卓越计划下运动控制系统课程建设探索与实践.docVIP

卓越计划下运动控制系统课程建设探索与实践 　　【摘要】本文依据卓越工程师培养计划要求，结合“运动控制系统”课程特点，从课堂教学、课外自学、实验等环节进行了探讨，在教学内容选择和实验安排以及教师培养等方面开展课程建设，实现提高学生工程实践能力的教学目标。 　　【关键词】卓越计划；运动控制系统；课程建设 　　“卓越工程师”教育培养计划是2010年教育部启动的工科专业人才培养计划，期望培养和造就一大批能够适应和支撑产业发展、具有创新能力和国际竞争力的卓越工程师[1]。南京航空航天大学自动化学院自动化本科专业成为教育部第二批试点专业，并针对“卓越工程师”培养要求制定了新的教学计划，开启了相关课程改革的探索。 　　“运动控制系统”课程是自动化专业的重要专业课，该课程内容涉及到电力电子、电机拖动、自动控制原理等内容[2]。课程知识点繁多，与工程实际联系紧密，教学有一定的难度。为实现“卓越计划”的工程素质培养目标，需要在课堂、课外、实验三方面同时开展课程建设，才能较好的完成教学任务，培养出较高工程素质的人才。 　　1 基于CDIO工程能力培养模式的课堂建设 　　CDIO模式是美国麻省理工学院等高校2001年在研究从产品研发到产品运行的全寿命周期理论的基础上，提出的一种现代工程培养理念，分别表示构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）[4]。参考CDIO培养模式，我们在“运动控制系统”教学实践中将学生的能力培养目标进行划分，将教学过程分成各有侧重，又相互支撑的环节，将构思与设计作为课堂的教育重点，以培养基础知识和个人能力。将实现和运作作为实验教学的重点，提升人际团队能力和工程系统能力。在每个环节中运用多种教学方式使学生在多个层面的综合能力都得以提升。教学是培养学生基本工程能力，特别是构思和设计能力的重要环节。在“运动控制系统”教学实践中通过取舍教学内容、安排合适的教学顺序，达到学生掌握基础知识和提升个人能力的目的。 　　1.1 课程教学内容选择 　　课程教学计划修订除了根据工程能力培养需要增加学时长度，还需充分考虑教学内容内在完整性、系统性和实用性，并兼顾基础理论和实际能力的均衡培养，使学生以后不论是进一步深造，还是走向工作岗位，都能够有较好的基础。“运动控制系统”课程教学内容一般包括概论、直流、交流、随动四大部分。在实际教学中，本着扩展概论，重点直流，涉及交流的教学思路，分配主要学时在直流调速部分，补充以电力电子变流技术。以目前应用广泛、较易实现的PWM调速方式为主，详细讲授数字式直流调速系统的原理和实现。并引入工业产品和工程实施方案的实例，进行案例教学。课程选取的内容覆盖普通控制系统工程实现的各基础环节，构成完整的知识体系，使学生在企业实习和毕业设计阶段中能够学以致用。 　　1.2 面向构思和设计能力培养的教学顺序 　　工程“构思”能力是基于系统级的整体认识。在“概论”环节中，结合前修课程如“自动控制原理”的内容，培养学生对控制系统结构以及知识架构的整体认识[3]。而“设计”能力是一种创新能力，表现在实践中能够对运动系统结构和参数做出合理选择和有效调整。所以在各章节基础知识的课堂教学设计中，引导学生分辨系统中各部件的特点及不同形式的优缺点，训练他们对不同方案进行合理判断。在教学顺序的安排上将整个教学内容能够比较清晰的分成几个教学模块，如直流变流模块的教学中调整教材顺序，在补充讲述整流电路后，将直流斩波器和PWM变换一起阐述。使得该教学模块包括整个直流变换器的设计知识。同时，引导学生们思考自己当前已经会了什么、但还缺什么，以疑问和需求促动学生进行下一模块的学习。 　　2 课外工程技能综合锻炼 　　课堂上主要掌握与控制原理相关的理论知识，而更多的工程能力则需要在课堂外的多个环节中通过反复锻炼才能得到提升。其中，在自学环节中，教师利用网络、作业、仿真等多种方式锻炼学生分析不同需求，灵活应用所学知识的能力。 　　为了方便学生们自学，教师充分利用网络工具的全时段远距离的便利特性，开设课程教学网站供学生们在课外开展交互式学习。并将PPT课件转换成flash格式供学生下载，同时在网上链接多种行业资料，如行业动态、国际行业标准，甚至工程师招聘要求等，依靠多种新鲜资料扩展学生的知识面。 　　作业是强化和检查学生课堂上所获构思、设计能力的重要方法。作业应形式多样且注重实际，除进行基本计算以熟悉公式外，还有进行资料分析，描述和设计资料的电路原理图和系统结构图，以及用Matlab编程进行仿真验证和结果分析，思考系统的工作特性。 　　3 演示实验与实训结合 　　在早期实验教学中，由于实验设备少，只能开展演示实验。实验室条件改善后逐步开展实训项目。而此时仍可以继续发挥演示实验