“机电传动控制”课程的研究型教学模式

吴 涛，尹志宏

(昆明理工大学 机电工程学院，云南 昆明650093)

0 引 言

“机电传动控制”是机械工程及自动化专业的一门专业基础课。它主要是研究解决与生产机械的电气传动控制有关的问题，介绍常用的各种不同类型的电机及其控制系统等。“机电传动控制”课程是电工电子技术、自动控制技术和机械传动的有机结合体，是一门实践性很强的课程。

美国卡耐基教育促进会于1998 年发表的《重构大学本科教育—美国研究型大学蓝图》中较系统地阐述了一种新的教学模式—基于研究的教学模式［1］。这份著名的报告指出，研究型大学应充分利用其科研优势，吸收本科生参与科研，努力建立以研究为基础的教学模式。研究型教学观点认为，学生学习的过程与科学家的研究过程在本质上是一致的。所以研究型教学倡导以教学和研究相结合为基本原则，以提高学生综合素质和自主创新学习能力为宗旨，以逐步培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力以及创新精神和实践能力为重点的教学活动过程，在教学过程中强调教师的主导地位和学生的主体地位，在教学过程中达到教学相长的目的［2］。目前，研究型教学已成为国内外高校课程改革的热点，研究型教学在世界范围内得到广泛的推广和实施。我们依托昆明理工大学的机械工程国家特色专业平台，以本校机械工程及自动化专业的本科生为授课对象，对“机电传动控制”课程的研究型教学进行了探索，提出了一些创新手段，总结了一些成功经验。以下介绍“机电传动控制”研究型教学模式的探索实践情况。

1 “机电传动控制”课程开展研究型教学的方案与学习方法

“机电传动控制”是一门综合性课程，所涉及的知识面较广、学习起点较高，难度较大，学生要在学完前期先修课程“电工电子学”、“控制工程基础”、“微机原理”等课程的基础上，才能较好地掌握“机电传动控制”所要求的内容。我们首先根据课程要求和学时安排，制定适合于研究型教学的教学大纲。以研究问题为线索，并在此基础上进行教学环节和实践性环节设计［3］。同时将Matlab、Proteus、Keil c、Protel、LabVIEW等软件融入到机电传动控制系统设计的应用中。我们拟定的在“机电传动控制”课程教学中采用研究型教学的教学方案如图1 所示。

图1 “机电传动控制”开展研究型教学的教学方案

2 “机电传动控制”课程研究型教学的探讨

2.1 应用多媒体和实物教学手段

多媒体课件不仅要能够简单明了地概括出各章节的知识要点，还能大量应用现代教育资源，将电机及控制发展的新技术、新应用以及具有代表性的视频等搬进课堂，创造出一个图文并茂、有声有色、生动逼真的教学环境。为了制作好优质课件，我们到电机厂实地拍摄了电机制造的整个生产工艺流程，将实际电机制造装配的视频利用多媒体资源呈现在课堂上，使学生对电机制造抽象的想象变成了直观的场景，熟悉了完整的电机制造装配过程。对于Matlab、Proteus、Keil c、Protel、LabVIEW 等软件的使用仅采用多媒体课件讲授是不够的，我们将这些软件的编程环境、程序编写和流程调试进行现场演示，使学生直观了解如何从工程上进行程序设计与调试，实现电机控制系统设计的全过程。同时我们将单片机的开发板带到课堂上，现场演示直流电机和步进电机的运行过程。授课时教师要激发学生的求知欲，教师应该与时俱进，了解本学科发展的最新动态，并把它传授给学生，只有这样才能激发学生的求知欲，真正把课教好。如在介绍电机中，用高速磁悬浮列车的例子结合磁悬浮电机进行讲解，从而大大提高了学生的兴趣、求知欲。

2.2 研究问题设计与提出

研究型教学认为教育者应激励、引导学生去主动开展基于问题的学习，从中获取基础技能、专业技能和综合技能，尤其是培养创新思维能力和解决实际问题的能力［3］。相对于传统教学模式，研究型教学更能够激发学生的兴趣，挑战学生进行更深层次的思考，促使学生将多学科的知识融会贯通。

研究型课程教学的关键环节是提出好的研究问题，研究问题通常是课程教学设计的难点和关键点。以前上课过程中学生常常是被动听讲，大部分均依赖教师的授课，严重影响学生思考能力的培养。为此，首先我们在安排教学进度时，安排课堂讨论，老师根据学生对知识的理解可以适当调整进度。根据各章的特点、重点和难点提出研究问题，组织学生进行课堂讨论，启发思维，充分的调动学生的学习积极性，鼓励学生对老师所讲知识提出自己的看法。比如，讲完交流电动机的正反转电气控制线路，我们可以问学生:如何设计直流电动机的正反转控制线路?提问有助于学生思考问题，启发思维。其次，采用团队合作学习，针对某个问题，课堂提问中如果某个学生回答不上，他可以申请“外援”帮助，共同探讨解决问题。团队学习不仅可以用于课堂中充分调动课堂气氛，也可以用于课后复习和探讨中。通过相互学习，有利于增进学生的团队协作精神，取得共同进步。第三，对学生回答问题进行合理点评，点评时，除了给出正确的解答思路外，应当对学生的互动热情与探讨精神给予鼓励和赞许。启发思维的主要目的不仅在于学生观点的正确与错误，而在于其是否付出了思考、是否用心［4］。这样可以保证提高教学质量。

例如:我们在讲授步进电动机一章时，首先我们分别拿了一个步进电动机和一个普通的直流电动机的实物，让同学们从外观上进行比较，提问能否从外观上比较区分它们?如果不能又该怎样区分呢?这样调动了学生的好奇心。在看不出它们有何区别时，这时告诉同学只能从铭牌上面区分。课堂上我们介绍了步进电动机的工作原理，对于它的软件环形分配器和硬件环形分配器的介绍，由于同学们已经有了“先验知识”:“电工电子学”和“微机原理”，我们让学生根据步进电动机运行的真值表和“电工电子学”中所讲授的JK 触发器结合在一起自行设计硬件环分，再让学生结合“微机原理”所学的编程技巧，编写软件环分程序，这样加强了同学对已学知识的综合应用。课后我们要求学生查找步进电动机的数学模型［5-7］，利用Matlab、Proteus［8］等仿真软件进行步进电动机的控制系统仿真，可以6 ～8 人自由组合进行团队合作，严禁抄袭和拷贝，在上下一次课的时候，每组派一个代表上来演示，根据完成质量合理评分。

2.3 实行课堂讨论记分制，完善教学评价考核机制

在课堂上，对回答问题以记分的形式来掌控课堂的气氛与灵活性，回答问题对的要加分，不对的，但确实也有一定道理的要适当加分，用以鼓励学生思考的积极性，对于不经过思考的回答，要给予一定的减分及适当批评。通过提问，提醒学生哪些知识内容是重点，是必须掌握的，通过学生的思考、讨论加强学生对知识的理解和掌握，同时也加强了学生思考问题和解决问题的能力。学生在课堂上认真思考，积极的课堂氛围就不难掌握了［9］。

以前，成绩的评定由两部分组成:期末考试(80%)+平时成绩(20%)。这种评价把课程最后的考试作为整个课程评价的重点，忽略了学生学习和思考的过程，忽略了学生课前预习、课后复习与课堂学习部分，弱化了实验动手能力。然而“机电传动控制”是一门理论与实践结合相当紧密的课程，课程考试固然重要，但缺少对实际动手与学习积极性的评价，考核结果不能反映学生的综合能力。因此，对课程成绩的评定修订为期末考试(60%)+实验成绩(10%)+课堂出勤与回答问题(20%)+课程作业(10%)。

3 课程实践环节设计

研究型的实验题目往往是从科学研究、生产实践或实验室建设等项目中提炼出来的子课题或子系统。学生通过查阅资料、设计实施方案、组织实验、撰写总结报告等过程，获取新的知识和经验，得到全面的锻炼，从而培养从事科学研究和实验的素质和能力。研究型实验伴随了整个实验教学过程，是学生认识、实践和提高的过程。由于研究型实验涉及了很多新知识，要独立完成相应的实验有一定的难度，所以我们对学生进行分组和选题，每组6 ～8 人，设立组长。在此期间，任课教师轮流在实验室进行答疑并与学生进行交流。在最后一周安排一次课程进行研究型教学总结，组长总结实验中遇到的问题、解决的方法和取得的成果。同时我们将实践性环节划分为3 个层次:

(1)基本实验。这其中包括仿真实验和验证性实验。仿真实验主要通过Matlab［10-12］、LabVIEW 编写电机的仿真程序［13-15］，在电脑上模拟仿真结果。验证性实验通过原有的实验箱，将利用汇编编写的程序导入单片机中，验证实验结果和理论分析是否一致。

(2)综合设计型实验。提出一个研究问题，例如:直流电动机的PID 控制，步进电动机的正反转控制，要求学生利用Proteus 设计仿真电路，用Keil c 语言编写程序并导入单片机，程序仿真调试通过后，再导入实际的单片机系统。

(3)创新型实验。学生在熟练掌握上述能力的基础上，可以自行提出新电路的设计，同时利用Protel 软件制板，生成印刷电路板，焊接上相关元件。

4 结 语

高等学校应培养能够更好地适应新世纪社会主义现代化建设需要的全面发展，且具有创新精神和实践能力的“机电复合型”人才［16］。在教学中，我们始终坚持“授人以鱼”，不如“授人以渔”的理念，努力使学生从知识的接受者变为知识的探究者。我们将研究型教学的教育理念应用于“机电传动控制”课程的教学中，总结了以下几点经验:①本文对研究型教学进行了探讨，在教学内容、实验形式、考核方式等方面都进行了较为深入的尝试。②实行灵活的课堂讨论记分制的考核方式，目的是加强学生的课堂纪律、增强学生思考问题的积极性、主动性，加强对基础知识的掌握，对科技发展的了解。③在实验内容改革上着重提高学生的动手能力，分析问题与解决问题的能力。④以上教学改革在本校机械工程及自动化专业2009 ～2012 届学生中进行试验，取得了较好的教学效果，改善了学生的创新能力和探索意识。

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