電氣課程革新方式研討

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本文作者：吳牮、吳偉龍 單位：重慶電子工程職業(yè)學(xué)院機(jī)電學(xué)院、重慶電子工程職業(yè)學(xué)院

在我們制定的現(xiàn)行的教學(xué)計(jì)劃中，高職高專機(jī)電類專業(yè)課程體系或多或少參照了傳統(tǒng)本科或?qū)？圃盒C(jī)電類專業(yè)的電氣傳動(dòng)課程體系，比如自動(dòng)化專業(yè)開(kāi)設(shè)的是《電機(jī)與電力拖動(dòng)》，數(shù)控、設(shè)備維修與管理、機(jī)電一體化專業(yè)開(kāi)設(shè)的是《電機(jī)與電氣控制技術(shù)》，先修課為《電路基礎(chǔ)》、《電力電子技術(shù)》，后續(xù)課為《可編程邏輯控制原理與應(yīng)用》、《機(jī)電一體化系統(tǒng)與設(shè)計(jì)》等，《電機(jī)與電力拖動(dòng)》、《電機(jī)與電氣控制技術(shù)》的課程標(biāo)準(zhǔn)總體上以經(jīng)典電機(jī)學(xué)、電力拖動(dòng)內(nèi)容為主，一方面由于課時(shí)限制及教學(xué)內(nèi)容整合的不夠合理，學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)電機(jī)與電力拖動(dòng)的主干內(nèi)容掌握得并不牢靠，另一方面對(duì)當(dāng)今流行的電氣傳動(dòng)新技術(shù)，特別是應(yīng)用到實(shí)際中的新技術(shù)涉及不多，面向先進(jìn)技術(shù)有針對(duì)性的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容幾乎沒(méi)有，這樣對(duì)于當(dāng)前急缺的機(jī)電專業(yè)高端技能型人才的培養(yǎng)是極為不利的，要適應(yīng)時(shí)展，培養(yǎng)能滿足社會(huì)需要的合格人才，相應(yīng)的教學(xué)計(jì)劃與課程體系必須進(jìn)行調(diào)整。

在當(dāng)今新技術(shù)背景下，如何改進(jìn)現(xiàn)行高職高專電氣傳動(dòng)課程體系，是仁者見(jiàn)仁，智者見(jiàn)智，應(yīng)該說(shuō)有不同的出發(fā)點(diǎn)、側(cè)重點(diǎn)和目的。依筆者所見(jiàn)，要培養(yǎng)高端技能型機(jī)電專業(yè)人才，首先是強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，以培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力為主旨，突出人才培養(yǎng)的“技能型”特征。其次在電氣傳動(dòng)技術(shù)方面，在進(jìn)一步鞏固傳統(tǒng)核心知識(shí)內(nèi)容的同時(shí)，以企業(yè)實(shí)際應(yīng)用水平為參照，適當(dāng)拔高知識(shí)層級(jí)，補(bǔ)充新內(nèi)容，以突出人才培養(yǎng)的“高端”性。

現(xiàn)行的高職高專電氣傳動(dòng)方面的教科書，如《電機(jī)與電力拖動(dòng)》、《電機(jī)與電氣控制技術(shù)》等，理論上看似遵循淡化理論突出實(shí)踐環(huán)節(jié)的要求，在知識(shí)體系上“大刀闊斧”地破舊立新，大做壓縮餅干，比如很多《電機(jī)與電氣控制技術(shù)》教材，將傳統(tǒng)的《電機(jī)學(xué)》、《電力拖動(dòng)》、《電氣控制基礎(chǔ)及機(jī)床電氣控制技術(shù)》整合在一起(注:其實(shí)很多是一種拼湊)，而課程標(biāo)準(zhǔn)又規(guī)定該課程需在一學(xué)期內(nèi)完成，那么除掉必需的實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)及節(jié)假日，很多學(xué)校實(shí)際上課時(shí)間只有13～14周，明白人都知道，三門各自至少需要一學(xué)期完成的課程，在13～14周時(shí)間內(nèi)教師怎樣講?學(xué)生怎樣學(xué)?教師能講多少?學(xué)生能學(xué)多少?如不能對(duì)教學(xué)內(nèi)容以高屋建瓴的方式進(jìn)行整合，以深入淺出的方法進(jìn)行講授，教學(xué)效果是可想而知的。所以筆者認(rèn)為，要在少學(xué)時(shí)下針對(duì)精簡(jiǎn)壓縮課程內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)，教學(xué)效果又不會(huì)大打折扣，必須明確兩點(diǎn):一是知識(shí)的整合不是簡(jiǎn)單的“搭積木式的堆砌拼湊”;二是課程壓縮不是將幾門相關(guān)課程或不太相關(guān)課程的原內(nèi)容去掉幾個(gè)公式，刪掉幾幅圖片寫在一塊就了事。重整課程必須在充分理解原課程體系的目的、功能以及原課程之間內(nèi)在聯(lián)系的基礎(chǔ)上，以具體達(dá)到的教學(xué)目的為指南，對(duì)相應(yīng)知識(shí)內(nèi)容熔化過(guò)后進(jìn)行重新“鑄造”。另外，在重新鑄造形成一門課程合理而完整的知識(shí)體系的過(guò)程中也需做到兩點(diǎn):一是必須要突出核心、主干內(nèi)容。二是在綜合原來(lái)相對(duì)獨(dú)立的課程內(nèi)容時(shí)，不能為整合壓縮而生拉活扯地把原本關(guān)系并不密切的內(nèi)容湊合在一起。就目前情況看，電氣傳動(dòng)類的《電機(jī)與電氣控制技術(shù)》這門課的許多教科書及一些學(xué)校據(jù)此制定的課程標(biāo)準(zhǔn)存在很大問(wèn)題，那就是內(nèi)容“多、雜、散”，這里所謂內(nèi)容的“多、雜”前面已大致說(shuō)過(guò)，即多門課的素材全部納入一門課的教學(xué)內(nèi)容，使得課程內(nèi)容面面俱到十分龐雜;“散”，筆者認(rèn)為大部分教材將機(jī)床電氣控制部分納入該門課是牽強(qiáng)的，使該門課本來(lái)就雜亂的各部分內(nèi)容的內(nèi)在邏輯關(guān)系更加松散。筆者個(gè)人觀點(diǎn)是《電機(jī)與電氣控制技術(shù)》課程的電氣控制部分可以只涉及低壓電器、基本繼電接觸控制單元部分，或完全取消《電機(jī)與電氣控制技術(shù)》這門課，將電氣控制基礎(chǔ)部分內(nèi)容納入其他的專門課程，在機(jī)電專業(yè)開(kāi)設(shè)《電機(jī)與電力拖動(dòng)》一門課作為電氣傳動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)即可。

在教學(xué)中補(bǔ)充必要的新元素，適當(dāng)?shù)馗陆虒W(xué)內(nèi)容以適應(yīng)近年來(lái)新的電氣傳動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展和快速推廣應(yīng)用的實(shí)際需要也是一個(gè)新的課題，這里牽涉兩方面問(wèn)題，一是補(bǔ)充什么，二是以什么樣的形式補(bǔ)充更符合高職學(xué)生的實(shí)際情況。電氣傳動(dòng)新技術(shù)的發(fā)展主要和自動(dòng)化工控領(lǐng)域、機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)，有關(guān)新技術(shù)的應(yīng)用也主要集中于數(shù)控設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人、特種加工等方面，其中以電機(jī)作為執(zhí)行器件的智能化控制傳動(dòng)系統(tǒng)———如交流伺服系統(tǒng)、開(kāi)放式的通用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是其典型代表，近些年呈現(xiàn)迅猛發(fā)展的勢(shì)頭，并且在當(dāng)今信息技術(shù)時(shí)代的大背景下其發(fā)展和應(yīng)用的前景不可限量，所以在電氣傳動(dòng)課程里已不能回避這部分內(nèi)容。筆者建議在《電機(jī)與電力拖動(dòng)》之后增設(shè)一門后續(xù)選修或必修專業(yè)課《電氣傳動(dòng)技術(shù)選講》，從而較為系統(tǒng)地講解交、直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，包括系統(tǒng)地介紹當(dāng)今主流的控制微特電機(jī)(如永磁同步電動(dòng)機(jī))、直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)(特別是目前應(yīng)用廣泛的基于永磁同步電動(dòng)機(jī)的交流伺服系統(tǒng)、通用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等)。

要落實(shí)以上措施，有一個(gè)很大的問(wèn)題將擺在面前，那就是這一部分補(bǔ)充的新知識(shí)將會(huì)在教學(xué)過(guò)程中或多或少地遇到教和學(xué)的障礙，特別是在高職高專院校，人才培養(yǎng)的層次目前定位在?？?，因而對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的要求客觀上要淺一些，將現(xiàn)代的一些概念與知識(shí)介紹給學(xué)生自然存在教與學(xué)的困難，例如目前在機(jī)床設(shè)備上廣為應(yīng)用的基于永磁同步電動(dòng)機(jī)的交流伺服控制系統(tǒng)，要在電氣傳動(dòng)課程中進(jìn)行系統(tǒng)的講解必然涉及交流電機(jī)矢量控制及坐標(biāo)變換、PID控制算法、電力電子器件、SPWM技術(shù)、MATLAB仿真等等，對(duì)學(xué)習(xí)者的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高，并且還需要電機(jī)結(jié)構(gòu)、自動(dòng)控制原理、電力電子技術(shù)等方面的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)要扎實(shí)，這些內(nèi)容在本科以上進(jìn)行教學(xué)按理說(shuō)更自然，對(duì)高職學(xué)生來(lái)說(shuō)學(xué)習(xí)中必然會(huì)有一定困難。如何解決這個(gè)問(wèn)題，筆者認(rèn)為，就高職高專層次來(lái)學(xué)習(xí)這些內(nèi)容，內(nèi)容的系統(tǒng)性還是要完整，比如矢量變換及其意義、永磁同步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)及矢量變換控制的目的、伺服控制算法及其實(shí)現(xiàn)、硬件平臺(tái)搭建的方式方法等等，但具體在教材上表達(dá)、課堂授課時(shí)的表述方式卻不能按現(xiàn)在本科或研究生教學(xué)的模式———即論證力求準(zhǔn)確、計(jì)算推導(dǎo)必須詳細(xì)無(wú)邏輯缺環(huán)、模型抽象而覆蓋面寬，反過(guò)來(lái)在高職高專層次上應(yīng)該做到———面向具體對(duì)象或模型、論證保證正確而不刻意追求精確、關(guān)鍵公式需要有但在清楚闡明其意義的前提下省略推導(dǎo)或壓縮簡(jiǎn)化推導(dǎo)、盡量不用較深的數(shù)學(xué)工具，特別是可以參照目前高職高專流行的“以項(xiàng)目為導(dǎo)向”的形式來(lái)規(guī)劃課程內(nèi)容與教材的架構(gòu)。

高職高專培養(yǎng)的是應(yīng)用性技能型人才，在校期間培養(yǎng)實(shí)踐能力，特別是動(dòng)手能力是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。重慶電子工程職業(yè)學(xué)院在電氣傳動(dòng)類課程教學(xué)方法改革方面，前期已針對(duì)機(jī)電類專業(yè)已進(jìn)行了“《電機(jī)與電氣控制技術(shù)》基于工作過(guò)程的教、學(xué)、做一體化模式課程改革”的重慶市教委教改項(xiàng)目研究(項(xiàng)目編號(hào):103463)，目前已取得階段性成果，在“教、學(xué)、做一體化”教學(xué)方面積累了一些寶貴經(jīng)驗(yàn)，實(shí)踐證明這種方法是成功的，它將單純的課堂教學(xué)與單純的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)訓(xùn)融為一體，現(xiàn)場(chǎng)即課堂，通過(guò)設(shè)定的項(xiàng)目復(fù)現(xiàn)工作情景，同時(shí)教師進(jìn)行啟發(fā)誘導(dǎo)，理論在實(shí)踐中講解，學(xué)生在動(dòng)手操作中領(lǐng)悟理論知識(shí)，真正做到理實(shí)一體化。筆者認(rèn)為新增加的《電氣傳動(dòng)技術(shù)選講》等課程的教學(xué)過(guò)程，可以借鑒重慶電子工程職業(yè)學(xué)院《電機(jī)與電氣控制技術(shù)》的教、學(xué)、做一體化模式，采用以項(xiàng)目為導(dǎo)向的課程架構(gòu)，根據(jù)當(dāng)?shù)刂饕獧C(jī)電行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)的實(shí)際情況，增加實(shí)訓(xùn)設(shè)施，制定若干涵蓋交流伺服系統(tǒng)、一般運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)和知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程的理實(shí)一體化，具體實(shí)施方法和步驟可以參照“《電機(jī)與電氣控制技術(shù)》教、學(xué)、做一體化課程模式”的一些做法，在此就不贅述。