《直流调速系统》仿学研用的教考体系

冯兴田，胡慧慧，王　平

（中国石油大学（华东）信息与控制工程学院，青岛　266580）

《直流调速系统》仿学研用的教考体系

冯兴田，胡慧慧，王平

（中国石油大学（华东）信息与控制工程学院，青岛266580）

针对《直流调速系统》知识综台性强、工程应用性强、专业性强的特点，为提高学生学习兴趣，真正实现教考统一、学以致用，提出基于仿学研用的综合教考体系。教学过程中将理论学习、仿真分析、实验训练、现场应用和科研探索有机结合在一起，融入基于问题、案例和项目的教改模式，在各个环节实施相应的考核方法。通过这种新型教考体系，有效促进学生的学习热情，加强师生之间的交流互动，全面培养学生的自主学习能力、综合表达能力、实践能力、协作能力和创新能力。

教考体系；直流调速系统；能力培养；改革模式

《直流调速系统》课程是国内高校电气工程专业的核心课程，在课程体系中发挥着举足轻重的作用。该课程承上启下，既是电机学、电机拖动与基础、电力电子技术、自动控制原理、功率接口等课程的综合应用，又是交流调速系统、新型电机控制等课程的基础，其知识综台性强、工程应用性强、专业性强。课程主要包含4部分内容：单闭环直流调速系统、双闭环直流调速系统、数字控制直流调速系统和可逆直流调速系统［1-2］。

课程知识点比较集中，学生学习起来难度较大；考核理论知识重点有限，造成考试内容的重复率较高，简单传统的考核方式难以达到考核学生综合应用能力的目的。通过教考合一的改革，提高学生学习积极性，培养学生发现、分析与解决问题的能力，真正掌握课程内容，才能真正培养出具备综合能力的出类拔萃的人才。

1　课程教考背景

《直流调速系统》课程教学过程中，教师大多采用所谓的填鸭式教学，把课程的知识点、重点、难点一一讲解，灌输给学生；学生被动性接受，上课貌似听讲很认真，但由于缺少思考、交流，并没有将知识充分消化吸收再利用，实际效果并不好。如何改善现状，实现互动式的教学模式急需解决。

学生缺乏主动的学习意识，造成这一问题的主要原因是，很多学生平时不认真听课，课下也不温习，只是依靠考试前几天的突击复习，也能拿到好成绩，或者说也能顺利通过；而许多教师也应学生的要求，通常考试之前在课堂上划出考试的重点、范围、题型，甚至提供往年的考试题或是复习资料等等，这从某种程度上也造就了学生的懒惰心理，产生平时学习无用的思想［3-4］。

课程成绩评定主要由平时成绩和期末考试两大部分构成，平时成绩包括作业、考勤、实验，共占30%，期末闭卷考试占70%。实验成绩往往是通过实验报告简单考核，难以区分优劣。比例较大的期末考试一考定乾坤的传统考核方式，让学生往往把学习重点放在最后的救命稻草上。

《直流调速系统》集控制理论、控制规律、工程设计、仿真分析、实践实验为一体，高度强调理论和实践的结合。教学过程中需要将理论学习、仿真分析、实验训练、现场应用和科研探索有机结合在一起，而基于仿学研用（仿真分析、理论学习、科研探索、实践应用）的综合考核体系，就是在整个学习过程中对上述各个环节实施相应的考核方式，融入基于问题、案例、项目的考核方法，真正实现教考统一，学以致用。通过这种新型考核体系，能够有效促进学生的学习热情与学习兴趣，能够在各个环节实现师生之间的交流互动，能够全面培养锻炼学生的自主学习能力、综合表达能力、实践能力、协作能力和创新能力。

我校正在实施电气工程及其自动化卓越工程师培养计划，而卓越工程师培养计划中，特别强调学生工程实践能力的培养。对于学生工程实践能力的培养，需要一定的促进措施来完成；对于学生工程实践水平的评价，也需要相应的考核方式来完成，而基于仿学研用的教考体系，正是针对学生理论、实践综合能力的培养和考查，可以实现以考促学促教、教考合一的改革目的。

2　基于仿学研用的教考体系

2.1总体改革方案

根据《直流调速系统》的课程特点，将理论学习、仿真分析、实践应用和科研探索这4个主要教考环节融于整个学习过程中，4者相互联系，互为补充，形成基于仿学研用的4位一体综合教考体系。4者关系如图1所示，理论学习作为仿真分析、实践应用和科研探索的基础；仿真分析用以验证理论知识，同时提供实践应用和科研探索的依据；实践应用验证理论知识和仿真结论，展现科研探索的方向；科研探索提升理论层次，促进仿真技术发展，升级实践应用。

将4位一体的学习考核方式灵活运用于课程的整个学习过程中，融汇于直流调速系统的原理学习、系统设计、仿真分析、实验实践、现场应用等各方面，注重教学与考核的结合、过程和内容的考核，实现贯穿教学全过程的多元化考核形式，增强学生的主动学习意识，加强师生的互动交流；培养学生的自主学习能力、综合表达能力、实践能力、协作能力和创新能力，实现学以致用、教考合一。

2.2教考体系具体实施方案

根据《直流调速系统》考试改革的总体方案，针对4位一体的考核体系进行具体实施，各教考环节的设置如表1所示。

图1　综合教考体系4环节关系Fig.1　Four parts relationship of comprehensive teaching and examination system

表1　教考环节设置Tab.1　Teaching and examination units contents

1）理论学习

理论学习主要通过教、问、练、测来完成，具体为：教师讲解主要内容（教）；针对课堂练习进行提问（问）；课堂布置部分学习内容，并提出问题，学生自学后随堂提问并进行打分，作为平时成绩的一部分（练）；第一、二章内容（单闭环直流调速系统、双闭环直流调速系统）结束后，随堂进行单元小测试，分别考查转速单闭环直流调速系统的稳态和动态分析、直流调速系统的典型系统校正，测试成绩也作为平时成绩的一部分（测）；课下布置相关自学内容，完成相应的任务（自学）。

理论学习主要通过期末考试衡量，采用传统闭卷考试方式，占总成绩的45%；该部分主要培养和考查学生对基本概念、基本原理、基本方法的学习能力以及综合分析能力。课程教学内容主要包括单闭环直流调速系统、双闭环直流调速系统、数字控制直流调速系统和可逆直流调速系统4种典型调速系统相关的知识，期末考核中各部分内容在理论学习环节考核中的考查重点和所占比例如表2所示。

表2　理论教考内容分配Tab.2　Theory contents allocation of teaching and examination

2）仿真分析

针对各种直流调速系统，包括转速单闭环（比例调节器、比例积分调节器）直流调速系统、电压单闭环（比例调节器、比例积分调节器）直流调速系统、电流正反馈直流调速系统、带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统、弱磁直流调速系统、转速电流双闭环直流调速系统、可逆直流调速系统等，任选一种基于Mablab电力仿真软件建立仿真模型，对相应的理论知识，如转速的超调、起动的过程、负载的扰动、电流的变化等展开仿真分析验证，加强对理论知识的学习和理解［5，6］。

教师给定相应的基本参数，主要包括转速给定、电机参数、变流器装置参数，并给予一定的指导；调节器参数学生自己进行设计，仿真波形和结果可通过课堂口头报告演示、答辩或提交详细书面报告，重在分析一个直流调速系统从设计到工作的研究过程。Matlab软件自学完成。该部分主要培养和考查学生的自学能力、文字语言综合表达能力、实践分析能力等，成绩根据仿真演示、答辩或书面报告的水平进行评定，占总成绩的15%。

3）实践应用

该部分包含课内规定实验和选做实践两部分。课内实验主要针对调速系统参数测试、转速单闭环直流调速系统、转速电流双闭环直流调速系统、PWM直流脉宽调速系统进行实验分析。特别是转速电流双闭环直流调速系统，要求根据工程设计的方法，首先完成系统的设计计算，再通过实验装置完成对设计的验证。经过理论分析、工程设计和实验调试，掌握一个典型直流调速系统的开发过程［7］。实验过程中，改变以前根据实验报告评定实验成绩的简单考核方式；教师全程监督指导，把学生操作实验仪器的规范性、实验步骤的准确性、实验效率、学生参与程度等作为实验过程质量考核的指标，综合考查作为实验成绩的一部分；同时通过提交的设计报告和实验波形数据分析报告，综合评定该部分成绩。

选做实践主要针对现在发展较快的计算机数字控制，引入数字测速方法、数字控制方法，延用工程设计、建模仿真、实验分析的研究思路，完成直流调速系统的升级开发学习，3～5人组成一个小组，可以选择数字测速方法、数字滤波方法、控制系统等一个或多个环节的单片机编程工作来完成任务，锻炼学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，主要培养和考查学生的实践能力、协作能力，并在一定程度上提高创新能力，该部分成绩通过学生自己组织答辩小组对该部分进行评分，教师随机选组参与［8］。实践应用占总成绩的15%，其中课内规定实验占10%、选做实践占5%。

4）科研探索

教师结合科研的经历，分析直流调速系统在电动钻机等工程实践中的应用，同时针对一些新兴的科研产业，如电动汽车、飞轮储能等，研讨电力拖动自动控制系统的发展趋势。要求学生课下查阅相关的资料，调研直流调速系统在实际生产生活中的应用，以及发展中的新技术、新思想等，培养学生的创新意识，完成、提交相应的调研报告，并在课上通过PPT进行汇报，现场答疑，该部分主要培养和考查学生的创新能力和综合表达能力，占总成绩的10%。

5）平时成绩

平时成绩包括理论学习单元中的课堂练习问答、课堂自学问答和两次课堂单元测试环节、考勤环节以及作业，各占1/3的成绩比例。该部分考查学生对于理论知识的掌握情况，主要培养学生的学习能力和思考能力，占总成绩的15%。

3　改革成效

通过进行课程教考改革，在2011级电气工程及其自动化专业试点，取得了良好效果。

1）完善了课程的教学资料

通过《直流调速系统》课程考试改革总体方案设计，完善了课堂授课内容及考核方式实施方案；建立了仿真实训课题、考核试题库以及评分标准；建立了实践考核案例库、课堂测试题库、工程设计问题库等；制定了课堂PPT报告的评分标准等实施细则。

2）促进了实验教学

课程组针对直流调速系统实验设备，编写了直流调速系统实验指导书，开设了直流调速系统的基本实验，并通过改进、开发现有设备，增设了基于PWM控制的直流调速系统的相应实验以及部分设计性的实验，在实验教学过程中根据需要多次重新修订实验讲义、适当调整实验内容，取得了较好的实验教学效果，大大提高了学生的动手实践能力。

3）提高了学生的综合能力

通过教考改革体系的实施，有效调动了学生自主学习的积极性。学生在课下认真自学了Matlab仿真软件，并针对相应的直流调速系统按照要求做了仿真分析，通过仿真分析报告锻炼了学生的书面表达能力，为以后的毕业论文、学术论文的撰写打下一定的基础，图2为学生完成的仿真研究报告。

图2　学生仿真研究报告Fig.2　Students′simulation research reports

对于现场应用和科研探索方面，许多学生主动联系专业教师，参与相关科研工作，并通过网络资源了解课程前沿动态，进行科研应用调研，图3为电气2011级课堂的直流调速系统应用和科研调研的答辩示意。通过PPT汇报演示的环节，提高了学生的语言表达能力。另外，引入课堂训练、问答和阶段测试，促进了师生之间的交流互动。

图3　学生课堂PPT答辩Fig.3　Students′PPT oral defense in class

4　结语

基于仿学研用的《直流调速系统》综合教考体系，将理论学习、仿真分析、实践应用、科研探索有机融合在一起，实现了教考合一，促进了学生的主动学习意识，加强了师生的互动交流，培养了学生的自主学习能力、综合表达能力、实践能力、协作能力和创新能力等综合能力。本文提出的教考体系可推广至相似的工科专业课程教学中。

［1］陈伯时.电力拖动自动控制系统［M］.北京：机械工业出版社，2005.

［2］张红莲.交直流调速控制系统［M］.北京：中国电力出版社，2011.

［3］冯兴田，王平，胡慧慧（Feng Xingtian，Wang Ping，Hu Huihui）.“直流调速系统”课程的教学改革（Teaching reform for DC speed regulating system course）［J］.电气电子教学学报（Journal of Electrical&Electronic Edu⁃cation），2014，36（1）：18-19，22.

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［5］周渊深.交直流调速系统与MATLAB仿真［M］.北京：中国电力出版社，2007.

［6］洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的Matlab仿真［M］.北京：机械工业出版社，2006.

［7］蔡霞（Cai Xia）.基于PLC的PWM直流调速控制系统（DC speed regulation control system of PWM based on PLC）［J］.实验室研究与探索（Research and Exploration in Laboratory），2012，31（1）：201-203.

［8］乔占俊（Qiao Zhanjun）.应用型人才培养模式下的“开放式”实践教学（Open-style practice education with the application-orientated personnel training mode）［J］.电力系统及其自动化学报（Proceedings of the CSU-EPSA），2014，26（4）：76-80.

Teaching and Examination System of DC Speed Control Systems Based on Simulation，Study，Research and Application

FENG Xingtian，HU Huihui，WANG Ping
（College of Information and Control Engineering，China University of Petroleum （East China），Qingdao 266580，China）

DC speed control systems course has characteristics of strong knowledge synthesis，project application and profession.In order to promote students′interest and realize unified teaching and examination and learning for practice，this paper proposes comprehensive teaching and examination system based on simulation，study，research and applica⁃tion.The teaching process combines theory study，simulation analysis，experiment training，spot application with scien⁃tific exploring together，integrates into teaching reform mode based on questions，cases and projects，and executes cor⁃responding examination method in every teaching units.The novel teaching and examination system can promote stu⁃dents′learning enthusiasm，enhance the interaction between teachers and students and cultivate students′abilities in⁃cluding autonomous learning，integrated expression，practice，cooperation and innovation.

teaching and examination system；DC speed control system；ability cultivation；reform mode

TM921

B

1003-8930（2016）03-0099-04

10.3969/j.issn.1003-8930.2016.03.018

冯兴田（1978—），男，博士，讲师，研究方向为电气传动、电能质量治理等。Email：topfxt@163.com

胡慧慧（1979—），女，硕士，讲师，研究方向为微机控制技术、电力拖动控制。Email：upc-auto@163.com

王平（1956—），男，硕士，教授，研究方向为电力传动、计算机测控技术等。Email：wp8393030@126.com

2014-08-21；

2015-06-29