刘圣波 吴健 胡雪杨 赵燕东

摘  要：结合新工科对学生能力的要求，本文探索了“运动控制系统”实验教学内容及教学方法的改革，在传统实验基础上将Matlab环境下的运动仿真，通过将现有实验与仿真实验的有机结合，降低验证性实验所占比重，加大设计型实验比例，强化创新型实验，尝试新的教学方法。实验结果表明，在新工科背景下的“运动控制系统实验”教学内容改革探索对于培养学生创新素养与实践能力具有重要作用。

关键词：新工科  运动控制系统实验  仿真实验  教学改革

中图分类号：G420                             文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2020）10（c）-0211-03

Abstract： Combining with the requirements of the new engineering for students' abilities， this paper discusses the reform of the "motion control system" experimental teaching content and teaching methods. On the basis of traditional experiments， the motion simulation in the Matlab environment is combined by combining the existing experiments with the simulation experiments. To reduce the proportion of verification experiments， increase the proportion of design experiments， strengthen innovative experiments， and try new teaching methods. The experimental results show that under the new engineering background， the reform of the teaching content of the "Motion Control System Experiment" plays an important role in cultivating students' innovative literacy and practical ability.

Key Words： New engineering course; Motion control system Enperiment; Simulation experiment; Reform in education

2017年，教育部發布了《关于开展新工科研究与实践的通知》，并启动“新工科研究与实践”项目。在国家推进创新驱动发展大背景下，“中国制造2025”、“新型基础设施建设”等重大战略以及部署，推进传统产业向网络化、数字化、智能化方向发展，这都要求工科人才具备更高的创新创业能力，加快新工科建设，助力经济转型升级。

《运动控制系统》是电气工程及其自动化专业和自动化专业的专业必修课。课程综合了《电力电子技术》《电机学》《自动控制原理》《模拟电子技术》《数字电子技术》等多学科的知识，具有很强的实践性和实用性。北京林业大学工学院《运动控制系统实验》原有8学时，教授对象为自动化和电气工程专业四年级学生。原有课程实验项目都是验证性实验，学生遵循实验指导书的操作，就可完成实验。整个实验过程机械呆板，部分学生对于实验原理无法透彻理解，与工程实际严重脱节，甚至有的学生认为本实验就是插线拔线，不符合“新工科”的要求。本课程学习需要深入理论分析，了解运动控制的工程实际问题，结合实验操作和计算机仿真，提升分析和解决工程实际问题的能力。鉴于此，学院组织相关教师从教学内容设计和教学方法改进两方面着手，形成适应新工科发展需要的实践教学模式。

1  《运动控制系统实验》教学内容的改革

实验操作是《运控控制系统》课程教学环节中非常重要的一部分。改革前《运动控制系统》实验教学内容主要配合理论课程，使用DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置，实验项目如表1。

随着教育部课程改革工作的推进及“新工科”专业建设的深入要求，各高校都不断加强实践类课程建设。以工程教育认证为基准，实验课学时得到了扩充，从原先8个学时拓展到了16个学时，实验课程从理论课程中独立出来，这就对于实验教学提出了更高的要求。

调研最新技术发展，传统的单闭环直流调速系统与双闭环直流调速系统逐渐被引入PWM数字控制器的调速控制系统取代。在《运动控制系统实验》的教学中，适当增加当下技术内容，对现有基础实验进行扩充，不仅能够帮助学生更好了解技术走向，还能加深学生对专业的全面认识。

同时，结合EDA仿真技术，将Matlab设计仿真融入课程中来，是现今《运动控制系统》教学的趋势。实验项目的设计要求学生自主选题、自行整定进行控制系统仿真，以培养学生的设计能力为重点，注重激发学生的发散思维。

综上改革要求，内容改革后的课程增加安排学时。

2  《运动控制系统实验》教学方法改革

2.1 有机结合“仿”与“实”

原来实验的过程中，学生2～3人为一组，依照实验指导书开展实验。实验操作过程以模块和模块之间接线为主，单纯的验证性实验限制了学生的主观能动性，学生往往重复实验过程，不能与理论知识联系起来。

为了提高实验的教学效果，让学生在实操中能做到既能“动手”更能“动脑”，实践教学过程中突出强调运动控制仿真与实验操作相结合。仿真实验项目设计需要本着“以学生为中心”原则，着重锻炼学生的自主学习与创新设计能力，在理论课与实验课的基础上自主选题。课程对应的《运动控制系统》理论课也做出相应的调整，增加了仿真部分的讲解内容（见图1）。

实验前期通过较少的学时（1～2学时）进行基本工具（Matlab）的集中讲解，后期主要由学生自己进行设计和仿真，学生可以扩展基本控制电路。课后学生可以随时开展仿真实验操作学习，通过资料查阅，仿真感兴趣的運动测试等环节，并且在课上具备实验条件的，可以在实验台上进行真实实验系统搭建（见表2）。

实验的部分可以分为3个阶段（见表3）。

通过此教学方法实践，学生能够对理论有更好的理解，可以按照工程实际设计自主设计，并能充分参与到具体项目的全部过程：包括选题、立项以及分析，同时也为学生日后的工作和科研实践提供了扎实的技能基础。

2.2 有机结合“新”与“旧”

“新工科”理念推出以来，一直都是工程教育的研究热点，其主要研究内容可被归纳为五个“新”：工程教育的新理念、学科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新质量、分类发展的新体系。运动控制系统实验项目内容往往都是课程中最为关键的理论验证，实验结果会得出与课本理论一致的结论，虽为“旧”知识，但缺少与当今最新技术成果的衔接。在实验教学中有机地将这个“新”与“旧”结合起来，经典的运动控制理论赋予新时代意义。例如：在实验教学会讲解电机反向制动原理，分析新能源汽车中的E档以及D档的关联关系。以新入手，巩固旧知识，可以大大提高学时实验积极性和对理论知识的消化。

3  结语

本文在通过优化《运动控制系统》实验教学内容，运用Matlab平台下仿真手段，在验证性实验基础上，增加自主设计实验与创新型实验等相关内容，培养学生发现、分析、解决问题的能力。实践教学结果表明，实验课程内容和教学方法的改革使得理论教学与实践内容进一步紧密结合，培养了学生思维创新能力，跟上了新时代发展需求，符合社会创新型人才的培养需求，为学生未来工作和科研深造提供了锻炼机会。

参考文献

[1] 周海银.高等教育如何适应“中国制造2025”[J].山东师范大学学报：人文社会科学版，2015（4）：119.

[2] 焦灵侠.《运动控制系统》教学改革的研究[J].电子测试，2019（16）：117-118.

[3] 林健.深入扎实推进新工科建设——新工科研究与实践项目的组织和实施[J].高等工程教育研究，2017（5）：18-31.

[4] 倪镕升.中职学校机械制造工艺基础课程教学改革[D].长春：长春师范大学，2019.

[5] 曾梅.中职电工电子技术课程改革研究[D].上海：华东师范大学，2017.

[6] 孙金萍，刘军芳.《电力电子技术》课程教学改革探索[J].廊坊师范学院学报：自然科学版，2020，20（2）：123-125.