项目驱动法在电气工程类大学生创新训练项目中的应用*

◆肖德明 樊战亭 张小青 田凯

项目驱动法在电气工程类大学生创新训练项目中的应用*

◆肖德明 樊战亭 张小青 田凯

以大学生创新训练项目为例，讲述项目驱动法在电气工程类大学生创新训练项目应用中的一些具体做法和经验，证明项目驱动法在大学创新项目应用中的有效性，期望能够为大学生创新训练项目的实施提供一些有益的借鉴作用。

大学生创新训练项目；项目驱动法；创新创业教育

1 引言

创新创业教育已成为大众化高等教育创新发展的必然要求，是现代教育改革的趋势和高校未来发展的方向。“国家大学生创新创业训练计划”是国家教育管理部门面向本科生立项的项目，也是高等学校本科教学质量与教学改革工程的重要组成部分，主要包括创新训练项目、创业训练项目和创业实践项目。大学生创新训练项目主要以学生为主体、以兴趣为出发点、以创新为导向，强调自主性、协作性及实践性，让学生敢想、能做、能写、会说，激发学生的学习兴趣，发挥学生的创造潜能，让学生亲身体验科学研究的过程，着重于与科学研究方法的训练和实践能力的培养［1］。

所谓项目驱动法，是教师和学生在实验室通过共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动。它既是一种课程模式，又是一种教学方法［2］。从学生的角度来看，项目驱动法是一种适用于学习操作性和实践性较强的知识和技能，帮助自身明确学习目标的学习方法。从教师的角度来看，项目驱动法是一种适用于培养学生自主学习、增强其分析并解决问题的能力的教学方法。在项目驱动法中，学生根据项目需求来主动学习、寻求知识，解决实际中出现的问题。

大学生创新训练项目主要由2～5名学生构成一个项目组，首先，学生根据自己的兴趣申报项目课题，申报成功后再进行项目分解、分工合作直至完成项目。指导教师在学生选题、申报、处理项目中的难题等多个过程中给予指导。整个创新项目完成过程中，教师的指导作用为辅，充分发挥学生主动性、积极性为主。学生和教师共同合作，完成大学生创新项目，真正完成一个项目驱动的过程。

大学生创新训练中的项目驱动不同于一般课程中所使用的项目驱动，主要在于一般课程中的项目是由教师预先设定好的，项目是为课程所学内容服务的，整个项目综合性、创新性较弱，学科较为单一。大学生创新训练项目是由学生根据自身兴趣并结合多门所学专业课程进行申报的，项目是学生自主提出来，并且创新项目包括项目提出与申请、项目的总体设计、单元模块制作、总体调试、项目的阶段汇报、项目结题汇报等多个环节，项目具有较强的实践性、综合性和一定的创新性。

本文结合咸阳师范学院大学生创新项目“无刷直流电动机转速控制”，说明项目驱动法的在电气工程专业大学生创新训练项目中的具体应用，希望能够扩展项目驱动法在实践中的应用，也希望能够为其他专业的大学生创新项目的顺利进行提供一些有益的借鉴。

2 大学生创新项目的选题和申报

技术项目是实现项目驱动法的载体，大学生创新项目的确定主要根据学生的兴趣并结合所学专业、密切联系实践来进行选题和申报。电动机广泛应用在工业机床，家用的冰箱、空调、电动自行车等多种电器产品中，也是电气工程专业课程电机与拖动主要的研究对象。项目组几位学生对电动机控制也十分有兴趣，决定选定电动机控制作为创新项目，这样能够把自动控制、模拟电路、电机与拖动等所学多门课程知识进行综合应用，并提高实践动手能力。

电动机分为直流电动机、异步电动机、同步电动机、步进电动机、直流无刷直流电动机等多个种类。直流电动机、异步电动机、步进电动机几种电动机控制方法较为简单，同步电动机控制方法就很难；直流无刷电动机是一种控制电动机，结构比较复杂，控制实现难度相对大，得到锻炼机会也就大。最后决定选用无刷直流电动机速度控制作为大学生创新训练项目进行申报，并主动联系电机与拖动任课教师作为指导教师。按学校要求填写大学生创新项目申报书，请指导教师提出改进意见、凝练创新点，经过多次认真修改，提交到学校并最终得到立项。

*项目来源：咸阳师范学院大学生创新创业训练项目（项目编号：201410722023）。

作者：肖德明、樊战亭、张小青、田凯，咸阳师范学院物理与电子工程学院（712000）。

3 项目驱动法在电气工程类大学生创新项目中的具体应用

项目实施首要及最重要的部分是进行总体规划和设计。先由项目组学生查找资料，提出系统控制的初步方案，再由指导教师进行改进，然后把整个控制系统分为若干单元模块项目，每个模块任务由学生进行完成，单元模块完成后再进行系统调试。无刷直流电动机速度控制方法主要有专用芯片控制、单片机控制和DSP控制三种。其中专用芯片由专业的芯片公司开发，学生对具体实现过程不能深入理解；DSP控制功能强大，对线路设计要求高，学生还没有系统学习过DSP相关知识。项目组几位学生对单片机知识掌握较好，在项目执行过程能够将所学知识进行良好的应用，因此，最后确定选择使用单片机对无刷直流电动机进行控制的方案。

应用单片机对无刷直流电动机进行转速控制，分为硬件电路和软件控制两大部分，硬件部分要与软件部分进行紧密结合，才能够完成好控制任务。

1）硬件电路部分可以分为4个主要单元模块任务。

①三相逆变器电路：把直流电逆变为交流电通入无刷直流电动机的绕组，完成无刷直流电动机的换相控制，从而达到控制无刷直流电动机连续旋转的目的。

②逆变器驱动电路：把单片机输出的逆变控制弱信号进行放大，控制三相逆变电路的场效应管的关断与接通，完成直流电的逆变作用。

③无刷直流电动机转子的位置检测电路。

④电机正反转及转速的设定电路及转速的显示电路。

2）软件控制部分可以分为2个主要单元模块任务。

①根据硬件电路给定的无刷直流电动机正反转、转速设定信号及转子位置信号，控制输出逆变电路的控制信号，控制逆变电路不同场效应管的导通，达到无刷直流电动机正反转及转速控制的目的。

②无刷直流电动机转速的计算和转速显示控制。

整个项目中硬件部分和软件部分要进行良好的配合，进行硬件设计和软件设计的学生之间要及时沟通，硬件部分进行变化后，软件部分也要进行相应的变化。为了加快项目的进展速度，首先要完成整个系统的主要部分，比如硬件任务的①、②、③及软件任务的①，在此完成的基础上再逐步加入硬件任务④和软件任务②，不断完善系统的功能。把项目分成多个任务，并安排好完成次序，就能够控制项目的完成过程。在每个任务执行过程中，由于任务明确，学生会主动查找相应的资料并自行学习，在教师指导下努力解决，确保项目的顺利进行。

学生会在项目任务进行过程中碰到一些疑难问题，要能够准确描述出现的问题，并与指导教师进行协商，与指导教师共同分析问题出现的原因，找出解决问题的方案，再进行验证和解决。如三相逆变器电路搭建任务过程中，开始时整个电路由有6个N沟道场效应管搭建而成，电路调试中发现上面3个场效应不能关断。学生和教师共同分析原因，发现由于驱动电路输出电压为正值而产生的，决定把上面3个N沟道场效应管改为3个P沟道场效应管，最后整个电路能够正常运行关断。

在项目进行过程中，无刷直流电动机的转速检测等问题，也都是由教师与学生通过共同努力进行解决的。

4结语

大学生创新项目“无刷直流电动机转速控制”项目软硬系统的顺利完成，证明项目驱动法在大学生创新项目中是一种切实可行的方法，将其应用到课程设计、实训等其他实践性很强的教学课程中，具有重要作用和意义。在大学生创新项目的实施过程中，教师在学生申请项目选题中应该发挥比较重要的指导作用，把握项目的实践性、综合性、创新点及可实现性；在进行项目过程中，要能够把项目进行分解和细化，为项目的顺利实施奠定良好的基础。

在具体指导过程中，指导内容会涉及多门课程的知识和技能，由于大学生创新题目本身具有一些创新点，项目进行过程会遇到一些实践性很强的问题，教师可能也不是很熟悉，这就对教师的知识结构提出特别高的要求。因此，教师也应该不断学习，不断扩展自身的学术范围，在项目进行过程中与学生共同进步，不断提升自身的实践能力。

学生在大学生创新项目中从项目选题、项目申报、项目总体设计、单元任务的完成、团队合作等多方面得到很大的锻炼。学生为了完成项目，会主动学习去分析问题、发现问题和解决问题，每完成一个项目单元，都会增强信心和成就感，为下一个项目单元的顺利进行积累更多的经验。在项目进行的后期，学生经常会提出一些新的想法，用以更好地完善整个项目。学生在基于项目驱动法进行的大学生创新项目中，自学能力、分析问题与解决问题能力、实践动手能力、团队合作能力等多方面的能力都得到很大的提升，为今后进行科研、进入企业工作打下良好的基础。因此，项目驱动法应用在大学生创新项目中是一种特别行之有效的办法。

［1］王琼，盛德策，陈雪梅.项目驱动下的大学生创新创业教育［J］.实验技术与管理，2013（6）：99-101.

［2］朱文琦，邰鑫.基于项目驱动法的教学改革与实践：以《机床电气与PLC》课程为例［J］.新余学院学报，2011（3）：109-111.

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10.3969/j.issn.1671-489X.2016.18.082