《机电传动与控制》教学问题分析及改进措施

王班 冯长水 李冰茹

摘要：针对《机电传动与控制》课程教学中存在的课程内容冗杂、各章节关联性不强、学生被动接受课程内容及理论实践脱节等问题，本文通过优化课程内容、梳理课程知识点、采用任务驱动教学法及增加开放性实验等措施，探索改进机械工程专业的教学新方案，帮助学生在学习《机电传动与控制》基础知识的同时，增强学生的积极主动性，提高学生的参与度与接受度，激发学生的创新思维，从而培养更加适应社会需求的高层次机电一体化人才。

关键词：《机电传动与控制》；问题分析；改进措施

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）18-0249-03

一、引言

随着工业的发展，现代化生产机械设备已不再是传统的单纯机械系统，而是机电一体化的综合系统，电气传动与控制已成为生产机械的重要组成部分。从某种意义上来讲，电控技术的先进性直接反映了生产机械的发展水平[1]。《机电传动与控制》是机械设计制造及其自动化专业的一门专业课，是机电一体化人才所需电气知识结构的躯体，是机电结合的纽带[2]。本课程涉及机械、力学、电磁学、控制、材料等众多学科，主要教学目的是使学生了解机电传动与控制的基本原理和方法，学会用各种电机、电器、电子元器件、检测元件及电子计算机按一定规律设计控制系统，使生产机械按照要求高效、稳定的工作。但是在实际教学过程中存在一些问题：一方面，机械专业学生电磁学及电路等方面的理论基础较为薄弱，大多反映本课程目前的教学内容比较难懂，使得教学效果大打折扣；另一方面，现行的《机电传动与控制》教材更新较慢，内容过多地涉及电气控制的细节原理，难以对学生起到有效的引导作用。鉴于此，本文针对《机电传动与控制》在教学实践中遇到的问题进行分析，并有针对性地给出了相关教学改进措施。

二、教学过程中存在的问题

1.课程内容冗杂、知识点多。《机电传动与控制》是一门多学科交叉课程，教学内容知识点过多，包括机电传动系统动力学、直流电机、异步电机、同步电机、控制电机、接触器—继电器控制、PLC控制、交—直流电机调速系统等，要求机械工程专业学生的先修课程为大学物理、工程力学、机械设计、机械原理、电路、自动控制原理等，同时对电磁学、电机学、电力系统、电力电子等电学专业课程内容也有所涉及。众多知识点在较短的学时内完成，于教师而言，讲授起来具有很大的挑战性；于学生而言，掌握起来具有较大难度。最终导致教师、学生都身心俱惫，较难达到理想中的教学效果。

2.课程各部分跨度大，关联性不强[3]。本课程知识点繁杂且层次过多，众多知识点之间的联系并不紧密，授课教师只是机械地按照相关书籍的章节安排对各知识点按部就班地进行讲授。对于学生而言，他们不了解知识点间的联系与过渡，无法理解课程体系，因而学习的积极性、方向性及目的性都大打折扣。

3.学生被动接受，主动参与度低。为了在有限的课时内完成课程教学内容，当前一般还是采用以教师讲解为主的单方面“灌输式”授课模式，但是该课程教学过程中涵盖大量原理性、概念性内容，公式推导烦琐，抽象的理论知识比较多，单纯的教师讲解方式缺乏师生间的互动，不受学生欢迎，学生课堂参与度较低，严重影响了学生的学习兴趣。

4.理论与实践严重脱节。动手能力弱、实践能力差是长期以来用人单位对大学毕业生的诟病。实践能力对毕业生的就业竞争力具有很大的影响，必须高度重视，把它放在教学改革的重要位置，既有扎实的理论知识，又具备较强的实践能力的人才能得到社会的认可与青睐。《机电传动与控制》作为机电结合的重要纽带，教学的主要目的是使机械工程专业的学生可以从总体层面去分析、设计机电系统，不仅要掌握理论知识，更重要的是将理论知识应用到实践中去，做到学以致用。该课程的突出特点是强调进行系统设计的动手能力，实践教学是本课程教学中的重要一环，是促进学习兴趣、加深知识点理解、锻炼动手能力和提升系统设计与开发能力的有效手段。但受限于本课程的总学时数（32学时），实验教学仅为6学时，并且安排的3次主要实验：交流电机断续控制实验、步进电机控制实验、PLC控制应用实验，这些均为验证性实验。实验时学生仅需按规定的步骤操作，简单接线及验证即可，基本没有参与到实验的设计中，对实验结果也是知其然却不知其所以然，很难起到培养学生系统设计与工程实际应用能力的作用。

三、教学改进措施

1.优化课程内容，突出课程重点。面向工程实践，机械工程专业的学生要做到从系统高度去设计机电系统，对电控部分只需掌握基本原理和方法，而不必过于纠结于电控细节，从而把主要精力用于机械本体的设计上，做到既有高度又有深度。对《机电传动与控制》而言，主要是围绕生产机械中的执行电机，学习重点是电机原理及控制方法。其他诸如交—直流电机调速系统、步进电机调速系统等已属于比较专业的电机控制及电力电子专业内容，根据教学实际情况让学生选择性了解即可。

2.梳理课程知识点，理清结构条理。本课程设计学科众多，可以根据优化后的课程教学内容对课程知识点进行梳理与归纳，理顺各知识点之间的层次结构与彼此联系，有利于学生对知识点的吸收和应用。针对优化后的课程内容，教学团队总结出了如图1所示的课程知识点体系结构图。《机电传动与控制》以机电系统为研究对象，而一般的机电系统由机械运动部件、电机拖动及电气控制系统组成。机电系统的基本动力学方程是该课程的一个基础，包含了电机的机械特性及负载特性。作为执行机构的电动机是课程的重点研究内容，主要包括直流电动机、交流电动机及控制电动机的工作原理及机械特性，为使电动机满足机电系统作业的要求，还需根据电机的结构特点研究各种电动机的启动、调速及制动等控制方法。最后，需根据实际情况，选择断续控制、PLC控制或计算机控制进行电动机控制系统的实现。

3.采用任务驱动教学法，提高学生的参与度。任务驱动教学法是一种建立在构建主义教学理论基础上的教学法，是将所要学习的新知识和技能隐含在一个或几个任务之中，引导学生对教学任务进行分析、讨论，提出问题并设法解决问题[4]。任务驱动改变了传统的“教师讲、学生听”以教定学的教学模式，创造了以学定教、学生主动参与、自主合作、探索创新的新型学习方式，有利于培养学生的创新能力、实际动手能力及独立分析、解决问题的能力。如前所述，《机电传动与控制》是一门强调动手能力的课程，且强调从总体上去分析问题及设计系统，将班级学生分成若干3—5人的课题小组，每个课题小组从教师给出的机床、电动汽车、电动卷扬机、智能轮椅、织布机等典型机电系统中选题。学生根据选择的题目对系统进行机电系统分析，主要包括：系统电机类型及型号、电动机的工作状态（正反转）及控制方法（启动、调速及制动）、电气控制类型（断续、PLC、计算机控制等）及控制器具体型号，最后绘制系统总体结构框图，进行课堂汇报及报告总结。小组成员在完成任务的过程中，对机电传动系统有了更加感性的认识，真正理解了《机电传动与控制》的课程内涵。

4.增加开放性实验，落实理论联系实践。为了解决《机电传动与控制》实践教学中实验课时少、实验创新性不强的问题，需增加实验课时，并设计需要学生动手设计和操作的自主性实验。我们学院专门开发了开放性、自主性实验平台[5]，学生可以根据自己的兴趣爱好，自主安排时间（不限学时）去学院实验室进行直流电机、交流電机、步进电机及伺服电机的启动、调速、制动等系统设计，并进行实验演示。

四、总结

针对《机电传动与控制》教学中存在的问题，笔者结合个人的教学经验进行了分析与总结，并给出了具有针对性的教学改进措施。这些改进措施有一定的参考价值，可望改变当前教学过程中存在的问题。同时，也希望广大专业教师相互探讨，共同进步。

参考文献：

[1]杨丙辉，张宏，郭文松.“机电传动与控制”课程若干教学问题思考与实践[J].新疆农机化，2016，（1）：46-48.

[2]于金.《机电传动与控制》课程教学的探索与实践[J].产业与科技论坛，2017，16（7）：120-122.

[3]倪敬，许明，陈国金.《机电传动控制》课程教学改革研究[J].教育教学论坛，2011，（21）：147-148.

[4]周大鹏，何光普.项目导向 任务驱动教学模式的探索和实践——以《电子CAD》课程教学为例[J].乐山师范学院学报，2011，26（5）：122-125.

[5]许明，倪敬，孙珺，等.机电传动与控制开放式综合实验平台开发及实践教学应用[J].实验室研究与探索，2017，36（6）：196-200.