突出工程能力培养的“伺服驱动与实践”课程教学改革与实践

郭建江，崔志达，刘振亚，许玲，邹宇

(1.常州工学院电子信息与电气工程学院，江苏常州213002；2.施耐德电气(中国)有限公司，上海200120；3.常州欧龙自动化系统有限公司，江苏常州213022)



突出工程能力培养的“伺服驱动与实践”课程教学改革与实践

郭建江1，崔志达2，刘振亚3，许玲1，邹宇1

(1.常州工学院电子信息与电气工程学院，江苏常州213002；2.施耐德电气(中国)有限公司，上海200120；3.常州欧龙自动化系统有限公司，江苏常州213022)

伺服驱动技术是现代工业自动化运动控制中的核心技术，是电气工程及其自动化专业本科生必须掌握的专业技能[1-2]。为此，学院为即将走向工作岗位的大四本科生开设“伺服驱动与实践”专业拓展课，目的是为了提高学生在伺服驱动应用领域的工程实践能力，为今后走向工作岗位打下基础。该课程以先期“电机原理与拖动”“传感器原理及应用”“PLC原理及应用”“电力电子技术”等课程为基础，以步进电机、直流电机与交流伺服电机等伺服电机为研究对象，教会学生如何集成设计和装配调试工业自动化中的伺服驱动系统，培养学生的工程能力。

该门课程涉及的知识面较广，且实践性、工程性强，仅仅通过课堂理论教学来达到教学目的是不现实的[3-5]，以往教学计划中虽然安排了一些实践环节，但仅仅是验证性的，与企业所要求的工程能力有很大的差距，因此如何提高学生工程能力和实践能力是本课程教学改革急需解决的问题。

1教学中存在的问题

伺服系统是以伺服电机为执行元件，使移动部件的位移及速度等被控量能够跟随输入值变化的自动控制系统。“伺服驱动与实践”课程任务就是讲授伺服系统基本原理以及在工业自动化中的应用。教学内容如图1所示，内容不仅包含多种伺服电机驱动技术的理论知识，而且需要具备系统集成设计和综合调试等工程能力和实践能力。

图1　伺服驱动与实践课程教学内容

目前，课程教学上存在的问题有如下几点。

1)缺乏对学生工程实践能力的培养。所谓工程能力就是伺服系统设计集成(即设计选型、接口设计、软件设计等)与现场调试的实践能力。目前，课程理论教学主要是讲授各种伺服电机的控制与驱动原理，理论强、数学逻辑复杂，教学重理论轻实践。市场和企业对具有伺服驱动工程能力的毕业生需求很大，这就迫切要求对课程教学进行改革，培养学生实践能力与工程能力，以适应企业的要求。

2)教学实验平台无法适应现代工业自动化的发展。目前用于教学的实验设备不仅控制电机类型少(只有步进电机和直流电机)，且都是10年前的产品，不能满足课程教学需要。

3)师资队伍中双师型教师偏少。现代伺服驱动设备需要教师不断更新理论知识，还需要跟踪新设备的使用和推广，不断紧跟市场需求和企业需要进行集成设计和调试。目前在岗教学的教师双师型教师数量少，且教学科研任务繁重，教学上缺少面向企业和市场的项目案例。

2教学改革与实践

2.1　建立校企联合实验室，搭建现代伺服驱动技术实验教学平台

学院与代表目前伺服驱动世界先进水平的施耐德电气有限(中国)公司建立了“工业自动化联合实验室”，施耐德电气公司投入一整套先进伺服工控设备，共同组建了新型教学实验平台，该平台具有先进性、工程性和开放性。教学实验平台主要组成如图2所示。

图2　教学实验平台

图中实验平台控制核心采用施耐德最佳简约产品M218-PLC。M218-PLC拥有较强计算能力的高性能处理器，与普通PLC相比，用于伺服检测与控制速度更快、可靠性更强。图中STU彩色触摸屏(5.7寸)通过Ethernet端口与PLC通讯监控实验运行；PLC通过Modbus控制变频器驱动交流电机执行拖动控制；光电传感器(角度编码器或者位移检测光栅)连接HSC采集实验对象的速度和位移；根据采集的信号，PLC按照程序从PTO输出脉冲控制伺服电机或者步进电机执行反馈控制；PLC还可通过模拟扩展模块控制直流电机输出。该实验平台所有元件均采用施耐德电气公司最新的伺服工控产品，可为学生组建集成不同设计型和综合型实验项目，还可为学生毕业设计和创新实践项目服务。

2.2　师资队伍建设

教师的能力与水平是决定课程教学质量的关键因素，教师必须不断更新自己的知识，提高自己的能力才能讲授好理论与实践相结合的课程。师资建设从教学奖励政策入手，电气学院用课时奖励鼓励教师学习和采用新型实验平台进行教学实验，学校也要求青年教师在副高职称评定时需要企业就职经历。此外，电气学院以外聘教师形式聘用施耐德电气工程师来学校上课，指导课程设计与毕业设计。同时利用学生社团“电子协会”骨干优秀学生辅助教师来指导实践，一方面可以减轻教师负担，另一方面这种“学生教学生”的方式可以给授课学生以信心，取得更好的教学效果。

2.3　教学方式改革

从图1可看出，该课程不仅涉及的理论较多，更重要的是工程能力和实践能力的培养。针对教学要求，在教学方式上采取案例项目教学法、改革考核方式法、创新项目驱动法、就业驱动教学法以及开放实验驱动法等多种形式的改革。

1)案例项目教学法。案例来自于施耐德电气公司提供的近3年内成功应用施耐德伺服系统进行的工程实践案例，应用领域从纺织、化工、能源和机械加工等工业领域。案例详细讲解了采用施耐德伺服工控产品集成设计的过程，通过理解案例，实验中模仿案例，使得学生对实验平台使用成功率大大提高，激发了学生对课程学习的热情和潜力，提高了学生的实践能力，也提高了教学效果。

2)创新项目驱动法。利用申报各级(国家、省级和学校)大学生实践创新训练项目的方式培养优秀学生。让学生深入施耐德电气公司，与企业工程师一起设计调试企业项目，在项目的基础上申报创新项目，取得了较好的教学效果。

3)就业驱动教学法。采用学习和就业联系、能力与市场挂钩，利用施耐德电气品牌在市场上的影响力，积极与企业联系，根据不同企业需求采取就业目标针对性培养，给学生以学习动力和压力，提高教学质量。

4)开放实验驱动法。利用实验平台采取课下开放实验，给学生充分的实践机会。管理上采用社团学生骨干为主要辅导教师，提高实验平台的利用率，极大的激发了学生的学习热情，提高了学生工程实践能力。

3教学改革成效

通过上述多方面的教学改革，经过3年多的教学实践，课程改革取得了多方面的成效。

创建的伺服驱动实验教学平台从课内到课外，实验人时数逐年增长，2012—2014年实验学时数分别为1 504、2 848、2 396。采用本课程内容进行毕业设计的学生数量也在逐年增加。连续3年成功申报国家级、省级、校级各级大学生创新实践训练项目，这对课程改革是个极大的鼓励。3年来有11个教学班参与改革实践，学生对课程的评教分数都达到90分以上，表明学生对课程改革认同度颇高，企业对毕业生的工程能力与实践能力也极为肯定。课程改革和校企实验室建设成效也获得施耐德电气公司的好评。

4结语

“伺服驱动与实践” 课程教学通过创建教学实验平台、建设师资队伍及改革教学方式等措施，激发了学生的学习兴趣，培养了学生的工程能力。经过3年的教学改革，取得了良好的教学效果，为电气类专业人才工程能力的培养提供了参考。

[参考文献]

[1]许家群,綦慧,于涌川,等.“电机现代控制技术” 课程教学方式探索 [J].电气电子教学学报,2010(1):102-103.

[2]郑诗程.电机拖动与控制技术课程教学改革探索[J].安徽工业大学学报:社会科学版,2010,27(2):132，134.

[3]王田苗,陈殿生,吴永亮.《机电控制基础》一体化项目教学实践[J].北京航空航天大学学报:社会科学版,2008,21(2):77-80.

[4]张袅娜,谢慕君,邱东.交流伺服运动控制系统课程建设的探索[J].实验室研究与探索,2011(10):345-347.

[5]蒋玲,张超.任务驱动在《现代电气控制技术》课程教学中的研究与实践[J].邢台职业技术学院学报,2014,31(2):7-9.

[6]张宁,魏恩甲.基于多目标优化电机控制课程的教改研究[J].教育与教学研究,2013,27(6):80-82.

[7]袁少强,郭艳玲,张平,等.基于工程项目教学法的控制实验平台建设[J].实验室研究与探索,2013,11:118.

[8]徐卓君,高晓霞.PLC 与电机控制技术课程改革研究与实践[J].济南职业学院学报,2011(2):84-86.

责任编辑：陈亮

摘要：根据市场和企业对电气类伺服驱动人才的需求，对“伺服驱动与实践”课程进行了教学改革和实践探索。以培养学生工程实践能力为目的，创建了现代伺服驱动技术教学实验平台，加强了师资队伍建设，并采取了一系列教学方式的改革。经3届教学实践，学生的学习热情得到了有效激发，教学质量也稳步提高。

关键词：教学改革；伺服驱动与实践；工程能力培养

Engineering-oriented Teaching Reform and Practice of ″Servo Drives System and Engineering″ CourseGUO Jianjiang1,CUI Zhida2,LIU Zhenya3,XU Ling1,ZOU Yu1

(1.School of Electronic Information and Electrical Engineering，Changzhou Institute of Technology，Changzhou 213002;

2.Schneider Electric′s China Company，Shanghai 200120;

3.Changzhou Oulong Automatic System limited Company，Changzhou 213022)

Abstract：The teaching reform and practice of the servo drives system and engineering course was proposed to the market demand and enterprise needs of electrical servo drives-specialized talents.With engineering-oriented talent training as the focus,a modern servo drives experiment platform for teaching was built up,teaching staff construction was strengthened and the teaching methodology was innovated.After 3 years of exploration and practice,the teaching reform inspired students′ enthusiasm and improved the quality of teaching.

Key words：teaching reform;servo drives system and engineering;engineering-oriented cultivation

中图分类号：G642

文献标志码：B

文章编号：1671-0436(2015)03-0078-03

作者简介：郭建江(1970—)，男，博士研究生，副教授，高级工程师。

基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目(201411055002)

收稿日期：2015-02-04

doi:10.3969/j.issn.1671-0436.2015.03.019