科研反哺教学在机电传动控制实验中的应用

沈凤龙　吴英男

【摘要】机电传动控制是机械设计制造及其自动化专业的重要的专业基础课程，尤其对于机械设计制造及其自动化专业创新实验班，为提高学生的创新能力和综合素质及能力，在机电传动控制课程实验中，将教师的科研项目引入到实验中，由符合实验要求的科研成果构建综合性实验和创新性实验。不仅能丰富创新实验班学生的实验内容，同时能极大激发学生的实验热情和兴趣，有助于提高学生的创新创业能力和应用能力。

【关键词】机电传动控制  科研  教学  交流调速系统

一、引言

机电传动控制是是机械设计制造及其自动化专业的重要的专业基础课程，常规的实验都是以验证性实验为主，创新性实验和综合性实验占的比例很小，这对于该专业的创新实验班学生而言，完全不能符合培养目标，严重束缚了实验班学生动手能力、创新能力和综合分析问题能力的培养和提高。为改变这一情况，将与该课程部分内容相关的教师的科研项目引入到实验设计中来，将实验目的和实验内容布置给学生，由学生利用参与教师科研积累的科研能力和经验，自主的组成团队设计实验，教师科研反哺教学，不仅能激发学生的求知欲，有效的提高教学质量，同时也能促进教师的科研的顺利进行。

二、实验教学改革

（一）改革内容

在常规的机电传动控制实验中，包括三相异步电动机的启动、停止控制，正反转控制等验证性实验，主要是学生通过对现成的实验装置进行接线，构成继电器-接触器控制系统，只能使学生对控制系统的组成和基本接线有所了解，而交流自动调速控制系统部分只是会简单的介绍，也没有实验。但是对于实验班而言，无法完成创新能力和应用能力提高的培养目标，与常规不同班级也就没有区别了。为此，针对创新实验班学生的实际情况，对课程内容和实验内容进行删减和重新调整，对于基础性知识有学生利用慕课和泛雅平台上教师开发的课程进行自主学习，教师进行辅助，实验基础性验证性实验有学生在教师引导下自行完成。教学实验的重点在综合性、创新性实验上。结合教师的辽宁省教育厅项目“用于矿井提升的双三电平PWM变频器关键问题的研究”，将项目的硬件电路设计部分分解成“三电平PWM整流器主电路设计”和“三电平PWM逆变器主电路设计”两大部分，将实验班的学生和创新实验室的学生按照任务分成两个大组，然后在按照进行混合分组，每个大组中包括四个小组，按照每部分的具体任务，结合学生的能力和特长进行混合分组。提出综合性实验的设计任务和设计要求，要求学生在教师的引导下，查阅相关文献资料进行自行设计。

（二）教学改革的实施

由于学生分成了八个小组，导致实验教师人员不足，为解决这一情况，利用课题组成员均为实验班教师的有利条件，由课题组成员分别负责一个小组。在教師的引导下，从查阅资料和文献评述，再到方案的设计及实现，充分发挥学生自主学习能力和团队协作精神，每两周召开课题研究会议，由学生代表对两周的进展和完成的任务进行汇报，并提出存在的问题。然后由学生和教师共同探讨给出解决方案。最后，在各组完成设计方案之后，将项目中采用的实际方案进行公布，然后由学生进行讨论，确定各种方案的优缺点，最后由课题组教师给出评价，同时指出学生在设计中容易出现的问题及解决办法。

利用项目组开发的设备进行实验，例如在三相异步电动机的启动中，有学生提出启动时会产生较大的启动冲击电流，针对这一问题，由每组提出具体的解决方案，在保证安全的前提下，对各种方案进行试验，最后综合考虑确定采用定子绕组串电阻的方法进行启动，启动时，将电阻串接在定子绕组上，减小启动电流，带转速上升到一定值再切除电阻，电机全压运行。通过变频器实现三相异步电动机的调速，将课本中传统的利用西门子通用变频器进行参数设计，实现变频调速的实验进行创新和延伸。利用设计的基于IGBT的二极管钳位式三电平双PWM结构的变频器进行三相异步电动机的调速实验，这样学生不仅对电力电子器件IGBT的性能有了深入的了解，同时对变频器的整流部分和逆变部分有了更深层次的理解，而且通过参与具体的项目中，掌握了交直交变频调速系统的设计中可能出现的问题，并积累了一定的设计经验。

三、教学改革的作用及成果

由于创新实验班和创新实验室的学生是同届的机械设计制造及自动化专业中学习能力和动手能力较强的学生，因此在授课中，如果完全按照教材进行授课，学生觉得枯燥无味，通过改革，将教师的科研项目引入学生的课程学习中，极大的激发了学生的学习兴趣，学生面对实验中出现的各种问题，查阅相关资料，并在教师的引导下进行解决，增强了学生的实践能力和设计经验。这样，既促进了项目的进行，同时也实现了科研反哺教学，学生和教师都受益匪浅。

在项目完成过程中，鼓励学生不断发现问题，提出问题，并通过团队协作解决问题。使学生的创造性思维和研究性思维得到了提高，分析问题和解决问题的能力大大增强，对于团队协作有了更深的理解，沟通交流能力不断增强。同时，学生取得了丰硕的成果，共申请国家级大创项目6项，省级大创项目10项，获得学科竞赛奖省级一等奖5项，二等奖三等奖数量更多。

四、总结

通过在机电传动控制课程的授课中，不断对授课内容和实验内容进行调整，将教师的科研项目和成果引入到实践教学中，使教学与科研相辅相成，相互促进。在教学改革中，针对实验班学生和创新实验室学生的具体情况，强调学生的自主学习能力的培养，给学生创造学习和实践的机会，培养学生的创新思维和科研能力，有效的提高了教学效果。

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作者简介：沈凤龙，辽东学院，副教授，博士;吴英男，辽东学院，讲师，硕士。