雷 利，孫 雪，馮 嵩，孫 楊

（沈陽城市建設學院，遼寧 沈陽 110167）

1 “機電傳動與控制”課程在OBE 人才培養(yǎng)方案中的地位

機械電子工程專業(yè)的人才培養(yǎng)方案是基于OBE理念提出來的。所有的課程配置的最終目的都是以成果為導向，進行以學生為中心的教學持續(xù)改進，從而培養(yǎng)適應社會發(fā)展的人才。

“機電傳動與控制”課程要求學生通過學習直流電機、異步電動機、控制電機、機電傳動系統(tǒng)、低壓控制電路的設計這5 章內(nèi)容，具備以下幾種能力：能夠針對機械設計、電控設計等方面的工程問題建立適當?shù)臋C電模型，并進行正確的分析，給出解答；培養(yǎng)機電工程設計思想，掌握電動機的實際應用問題以及控制電路的設計方法，利用合適的方案解決問題；能夠應用制圖知識完成電器控制圖的設計、接線等操作，實現(xiàn)電氣控制要求；能夠在機械和電氣控制的學科交叉背景下，建立團隊，明白團隊的意義，明白個體在團隊中的角色擔當；通過課堂學習和課后學習，明白自主學習的重要性和終身學習的必要性。

因此課程目標的實現(xiàn)，僅僅依靠課程本身是很難實現(xiàn)的，學習其他課程也要實現(xiàn)課程目標，才能更好地為后續(xù)課程打下夯實的基礎(chǔ)，才能實現(xiàn)人才培養(yǎng)方案的畢業(yè)要求。因此，為了實現(xiàn)“機電傳動與控制”課程的教學目標，研究其控制類課程體系的關(guān)聯(lián)性十分必要。

2 “機電傳動與控制”課程與先修課程之間的關(guān)聯(lián)性研究

“機電傳動與控制”課程的先修課程有“大學物理”“電工電子技術(shù)”“控制工程基礎(chǔ)”“機械設計基礎(chǔ)”等。現(xiàn)對先修要求課程的某個內(nèi)容與“機電傳動與控制”課程的關(guān)聯(lián)性進行了研究。以下對各個課程與“機電傳動與控制”的關(guān)聯(lián)性進行了舉例闡述。

2.1 “機電傳動與控制”與“大學物理”

“機電傳動與控制”第一章講解的內(nèi)容為直流電機，直流電機因可逆原理分為2 種，一種是直流電動機，由電能轉(zhuǎn)化為機械能；一種是直流發(fā)電機，由機械能轉(zhuǎn)化為電能。在直流電機結(jié)構(gòu)相同的情況下出現(xiàn)2種工作情況，與直流電機的工作原理有直接關(guān)系。當作為發(fā)電機使用時，直流發(fā)電機將輸入機械功率轉(zhuǎn)換成電功率輸出；且利用換向器和電刷，直流發(fā)電機將導體中的交變電勢和電流整流成直流輸出；直流發(fā)電機導體中的電流與運動電勢方向相同。而直流電動機的工作過程卻是外接電源后，電源回路的電流通過電刷裝置和換向器到轉(zhuǎn)子線圈中，因左手定則作用判斷受電磁力的作用而產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩。這一系列的知識理解都需要學生們在“大學物理”中掌握靜止電荷的電場、恒定電流的磁場、電磁感應、電磁場理論的相關(guān)知識。

機電傳動系統(tǒng)實質(zhì)上是一個機、電統(tǒng)一的運動系統(tǒng)，有運動就必然存在力學問題。電動機的運動雖然是旋轉(zhuǎn)運動，但仍可根據(jù)直線運動中的力學定律來求解運動方程式。

因此，機電傳動系統(tǒng)的運動學基礎(chǔ)是基于“大學物理”中的能量守恒定律去判斷生產(chǎn)機械的運動狀態(tài)[1]。不管這個機械的運動狀態(tài)如何復雜，都應該滿足能量守恒的定律。這個運動狀態(tài)與電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與負載產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩有直接關(guān)系。

因此學生學習直流電機這個章節(jié)前，需對學生大一下半學年掌握的“大學物理”的相關(guān)知識進行摸底，從而幫助學生更好掌握直流電動機的重要知識點。

2.2 “機電傳動與控制”與“電工電子技術(shù)”

“機電傳動與控制”第二章講解的內(nèi)容為交流電動機。該章節(jié)的難點內(nèi)容是三相異步電動機的工作原理以及三相異步電動機定子電路與轉(zhuǎn)子電路的分析[2]。三相異步電動機的工作原理是基于定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子電流的相互作用。當三相電源與異步電機的定子繞組連接以后，電生磁，產(chǎn)生感應電動勢，從而根據(jù)右手定則、安培定律、左手定則等物理知識，判斷轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。整個過程涉及三相異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生、旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)磁場極對數(shù)與旋轉(zhuǎn)速度的關(guān)系，都和“電工電子技術(shù)”的相關(guān)知識密切相連。這個章節(jié)主要涉及“電工電子技術(shù)”基礎(chǔ)的知識點是正弦交流電路及三相交流電路。該章要求學生能分析正弦交流電路的基本概念、基本規(guī)律，列入相量對正弦交流電路進行分析計算；討論三相電源和三相負載的星形和三角形的連接，線電壓與相電壓、線電流與相電流的關(guān)系，以及三相電路的功率。

按照2018 級人才培養(yǎng)方案，“電工電子技術(shù)”屬于學科基礎(chǔ)教育課程。機械電子工程專業(yè)的學生在大一下半學年和大二上半學年完成。正弦交流電路及三相交流電路的相關(guān)知識點在此課程中也是難點，因此進行這章節(jié)學習前，需要對學生進行摸底，如果掌握得不太好，需加強課前預習和課堂學習。

2.3 “機電傳動與控制”與“控制工程基礎(chǔ)”

“機電傳動與控制”第四章主要講授的內(nèi)容為機電傳動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。機電傳動系統(tǒng)是由電動機、電氣元件及電力電子裝置等組成。根據(jù)生產(chǎn)機械的要求，機電傳動系統(tǒng)可以構(gòu)成開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)[3]。開環(huán)控制系統(tǒng)沒有反饋回路，只有輸入量對輸出量的單方向控制，而沒有對輸出量的執(zhí)行情況檢測的系統(tǒng)。例如步進驅(qū)動的數(shù)控機床就是開環(huán)控制系統(tǒng)。教材用直流電動機進行舉例，講解了開環(huán)控制系統(tǒng)中電機的角色以及使用該系統(tǒng)的優(yōu)缺點。閉環(huán)控制系統(tǒng)有反饋回路，利用對輸出量的檢測并與給定的輸入的比較值來控制系統(tǒng)的運行。例如伺服驅(qū)動的數(shù)控機床是開環(huán)控制系統(tǒng)。教材用采用轉(zhuǎn)速負反饋的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)為例介紹閉環(huán)控制系統(tǒng)。但這些內(nèi)容遠沒有“控制工程基礎(chǔ)”課程講授得詳細，因此需要學生知道課程知識點的融合關(guān)系，要求學生牢固掌握開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的設計原則，合理判斷機電控制系統(tǒng)中電機的角色。

2.4 “機電傳動與控制”與“機械設計基礎(chǔ)”

“機電傳動與控制”的第一個字是“機”，說明學生在學習該門課程時需明白掌握“機械設計基礎(chǔ)”課程的必要性和重要性?！皺C電傳動與控制”課程要求學生掌握機械原理和機械設計的基本知識，知道機電傳動控制系統(tǒng)生產(chǎn)機械部分負載轉(zhuǎn)矩的計算過程，從而建立正確的機電模型，完成機電傳動控制系統(tǒng)的設計，因此需掌握平面連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、聯(lián)接等知識。在講授“機電傳動與控制”課程中的“運動基礎(chǔ)的計算”時，先要對學生掌握“機械設計基礎(chǔ)”課程的情況進行摸底，為建立正確的機電模型打下夯實的基礎(chǔ)。

3 “機電傳動與控制”課程與后修課程的關(guān)聯(lián)性研究

“機電傳動與控制”是機器人技術(shù)與應用方向和智能制造應用方向的專業(yè)必修課程。按照以成果為導向的人才培養(yǎng)方案，需要理清該課程對后續(xù)課程的影響。因此研究“機電傳動與控制”課程與后修課程的關(guān)聯(lián)性是十分必要的。以2018 級人才培養(yǎng)方案為研究背景，用1～2 門課程說明該研究的必要性和重要性。

3.1 “機電傳動與控制”與“機電系統(tǒng)設計”

通過學習“機電系統(tǒng)設計”，學生在了解機電一體化系統(tǒng)的技術(shù)全貌的前提下，可掌握機電一體化系統(tǒng)設計所涉及的關(guān)鍵技術(shù)和相關(guān)基本知識。學生通過課堂實物演示認知機電系統(tǒng)，通過理論講解和實例分析掌握相關(guān)理論知識，通過使用Arduino 單片機和傳感器對機電系統(tǒng)進行控制，通過實驗應用各種電機和傳感器。最終要求學生具備機電系統(tǒng)調(diào)試、維護、設計能力。因此學生一定要通過學習“機電傳動與控制”課程，建立正確的機電傳動控制系統(tǒng)，學會選擇及計算校核電動機，根據(jù)電動機的啟動、調(diào)速以及制動的原理認識直流電動機調(diào)速系統(tǒng)、交流電動機調(diào)速系統(tǒng)、步進電動機調(diào)速系統(tǒng)等。因此為達到畢業(yè)要求，學好“機電傳動與控制”課程十分必要。

3.2 “機電傳動與控制”與“電氣控制與PLC 應用”

“電氣控制與PLC 應用”是機器人技術(shù)與應用方向的第一個方向課，要求學生在掌握“機電傳動與控制”課程的基礎(chǔ)上，更深層次理解電氣控制原理。掌握常用PLC 指令的功能、編程方法，增強學生設計控制系統(tǒng)的能力，獲得工程師必備的知識儲備和技能訓練?！皺C電傳動與控制”第五章主要講授低壓控制電路的設計，這個章節(jié)涉及的重要內(nèi)容為常見的低壓電器元件、機械生產(chǎn)中常見的低壓控制電路；要求學生根據(jù)對點動與長動、正反轉(zhuǎn)控制電路、順序控制電路、多地控制電路等的了解掌握低壓控制電路的設計方法。因此在學生更深層學習電氣控制原理時，對電氣原理圖、接線圖等都非常熟悉。此外繼電器-接觸器的控制電路的設計思想直接影響可編程控制的邏輯設計[4]。PLC 的編程語言比較多，但最常用的梯形圖設計的思想是在繼電器-接觸器的設計思想上演變而來的，因此學好“機電傳動與控制”課程對學生學好“電氣控制與PLC 應用”課程的幫助特別大。

4 “機電傳動與控制”課程成果導向的研究

“機電傳動與控制”課程考核的方式為平時成績分+期末考試成績分，期末考試試題的題型有選擇題、判斷題、簡答分析題、計算題、控制設計題。根據(jù)以成果為導向的教學大綱和考核方式，制定如下具體的考核方式：①為機械設計、電控設計等方面的工程問題建立適當?shù)臄?shù)學模型，并進行正確分析，給出解答。該項通過期末考試客觀題、簡答題以及計算題進行考核。②了解本專業(yè)創(chuàng)新途徑，掌握基本創(chuàng)新方法。主要通過課后學習進行考核，對機電模型的建立方式、電動機的應用和機電工程問題的解決進行具體考核。③能夠應用相關(guān)軟件和制圖知識，完成產(chǎn)品零件圖、裝配圖、電控原理圖、接線圖的繪制和樣機仿真運行與分析。期末考試時試卷中會有低壓控制電路設計題，要求學生們在不查閱資料的情況下，根據(jù)掌握的5 種基礎(chǔ)控制電路完成控制要求的設計；課后學習時，通過查閱資料完成低壓控制電路的原理圖的設計，掌握繪圖的技巧和方法。④能理解多學科背景下的團隊中個體與團隊的關(guān)系。該部分的考核主要是過程考核，學生們在學習本門課程期間，組成團隊，團隊成員不能多于4 人，要求每名學生在不同的任務中擔任領(lǐng)導者，分配組員之間的合作，完成教師布置的任務。過程考核的題目一般偏于討論類和設計類，這樣能充分調(diào)動學們的積極性。⑤能正確認識自主學習和終身學習的必要性。該部分主要通過課堂學習進行考核，主要通過出勤、課堂紀律和隨堂測試進行量化。大學期間應該學習的是方法和遵守一定的規(guī)則制度，所有出勤考驗的是不管什么情況，學生都應該按時出勤，遵守課堂紀律。將隨堂測試量化檢驗了學生掌握當堂課知識的情況，也說明了學生上課學習的方法等。

5 結(jié)語

通過對2018 級人才培養(yǎng)方案的研究，明確了“機電傳動與控制”課程和其他課程的關(guān)聯(lián)性，明確了“機電傳動與控制”課程中重要知識點的延伸性，明確了“機電傳動與控制”課程考核方式。上述考核方式已在機械電子工程專業(yè)2018 級“機電傳動與控制”課程中實施。2018 級29 名學生參與考核，僅1 人不及格，與2017 級考核成績相比有明顯進步。但學生的綜合設計應用能力、團隊協(xié)作能力、自主學習能力都需要提高和加強。