新能源背景下“电机学与运动控制系统”课程教学改革与探索

张旭隆 王峰 曹言敬

摘要：对我国新能源发展趋势及技术型人才需求进行了分析，以电气专业核心课程群“电机学与运动控制系统”的教学改革为研究对象，提出了在新能源背景下对该课程的教学改革与探索思路。基于CDIO工程教育理念，以课程教学与工程应用之间的差距为突破口，阐述了对课程教学内容、教学方式及实践教学等方面的改革方法，为电气工程及其自动化专业“卓越工程师教育培养计划”的教学改革提供了借鉴经验。

关键词：新能源;工程教育;技术型;电机学;教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）32-0089-02

一、新能源发展趋势及技术型人才需求

1.新能源发展趋势

能源是当今经济社会发展最重要的物质基础，然而伴随着工农业文明的高速发展，现有常规的不可再生能源日渐萎缩。世界各国均已将风能、太阳能、潮汐能、地热能、生物质能等新能源的开发和利用作为解决不可再生能源潜在枯竭危机的重要途径。由于新能源具有清洁环保、循环利用的优点，使得新能源未来必将成为能源领域的主导产业。

同西方发达国家相比，我国新能源产业虽起步较晚，但在国家鼓励政策和市场潜在巨大需求的推动下发展非常迅速。根据中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会（CREIA）、中国可再生能源学会风能专业委员会（CWEA）和全球风能理事会（GWEC）联合发布的《中国风电发展报告2013》指出：截止到2012年年底，全国累计风电吊装容量70.21GW，相比2011年增幅24%;累计海上风电装机容量39.8万千瓦，居世界第3位;风电累计装机容量保持世界第一。太阳能发电、电动汽车、新能源建筑与交通等行业也得到了快速发展。然而，新能源产业在迅猛扩张的过程中伴随着部分关键技术未能完全攻克的问题，例如风电质量控制与并网安全性、光伏造价与能量转换效率、电动汽车续航里程与安全稳定性等方面的难题。更值得注意的是，在新能源开发和应用过程中，缺少专业技术型人才是制约新能源产业发展的一个突出障碍。

2.技术型人才需求

尽管我国新能源产业发展迅速，然而针对新能源行业的技术型人才培养却相对滞后。高素质技术型人才的缺失已严重制约着我国当前新能源产业的健康发展。预计到2020年，在风电、光伏、新能源汽车、节能建筑等新能源领域的专业技术人员需要将达到数十万，而全国新能源相关专业每年毕业生总量却不足1000人。因此，培养适合于新能源产业的技术型人才刻不容缓。

2007年华北电力大学成立可再生能源学院，2008年10月南昌大学成立了光伏学院，同年，复旦大学成立新能源研究院，河海大学设立了风能与动力工程专业。“电机学”与“运动控制系统”作为电气自动化专业重要的专业课程，始终相互衔接、互为支撑，是培养新能源技术人才的重要基础课程，徐州工程学院信电工程学院对“电机学与运动控制系统”课程群的调整开展了有益思考与探索。

二、课程教学现状

1.理论教学

由于本课程集电路、模拟电子技术、数字电子技术、电力电子技术、计算机控制技术等基础知识为一体，理论性和实践性都非常强，再加上电机学本身的理解难度，使得目前课堂教学更注重讲授知识的基础性和系统性。一方面，重点讲授电动机的基本原理、运行特性和控制方法，发电机的基础知识和技术难点课堂教学课时分配较少，针对新能源技术领域的知识讲授更是一带而过;另一方面，当涉及到实际工程应用时，均以系统框图为背景，例如直流双闭环调速系统、三相同步发电机的运行与并网，课堂讲解与工程实际的应用偏差较大，学生普遍感觉比较抽象。总体而言，新能源相关的新知识、新技术在教学中的更新较慢。

2.实验教学

我院的实验教学基本以验证性实验为主，并且由于现有的实验设备高度集成，学生在做实验时往往看不到其内部结构，只要对外部端子进行简单接线，然后手工记录数据即可，整个实验过程无法将理论与实际的元器件联系起来。

考虑实验设备的限制，在系统仿真环节，课程多利用MATLAB的SIMULINK工具箱，大多是以控制系統的传递函数为基础进行计算机数字仿真，与工程实际也存在较大的差距。

三、课程教学改革与探索

1.课程教学内容改革

“电机学”与“运动控制系统”是电气工程及其自动化专业的传统经典课程，我院在保留课程主干内容的基础上，适度缩减与工程实际差距较大的理论知识讲授课时，着重加大关于发电机运行原理与控制技术的分析和论述，借此进一步夯实学生关于新能源发电技术的理论基础，并逐步增加“新能源发电技术”、“风力发电与控制技术”、“车用电机原理及控制”、“光伏发电与微网技术”等专业选修课程，通过调整使新的课程体系能满足新能源人才培养需要。

2.课堂教学方式改革

在理论教学过程中，学生始终是教学活动的主体，而教师发挥着重要的主导作用，需要充分调动学生的积极性，激发学生的学习兴趣。例如更多采用多媒体动画演示、MATLAB/SIMULINK软件搭建仿真模型、新能源技术视频展示和项目小组讨论等多种形式，对工程实际系统进行深入的研究性学习。同时注意增加学生新技术实验与实践成绩占课程总成绩的比重，鼓励学生更注重探索新知识、掌握新技能，适度降低课程期末考试成绩的比重，以避免学生疲于应付考试。

在实验教学过程中，充分利用我院大学生实践创新训练计划，采用CDIO工程教育培养模式，在授课班级中开展项目小组讨论的形式，围绕新能源相关课题进行项目构想、设计、实施、改进以及答辩讨论。每个项目小组中的学生都需要至少一次作为项目负责人，提升学生的个人技能和团队写作能力。针对众多新能源相关课题，学生自由组合、自主选题，在课题开始阶段，学生充分利用图书馆文献数据库及网络资源，查阅相关文献并进行整理和提炼，形成项目的整体推进思路;在课题推进过程中，课题负责人对课题进行子课题分解，对课题中的具体工程实现进行设计、实施和改进;在课题答辩讨论阶段，项目负责人将课题进展结果在课堂上以PPT的形式加以阐述，班级同学均可就其结论和观点展开讨论，最后以指定的论文格式要求上交纸质论文或样机实物，教师对课题成果进行综合评定，并计入课程总成绩中。

3.实践教学分层次能力提升

在實践教学过程中，按照项目设计—系统实现—实施改进三个层次的渐进过程。

在项目设计阶段，学院组织教师结合企业新能源方面的需求和教师的科研课题进行命题，学生分小组选题，并根据课题进行协作设计。设计完成后，学院组织专门的评审委员会进行设计的评讲活动，学院对于设计成果有创新的进行奖励。

在系统实现阶段，充分利用我院大学生创新训练计划专项经费，解决学生理论与实际脱节的问题，利用MATLAB的电力系统工具箱（SimPower System）和Pspice软件，开展了系统仿真，工具箱在元件库中提供的电气元器件能够反映相应实际元器件的电气特性，激发了学生独立动手实践的积极性。

在实施改进阶段，学院组织评审委员对系统的实现进行再评讲活动，提出实施改进意见，让学生对自己的设计、实现成果进行完善性改进，从而进一步提高成果的层次和质量水平。

2009年我院购置“电机学”与“运动控制系统”两门课程的成套实验教学设备，2010级电气国际课程实验班的实验内容就进行了相应的调整，减少数字仿真的内容，增加工程实践训练内容。新的实验指导书要求学生认真预习，根据实验内容、原理图和实验装置设计实验控制系统的具体接线图，列出实验步骤;能够运用理论知识对实验现象、结果进行分析和处理，解决实验中遇到的问题，能够综合实验数据，解释实验现象，编写实验报告，实施了从构思、设计、实施到运行的一个全CDIO过程，达到培养学生全面的专业、个人、职业、团队、交流及社会意识与能力。

四、结束语

我院以电气工程及其自动化专业为依托，以培养应用型新能源技术人才为目的，在“电机学”与“运动控制系统”两门课程中实施了教学改革。从教学效果来看，学生在掌握了专业基础知识的前提下，经过工程实践训练，提高了学生的综合素质、团队协作能力和创新能力，为“卓越工程师教育培养计划”的教学改革提供了借鉴经验。

参考文献：

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[2]高宁宇.独立学院运动控制系统课程教学改革探讨[J].中国教育技术装备，2012，（15）：25-28.

[3]马爱芳.“电机及拖动”课程教学中现场环境的创设[J].中国电力教育，2010，（6）：139-140.

[4]李新德，孙家明.“运动控制系统”课程实践教学模式的探讨[J].电气电子教学学报，2012，34（4）：55-56.

（责任编辑：王祝萍）