基于案例导学的《伺服驱动与控制技术》课程教学

杜柳青 余永维

摘要：结合我校研究生择业背景特点，基于案例导学，梳理了《伺服驱动与控制技术》的课程教学框架，并以“伺服系统稳态设计”章节进行了阐述。课程还针对案例导学方针，结合了现场教学、信息技术、专题BBS等手段，化抽象生涩理论为生动的感性认识，收到了非常好的教学效果，也加速了伺服技术人才培养过程。

一、课程背景与面向制造业与汽摩产业的项目导学定位

我校针对本科机电类本科专业开设了《机电一体化系统设计》、《机电传动控制》、《数控技术》等机电类课程，于2010年，通过学院组织的广泛调研，参考国内多所重点大学课程设置，对机械工程涉电类专业研究生开设了《伺服驱动与控制技术》课程，体现研究生在机电方向的专业特点，在与本科课程进行衔接印证同时，进行伺服驱动技术的深入研究。

由于我校机械工程学科培养的研究生，择业行业背景主要是广义的制造业，特别是汽车摩托车产业这一特点，因此《伺服驱动与控制技术》课程重点将向这一方向偏重，通过与企业工程案例紧密结合，以面向制造业和汽摩产业的实际工程项目为教学案例，理论联系实际，学以致用，使课堂教学为企业服务，是本课程建设改革的重点方向。

二、基于案例导学的课程教学框架

《伺服驱动与控制技术》是我校机械设计及理论、机械制造及其自动化、车辆工程、机械电子工程、地面武器机动系统工程等专业研究生的专业选修课程，旨在培养学生运用现代计算机技术，解决现代伺服系统的稳态设计、动态设计、总体软硬件设计、伺服系统数字仿真等重要问题的能力。课程理论性和实践性均强，系统地介绍伺服系统传递函数的建立，机械谐振和摩擦对系统的影响与补偿、系统的稳动态设计原则与实现，结合工程实际，培养学生综合运用控制理论、自动控制元件、电机及电力拖动、电子技术等基础知识，熟练掌握伺服系统的原理及应用，掌握时下典型流行伺服系统设计技术和设计方法，能熟练进行基于PLC的运动控制系统、基于PC运动控制卡的运动控制系统的设计，成为一个合格的现代工程设计研究人员。

课程的理论性以及涉及传递函数、稳态设计、机械谐振、动态设计等知识的抽象性，使学生在学习过程中容易感到枯燥乏味，必须借助于工程科研项目的实践性来进行合理疏导，以实现抽象知识的有效串联，激发学生对《伺服驱动与控制技术》课程的学习兴趣，提高在今后工作中不断学习的后劲儿。

在与本科相关知识的衔接上，进一步注重糅合工程设计实例，进行抽象理论的理性化解。如在进行第二章“伺服系统的稳态设计”教学过程中，将伺服系统的稳态设计化为负载的分析计算，再化为力学的分析，进一步化为公式与定理应用的数学现象，一步步抽丝剥茧，简化复杂的伺服系统设计理论和过程，使教师易教，学生易学。解决了现有教学体系中普遍存在的重理论轻实际、教学过程中缺乏工程实践和工程设计的引入、教与学均是纸上谈兵等教学问题。图1所示为以“伺服系统的稳态设计”章节为例，基于案例导学的《伺服驱动与控制技术》课程教学框架。

如图1所示，在进行伺服系统稳态设计章节教学时，简略引入“数控机床开环伺服进给系统的PLC控制”、“PLC在数字伺服电机控制中的应用”等实例进行与本科《机电传动控制》、《机电一体化系统设计》、《数控技术》等课程的知识渗透与验证;引入“BBF-SPG系列主轴伺服驱动系统 刚性攻丝 任意点定位”、“直流伺服电动机控制数控机床工作台”进行负载分析、执行元件选择、检测装置选择、信号转换电路设计等知识点的抽象理论与工程实践的引导与有效梳理;深入引入“摩托车喷漆伺服系统案例”、“高精度交流伺服定剪系统”等实际企业工程项目进行一个伺服系统稳态设计的实际工作流程、快速上手经验、注意禁忌等方面的教学，增强学生的工程实践意识、工程设计能力和工程创新能力，使学生进入企业后能大大缩短企业的二次培养时间，加速人才的成长。

三、教学实施与效果

基于《伺服驱动与控制技术》课程的理论性，以及传递函数、动态设计、线性与非线性补偿等知识点的抽象性，我校《伺服驱动与控制技术》课程在教学中综合运用了辅助基于案例导学的各手段，收到了良好的效果。

1.现场教学。由于课程教学学时有限，现场教学转为开放现场的教学方式。通过基于运动控制系统的现场教学，使学生从系统→组件→元件→软件，建立关于伺服系统的理论与实践紧密结合的综合课程体系。

2.强调创新能力，讨论启发式教学。创新能力的培养是《伺服驱动与控制技术》课程的重中之重，具体方法为结合教师的企业工程背景，安排学生对一个具体伺服系统设计案例，课外广泛搜集网络资料，对此进行消化理解，提出多种方案，进行创新设计，在课堂上提出自己的看法，相互讨论、启发，教师点评其优劣，将学生在课题上的发言及表现能力作为评定其成绩的重要依据。

3.综合运用网络手段。我校《伺服驱动与控制技术》通过网络教学，建立了工程案例库、试题库、作业库，以及专题BBS等功能，充分发挥了信息技术的作用，实现了课程教学资源的全程上网，并做到每三个月对上网资源进行有针对性的更新，学生可以通过重庆理工大学的校园网随时查询有关课程学习的最新参考资料。各专题BBS充分调动了学生学习的主动性和积极性，目前建立的如负载分析BBS、补偿BBS、机械谐振对系统影响及补偿BBS、随动系统传递函数BBS等专题模块都收到了非常好的效果，学生实践应用能力与理论分析能力得到了逐步培养。

四、结语

我校基于案例导学的《伺服驱动与控制技术》课程注重使用先进的教学手段，改革考核方法，把教师课堂授课、课堂讨论、课外实践等有机结合起来，充分发挥信息技术的作用，在教学中收到了非常好的教学成效。从进入企业的毕业生反馈看，该课程理论不抽象、实践不生拗，进入企业所接触即为课堂所学所用，大大缩短了企业的二次人才培养。我们在实施过程中，还每学年派1～2名教师外出参加学术交流活动，及时了解兄弟院校在“伺服驱动与控制技术”课程教学与改革方面所取得的成绩和经验，冷静分析，不断总结，期望能为培养符合现代企业要求的伺服技术人才做出贡献。

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关键词：案例导学;伺服系统;信息技术;人才培养

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）36-0169-02