王曉華 張蕾 李珣

摘要：結(jié)合國內(nèi)機(jī)器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)要求，對機(jī)器人工程專業(yè)電機(jī)類課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)以及考核方式等進(jìn)行了改革，以促進(jìn)機(jī)器人專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人工程專業(yè)；電機(jī)課程；人才培養(yǎng)

一、引言

機(jī)器人技術(shù)是新經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程中的新業(yè)態(tài)，是綜合性和交叉性的前沿制造技術(shù)。機(jī)器人工程專業(yè)以新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)為背景，具有新興工科和傳統(tǒng)工科相結(jié)合的學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)。普通高校培養(yǎng)的機(jī)器人工程專業(yè)人才應(yīng)該是典型的交叉學(xué)科的高級應(yīng)用型人才，課程內(nèi)容的設(shè)置要以加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)為目標(biāo)。

機(jī)器人由本體與電機(jī)外加控制器以及傳感器構(gòu)成，電機(jī)的重要性不言而喻。電機(jī)類課程不僅要涉及電機(jī)結(jié)構(gòu)及其建模仿真分析，還涉及到運(yùn)動控制以及機(jī)器人控制等實(shí)踐應(yīng)用等問題，是理論與實(shí)踐聯(lián)系較強(qiáng)的一門課程。這就要求我們對課程內(nèi)容進(jìn)行梳理，重新構(gòu)建課程體系，使修完這一課程的學(xué)生真正具備相關(guān)的工程能力，做到學(xué)以致用。

課程教學(xué)組進(jìn)行了課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段與方法以及教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)等全方位的改革，每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)都緊密結(jié)合工程素質(zhì)的培養(yǎng)，使傳統(tǒng)電機(jī)類課程教學(xué)從過分理論化走向綜合應(yīng)用化，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，提高了機(jī)器人工程專業(yè)學(xué)生應(yīng)用電機(jī)的能力和工程實(shí)踐能力。

二、電機(jī)及其控制課程體系改革

為適應(yīng)新工科背景下應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，從課程體系到教學(xué)模式做了全方位的改革。首先，將電機(jī)學(xué)、控制電機(jī)、電機(jī)與拖動三門課調(diào)整為適合該專業(yè)培養(yǎng)要求的控制電機(jī)一門課；其次，在后續(xù)的運(yùn)動控制系統(tǒng)課程中，增加DSP運(yùn)動控制卡原理及使用以及現(xiàn)場總線內(nèi)容。使得學(xué)生學(xué)習(xí)完電機(jī)類課程，即可實(shí)現(xiàn)對多軸機(jī)器人的運(yùn)動控制。同時(shí)，針對課程內(nèi)容的特點(diǎn)以及培養(yǎng)要求，為之配備完善豐富的工具類教學(xué)軟件資源，使學(xué)生更好掌握內(nèi)容的同時(shí)學(xué)習(xí)到分析問題能力與工程創(chuàng)新能力。

1.控制電機(jī)課程內(nèi)容調(diào)整

控制電機(jī)這門課的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生懂得常用電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，能選擇合適的電機(jī)，應(yīng)用電機(jī)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中設(shè)備的運(yùn)動控制。教學(xué)組教師梳理各種電機(jī)內(nèi)容中的共性知識點(diǎn)集中講授，強(qiáng)化電機(jī)拖動及應(yīng)用知識點(diǎn)。將內(nèi)容按照電機(jī)類型分類，按照電機(jī)的結(jié)構(gòu)-原理-運(yùn)行分析-拖動技術(shù)的主線進(jìn)行教學(xué)，打破了以往按照教材章節(jié)教學(xué)講授的順序，形成了直流電機(jī)-直流電機(jī)拖動-交流電機(jī)共同理論-異步電機(jī)-異步電機(jī)拖動-同步電機(jī)-微控電機(jī)的內(nèi)容主線，使得同類電機(jī)知識結(jié)構(gòu)緊湊，提高了教與學(xué)的效率。同時(shí)，引入Saber軟件以及Proteus軟件，為電機(jī)及其控制仿真提供了自主設(shè)計(jì)平臺，為學(xué)生理解電機(jī)應(yīng)用、電機(jī)控制等相關(guān)內(nèi)容提供了基礎(chǔ)。

2.運(yùn)動控制系統(tǒng)課程內(nèi)容調(diào)整

在傳統(tǒng)運(yùn)動控制系統(tǒng)課程講述基本控制原理、系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、分析和設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，增加應(yīng)用部分的內(nèi)容?？紤]到目前DSP 運(yùn)動控制卡是構(gòu)建機(jī)器人硬件控制平臺的主流方式，同時(shí)，現(xiàn)場總線技術(shù)使得控制卡易于在普通工控機(jī)上實(shí)現(xiàn)與功能擴(kuò)充。將課程內(nèi)容構(gòu)建為直流調(diào)速系統(tǒng)-可逆調(diào)速系統(tǒng)-直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)-交流調(diào)速系統(tǒng)-運(yùn)動系統(tǒng)的控制技術(shù)-DSP多軸運(yùn)動控制技術(shù)-現(xiàn)場總線技術(shù)-機(jī)器人控制技術(shù)，打破以往按照課程進(jìn)行內(nèi)容設(shè)置的框架，使得電機(jī)控制在機(jī)器人載體上得到具體體現(xiàn)。引入DSP開發(fā)軟件，為實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)動控制提供了平臺，為學(xué)生使用電機(jī)提供了基礎(chǔ)。

三、教學(xué)方法改革

改變過去教學(xué)中學(xué)生主體作用未能體現(xiàn)的缺點(diǎn)，注重學(xué)生素質(zhì)的教育和學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

1.豐富教學(xué)資源

多媒體教學(xué)方式已經(jīng)廣泛走入課堂教學(xué)中，教學(xué)組教師充分開發(fā)了電機(jī)原理、電機(jī)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動控制等動畫內(nèi)容，改變了簡單使用PPT展示內(nèi)容的狀況。同時(shí)開發(fā)了電動機(jī)啟動、電機(jī)運(yùn)行特性、電動機(jī)調(diào)速特性、電機(jī)制動、運(yùn)動控制中交、直流調(diào)速等內(nèi)容的仿真以及分析，將呆板的文字轉(zhuǎn)化為生動形象的內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生對內(nèi)容的理解。

在講解電機(jī)結(jié)構(gòu)時(shí)，將部分實(shí)物零件帶入課堂，解決了平面圖缺乏立體感而不能準(zhǔn)確理解復(fù)雜結(jié)構(gòu)的情況。

在講解DSP原理、DSP多軸控制技術(shù)以及現(xiàn)場總線技術(shù)時(shí)，提供簡單的程序以及運(yùn)行結(jié)果，幫助學(xué)生快速掌握課程內(nèi)容。

2.多種教學(xué)方法靈活應(yīng)用

采用啟發(fā)式教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。在講授完重點(diǎn)以及難點(diǎn)內(nèi)容后，對輻射性內(nèi)容講授分析思路，然后安排學(xué)生自查資料，并且應(yīng)用仿真分析軟件進(jìn)行分析，并且在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證。采用項(xiàng)目式教學(xué)法，在完整講授一個(gè)模塊內(nèi)容后，布置內(nèi)容相關(guān)的小項(xiàng)目任務(wù)，從方案設(shè)計(jì)、電機(jī)選型到安裝調(diào)試均由學(xué)生團(tuán)隊(duì)自主完成，教師只是起到指導(dǎo)作用。

四、課程實(shí)踐教學(xué)改革

在理論教學(xué)不斷改革的同時(shí)，也對實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行了改革，改變原來只做課程實(shí)驗(yàn)的情況，增加了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，總體上構(gòu)建了三個(gè)層次的實(shí)踐課程體系。首先，通過課程實(shí)驗(yàn)使學(xué)生獲得基本技能的訓(xùn)練；其次，增加 “電機(jī)控制課程設(shè)計(jì)”環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生按照自動化系統(tǒng)的要求，合理選擇電機(jī)，應(yīng)用電機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng)，提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力；最后，在運(yùn)動控制課程結(jié)束后，安排學(xué)生進(jìn)行電機(jī)綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用DSP技術(shù)與現(xiàn)場總線技術(shù)調(diào)試機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行多電機(jī)協(xié)同工作，推動學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力與工程創(chuàng)新實(shí)踐能力的提升。

五、考核方式改革

電機(jī)類課程是理論與實(shí)踐結(jié)合性較強(qiáng)的課程。簡單傳統(tǒng)的閉卷考核方式難以達(dá)到考核學(xué)生綜合應(yīng)用能力的目的。將考核方式多樣化，考核內(nèi)容涵蓋課堂討論、仿真報(bào)告、課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)答辯、閉卷考試5個(gè)部分。各個(gè)考核環(huán)節(jié)的實(shí)施，不但做到了對學(xué)習(xí)過程的監(jiān)控，使得學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性提高，真正成為教學(xué)主體。各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)置，也培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力，報(bào)告撰寫環(huán)節(jié)鍛煉了學(xué)生的文字組織能力，通過答辯環(huán)節(jié)提升學(xué)生的語言表達(dá)能力，綜合實(shí)驗(yàn)過程培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

六、結(jié)束語

機(jī)器人工程電機(jī)類課程的改革，全面提升了電機(jī)類課程的內(nèi)涵，使得學(xué)生更加重視“學(xué)—用”結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)效果明顯，對工程教育背景下學(xué)生自身能力的提高以及終身學(xué)習(xí)習(xí)慣的培養(yǎng)具有重要意義。

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基金項(xiàng)目：教育部人文社會科學(xué)研究專項(xiàng)任務(wù)項(xiàng)目（工程科技人才培養(yǎng)研究）資助，項(xiàng)目編號：18JDGC029；西安工程大學(xué)基礎(chǔ)課程質(zhì)量提升項(xiàng)目資助，編號：201713.

作者簡介：王曉華（1972—），女，漢，黑龍江，工學(xué)博士，教授，主要從事機(jī)器人技術(shù)的教學(xué)與科研工作。

（作者單位：西安工程大學(xué)電子信息學(xué)院）