伴隨著兩次人才培養(yǎng)方案的修訂，由最早開設(shè)的隨動系統(tǒng)設(shè)計課程，到目前已經(jīng)發(fā)展為隨動系統(tǒng)原理與設(shè)計課程。隨著電力電子技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)、伺服控制技術(shù)的發(fā)展，隨動系統(tǒng)也取得飛速發(fā)展，為適應(yīng)武器裝備技術(shù)發(fā)展和人才培養(yǎng)的需要，推動教材建設(shè)和完善，教材經(jīng)歷兩次選擇和修訂。從2012年開始，結(jié)合新裝備教學(xué)，教材內(nèi)容由設(shè)計擴(kuò)展到原理，增加了數(shù)字隨動系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，以適應(yīng)裝備發(fā)展對人才培養(yǎng)的需要。該課程作為大學(xué)重點課程建設(shè)，結(jié)合學(xué)校專業(yè)特點，2017年又對教材內(nèi)容做了全面修訂，編寫了適合自己學(xué)生的教材，在隨動系統(tǒng)設(shè)計方面增加了數(shù)字控制器設(shè)計、隨動系統(tǒng)設(shè)計的應(yīng)用內(nèi)容。另外，結(jié)合新裝備發(fā)展，在原理方面增加了數(shù)字測量元件、PWM功率放大器、與裝備原理相關(guān)的環(huán)節(jié)等內(nèi)容，并將新裝備隨動系統(tǒng)設(shè)備原理等相關(guān)教材納入輔助和參考教材中，構(gòu)成相關(guān)自主學(xué)習(xí)內(nèi)容，豐富了教材資源，構(gòu)成多元教材體系，使教材體系更緊貼裝備需要。

多元課程體系 根據(jù)人才培養(yǎng)方案和各專業(yè)對人才的需求不同，按照專業(yè)設(shè)置不同，優(yōu)選教學(xué)內(nèi)容。對于武器系統(tǒng)與發(fā)射工程和兵器科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，要求具有扎實的專業(yè)基礎(chǔ)理論，為裝備課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，所以要求用40學(xué)時的時間修完隨動系統(tǒng)原理和設(shè)計的主要內(nèi)容。對于國防生導(dǎo)彈發(fā)射技術(shù)專業(yè)，由于在地方大學(xué)已經(jīng)完成相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，經(jīng)歷了畢業(yè)設(shè)計過程，但缺乏對知識在裝備上的應(yīng)用，因此要求以自修課加單元講座的形式進(jìn)行學(xué)習(xí)，注重原理在工程上和裝備中的運用。這樣的同一課程針對不同專業(yè)的培養(yǎng)對象，靈活運用課程體系，實現(xiàn)培養(yǎng)不同專業(yè)人才的目標(biāo)。

1）課程內(nèi)容是課程體系建設(shè)的重要內(nèi)容，也是實施課程教學(xué)的關(guān)鍵[4]。根據(jù)隨動系統(tǒng)原理與設(shè)計課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)目標(biāo)，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計和安排，在課程實施中將隨動系統(tǒng)原理與設(shè)計課程教學(xué)內(nèi)容按原理—穩(wěn)態(tài)設(shè)計—動態(tài)設(shè)計—應(yīng)用四部分進(jìn)行規(guī)劃；根據(jù)內(nèi)容的不同，按課堂講授、自主學(xué)習(xí)、課程大作業(yè)、課程實驗四種形式進(jìn)行課堂組織。武器系統(tǒng)與發(fā)射工程、兵器科學(xué)與技術(shù)專業(yè)隨動系統(tǒng)原理與設(shè)計課程教學(xué)內(nèi)容組織如圖2所示。endprint

2）課堂講授按課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的基本概念、基本原理和基本方法講深講透。同時，在原理的基礎(chǔ)上，注重工程實際應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并且在課堂上不僅要突出教學(xué)主線，而且注重內(nèi)容的系統(tǒng)性和規(guī)律性。對于各組成元件，由于實現(xiàn)的技術(shù)方法不同，可以通過分析電路作用原理，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出它們的共性規(guī)律。因此，在講解每個組成環(huán)節(jié)過程中，不僅要講清楚各個知識點原理，還要重視知識點之間的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和思考，提高學(xué)生分析問題和運用基礎(chǔ)知識的能力。

3）自主學(xué)習(xí)是根據(jù)學(xué)生的已有知識，對學(xué)生容易理解的內(nèi)容所安排的學(xué)習(xí)方式，是在授課教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的。授課教師事先根據(jù)內(nèi)容提出問題，以便學(xué)生有針對性地學(xué)習(xí)和討論。

4）課程大作業(yè)是在課堂講授的基礎(chǔ)上，針對內(nèi)容相對獨立的部分所進(jìn)行的課程實踐方式，是對課堂講授內(nèi)容的加深理解和掌握。如在該課程中設(shè)計了隨動系統(tǒng)執(zhí)行元件選擇的大作業(yè)，讓學(xué)生對現(xiàn)有裝備隨動系統(tǒng)的執(zhí)行元件進(jìn)行選擇和校核，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，加深學(xué)生對基礎(chǔ)理論的理解和掌握。

5）課程實驗是根據(jù)學(xué)生對所學(xué)知識的理解與掌握安排的實驗內(nèi)容，是以學(xué)生為主體的實踐活動。學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識，充分利用實驗室的設(shè)備和掌握的方法，完成實驗任務(wù)，檢驗理論知識掌握程度。設(shè)計的實驗項目能充分發(fā)揮學(xué)生的能動性和探究性。

多元教學(xué)平臺 教學(xué)平臺是實施教學(xué)過程的重要保證[5]。

目前，教學(xué)平臺主要有傳統(tǒng)的教學(xué)平臺和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺兩種形式。在現(xiàn)代信息化時代，傳統(tǒng)教學(xué)平臺是實施教學(xué)的基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺是對傳統(tǒng)教學(xué)平臺的補(bǔ)充，也是課程建設(shè)必不可少的內(nèi)容之一。隨動系統(tǒng)原理與設(shè)計課程通過重點課程建設(shè)，已經(jīng)初步建成網(wǎng)絡(luò)課程平臺，形成一個集教學(xué)、學(xué)習(xí)、答疑、討論等具有信息交互的一體化的網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)教學(xué)資源共享，充分體現(xiàn)信息及網(wǎng)絡(luò)在教學(xué)中的應(yīng)用，通過傳統(tǒng)的教學(xué)平臺和網(wǎng)絡(luò)平臺的結(jié)合，使教學(xué)效果明顯增強(qiáng)，教學(xué)形式更加豐富。

多元實踐平臺 實驗是課程學(xué)習(xí)不可缺少的實踐環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生實際能力的一種形式。隨動系統(tǒng)原理與設(shè)計課程一方面專門為學(xué)生設(shè)計了“隨動系統(tǒng)計算機(jī)輔助分析與設(shè)計”實驗平臺，該平臺是為學(xué)生加深課堂教學(xué)內(nèi)容理解，增強(qiáng)課堂教學(xué)效果而設(shè)計的，學(xué)生不用花費太多時間就可完成實驗；另一方面，為了提高學(xué)生的分析和設(shè)計能力，專門開設(shè)基于MATLAB/Simulink平臺的實驗內(nèi)容，突出學(xué)生的實踐能力和設(shè)計能力的培養(yǎng)。如在本課程的設(shè)計實驗中，設(shè)計兩種形式的實驗：一種形式是基于MATLAB語言編程的設(shè)計與仿真實驗；一種形式是基于Simulink工具箱的仿真實驗。通過這兩類實驗，學(xué)生增強(qiáng)了對課程內(nèi)容的理解，提高了動手實踐能力。

課程還采用大作業(yè)的形式進(jìn)行課程實踐，以實際系統(tǒng)為背景，讓學(xué)生利用所學(xué)的基礎(chǔ)知識對實際系統(tǒng)進(jìn)行理論驗證和仿真驗證，既使學(xué)生了解了裝備，又使學(xué)生提高了實踐技能。

多元教學(xué)方法 教學(xué)方法是為實施教學(xué)達(dá)到教學(xué)效果所采取的各種方式和途徑。隨動系統(tǒng)原理與設(shè)計課程為適應(yīng)軍校學(xué)生的特點和實際情況，除了傳統(tǒng)的啟發(fā)式教學(xué)方法，還采用了靈活多樣的教學(xué)方法，如問題式、案例式、對比式、參與式等教學(xué)方法。這些教學(xué)方法在教學(xué)過程中相互結(jié)合、靈活運用，改變了傳統(tǒng)的一味“填鴨式”的課堂教學(xué)方式，能更好地培養(yǎng)學(xué)生理解問題、分析問題和解決問題的能力。在授課過程中，根據(jù)所授內(nèi)容的性質(zhì)，通過理論與實際應(yīng)用相結(jié)合，選擇不同的教學(xué)方法，充分調(diào)動學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的積極性和主動性，增強(qiáng)教學(xué)效果。如針對具體內(nèi)容適時采用問題式和參與式教學(xué)方法，引出問題，啟發(fā)學(xué)生參與互動討論，找出解決問題的方法，并用于解決問題，反饋解決問題情況是否已滿足提出問題的要求，不斷啟發(fā)學(xué)生討論，直到圓滿解決問題為止。

圖3給出問題式和參與式相結(jié)合的教學(xué)方法實施過程。

4 結(jié)語

隨動系統(tǒng)原理與設(shè)計課程作為空軍工程大學(xué)本科專業(yè)的主要必修專業(yè)基礎(chǔ)課之一，其教學(xué)體系是實施教學(xué)的重要基礎(chǔ)，也是課程改革的重要內(nèi)容。教學(xué)體系的合理性直接影響著課程改革的有效性和教學(xué)質(zhì)量的提高。本文給出的教學(xué)體系通過三年的教學(xué)實踐，使學(xué)生在分析和系統(tǒng)設(shè)計方面都有了很大提高，13級、14級、15級相關(guān)專業(yè)的學(xué)生先后參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃、全國大學(xué)生機(jī)器人大賽等多項活動，有的學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計活動中取得優(yōu)異的成績，畢業(yè)設(shè)計成果參加全軍大學(xué)生物理創(chuàng)新大賽并分別獲得二等獎和三等獎。盡管本課程教學(xué)體系在課程教學(xué)中取得較好效果，但還需在今后的教學(xué)過程中不斷改進(jìn)和完善，使教學(xué)體系緊隨裝備發(fā)展的需要，為促進(jìn)課程教學(xué)改革深化和提高教學(xué)質(zhì)量奠定良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]張莉松，胡祐德，徐立新.伺服系統(tǒng)原理與設(shè)計[M].3版.北京：北京理工大學(xué)出版社，2006.

[2]盧志剛，吳杰，吳潮.數(shù)字伺服控制系統(tǒng)與設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[3]李斌，孫躍，謝昭莉，等.對工科自動控制系列課程教學(xué)體系的思考[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2009，31（S2）：106-

108.

[4]嚴(yán)剛峰.自動控制理論教學(xué)內(nèi)容組織與教學(xué)方法初探[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2015，13（5）：200-202.

[5]宗劍，丁肇紅，孫國琴.“自動控制原理”精品課程建設(shè)的探索與研究[J].佳木斯教育學(xué)院學(xué)報，2012（11）：40，42.endprint