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摘要：在分析“电气传动控制系统”具有理论性强、系统集成程度高及专业性和实践性都非常强的基础上，针对学生普遍存在理论知识和实践应用脱节的问题，重点从课程的教学方法上加以探讨和改进。提出以实践设计为导向，结合理论分析和系统仿真，最后进行实际实验为脉络的教学方法改革方案，以进一步提高课程的教学水平，使课程教学变得形象直观，提高学生的学习积极性和学习效果。
关键词：电气传动；系统仿真；实验；教学方法改革
作者简介：孙醒涛（1974-），男，天津人，天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室，讲师；蔡燕（1964-），女，天津人，天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室，教授。（天津 300387）
基金项目：本文系普通高等学校本科教学质量与教学改革研究计划（天津市重点项目）（项目编号：C03-0806）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）33-0099-02
“电气传动控制系统”是电气工程与自动化专业的主要专业课程。这门专业课程内容涉及了本专业的多门基础课和专业基础课程，理论上比较抽象，偏重于自动控制原理和电机学，而在实践应用上又需要学生有很强的动手能力，具有广泛的应用背景。学好“电气传动控制系统”这门课程，无论是对学生以后的进一步学习深造还是就业，都具有很重要的意义。
“电气传动控制系统”理论性较强，如果在授课过程中，过分偏重于理论分析，学生会感到非常抽象，影响授课效果。而同时由于“电气传动控制系统”需要学生有较强的工程设计与调试能力，因此在课程教学中需要安排比较多的实验教学内容，以加强学生对调速系统理论的学习效果和对实际应用的体会。但是实验室的实验条件与实际工业生产有很大的区别，企业又不愿接收学生实习，实习教学的效果难以令人满意。而且目前各学校的实验大部分是采用教学仪器生产厂家生产的教学实验台，一般都提供很详细的实验指导书，如果能严格按照实验指导书来调试，一般都可以达到较好的实验效果。但是也有很明显的缺点，大多学生只是按照实验指导书一步步连线和调试，严重限制了学生的自我学习和主动动手能力，不便于锻炼学生发现问题，也不利于培养学生主动解决问题的能力。
如何更好地提高“电气传动控制系统”的教学和实验效果，把理论分析和实践应用能够较好地结合起来，是目前需要解决的问题。经过反复探讨和在实际中检验，在师资队伍配置、课程理论部分讲授和实验内容、方式上进行了一些尝试。在师资队伍上更注重教师的科研能力和实际工程检验；在授课上以电气传动在纺织机械上的具体应用为实践背景，结合实际工业需要，以实际应用为目标引导学生如何从理论分析到实际设计；在实验设计上，除了传统的电气传动控制实验外，同时与纺织自动化实验室联合开展纺织机自控系统的相关实验，进一步提高学生的实践能力。
一、“电气传动控制系统”教学结构和教师队伍的优化
目前的电气传动自动控制系统实验，多采用厂家生产的定型的电气传动控制教学试验台，试验台以模拟-数字电路为主，控制方式相对现在技术发展和实际应用有较大的差距。学生对控制原理缺乏清晰的认识，只是简单地按照步骤连线，观察实验结果，但是对实验出现的各种现象和问题缺乏深入的分析，不利于学生的创新性能力的培养。创新能力培养的关键在于学生自主意识的复苏和升华。因此，在授课和实验内容上应以实际工程需要为引导，围绕自动纺织机械的需要，以分批整经机的电气控制系统设计为例，要满足染色用经轴的生产要求以达到比较完美的圆整弧度、卷绕过程中没有断头并且能够确保得到要求的卷绕密度，这就需要在转速控制、压力控制上达到精确的定长控制。在设计上涉及到直流调速、交流异步电动机调速以及矢量控制等内容，与“电气传动控制系统”的授课内容基本相符，这样从理论分析到电路设计上与实际紧密结合，使学生摆脱没有目标的枯燥理论学习，贴近于实践应用，更容易激发学生的学习兴趣和学习动力。
为了从教师层面上提高课程的教学效果，“电气传动控制系统”课程组的主讲教师一般都承担国家和天津市相关的科研项目，而且与企业有紧密的合作，通过科研工作提高自己的学术水平。授课教师均具有很强的动手能力和实际工程项目设计能力，参与过自动纺织机械控制系统的开发与调试工作，并一直保持与生产企业的合作，对目前的自动控制技术的发展和新型自动纺织机械有清晰的了解，能够根据实际生产和技术需要不断地对授课内容和实验内容进行改进。
为了培养学生的创新能力和实践动手能力，有科研能力的教师和团队在大二和大三的学生中选择部分学生参加实际科研项目，双方进行双向选择，以科研促进学生的学习热情，同时提高学生的科研动手能力。积极鼓励学生参加电动车等自动控制类电子竞赛，并在全国比赛和天津市比赛中取得了优异的成绩，获得了多项一等奖和特等奖。
二、“电气传动控制系统”实验平台的建设
本课程设计的专业知识非常广泛，模拟和数字电子基础、自动控制原理、微机原理、C语言、单片机原理等，如果只依靠传统教学模式，依靠黑板和书本，授课内容和知识量很有限。方法一是合理使用多媒体教学，同时可以利用电力拖动实际应用系统的工作和讲解录像以及现场实物参观和实验演示。采用虚拟仿真和实践实验相结合的方式，在实验同时可以直观地观察到实验过程中各种电气参数的变化曲线，对系统性能的变化规律有直观的认识。例如，在讲解直流调速单闭环和双闭环调节时，可以用Simulink搭建直流电机闭环驱动系统。这样在采用工程设计方法设计双闭环控制系统的调节器时，可以在Simulink搭建的模型上演示选择不同调节器结构和参数对电机转速的静态和动态特性的影响。
方法二是利用天津工业大学（以下简称“我校”）刚批准成立的天津市重点实验室电工电能新技术实验中心现有和拟扩建的专业实验室。现在本实验中心已具备电工电子综合实验室、电力电子与电机控制实验室、电机控制与拖动实验室、电力系统与继电保护实验室和开关电器技术实验室等几个实验室。现有仪器设备1100台件，总值650余万元，实验室12间，总面积800余平方米，新校区实验中心面积达2000m2。该实验室的建成既有助于我校本科生对电气学科课程体系的理解，又有助于新开设的电力系统前沿问题研究、智能化电气设备、电力电子新技术及控制等课程的实验开展。新开设的实验将体现综合性、设计性、创新性，改变了传统的单一、以演示和验证为主的验证型实验模式，可培养学生的动手能力与创新能力。电机控制与拖动实验室引进了一批新的，同时更注重学生科研动手能力培养的更加先进的设备。如ACM大功率三相交流异步电机实验系统、直流电动机变频调速系统等，采用最新的基于DSP的矢量控制系统，采用虚拟仿真技术可以直观地在计算机上观察实验波形，并可以在线对调速系统参数进行修改并观察实验电流、电压、转速、转矩等参数的波形的变化，有利于学生进一步深入学习和对理论的掌握。此外，实验中心还重新编写了《电气传动控制系统实验指导书》和《实验预习报告的要求》等实验教学管理文件及制度。 方法三是利用我校传统的纺织方面的强项，通过与纺织自动化实验室合作，开展一系列有关整经机的电气控制系统实验。实验包括压辊压力控制、经轴传动主电机三相异步电动机控制、永磁同步电动机的交流伺服系统等，涉及到直流调速、交流异步调速和交流同步调速、电机可逆控制、矢量控制等相关内容，通过更贴近于生产实践的实验，有利于学生能将所学的理论知识与实际需要相结合，并了解现代企业生产的实际需求。
考虑到“电气传动控制系统”的课时限制，而实验内容又需要很多课时的要求，专门开设了“电气传动综合实验”，在课程内容讲授结束以后，集中安排两周时间专门让学生做综合性的电气传动控制实验。通过集中系统的、有步骤且时间较长的实验，进一步使学生所掌握的知识系统化、实践化，提高学生的动手能力并拓展思维。
考虑到学生的兴趣和能力的不同，除了开设验证性实验外，还为有兴趣和具备一定专业能力的学生精心设计开发了多个综合型实验。针对“电气传动控制系统”课程实践性强的特点，充分利用重点实验室在时间和空间上的便利，专门为学生设立了创新实验室。同时建立了多个兴趣小组，由不同专长的老师负责，针对不同的方向，设计了不同的实验，实验部分内容需要学生自己去设计和完成。
三、结语
“电气传动控制系统”是电气工程与自动化专业重要的核心专业课程，理论性和实践性都非常强，而且对于学生的综合应用能力有很高的要求。如果照本宣科，照搬教材，不但学生缺乏学习兴趣而且学习效果很不好。针对这门课程实践性强、技术发展迅速的特点，在师资队伍配置和课程与实验内容安排上，以实际工业生产需要为引导，同时注重基础理论的掌握和应用，以提高学生的综合学习能力为目的。特别是电子竞赛、创新兴趣小组的建设，开设综合性实验以及实验室提供的便利的实验条件，更进一步促进了学生学习的热情和课程的教学效果。
参考文献：
[1]王超，迟耀丹，王蓉晖，等.从大学生电子设计竞赛谈高校青年教师实践能力的培养[J].吉林师范大学学报（自然科学版），2008，（2）：117-119.
[2]孙新柱，陈跃东.电力拖动控制系统课程教学改革探索[J].信息科技，2009，（5）：7-8.
[3]高林，韩宁，刘文定，等.运动控制系统课程多环节教学模式的探讨[J].中国现代教育装备，2008，（7）：78-79.
[4]许玉格，罗飞.《运动控制系统》精品课程建设与双语教学的探讨[J].教育理论与实践，2007，（27）：123-124.
[5]厉虹，张巧杰，祁鲲.以创新能力培养为目标的“电机与拖动”教学改革研究[J].中国电力教育，2010，（4）：57-59.
[6]陈跃东，郎朗，孙新柱，等.《电力拖动控制系统》教学改革研究与实践[J].宁波大学学报（教育科学版），2010，32（3）：98-101.
关键词：电气传动；系统仿真；实验；教学方法改革
作者简介：孙醒涛（1974-），男，天津人，天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室，讲师；蔡燕（1964-），女，天津人，天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室，教授。（天津 300387）
基金项目：本文系普通高等学校本科教学质量与教学改革研究计划（天津市重点项目）（项目编号：C03-0806）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）33-0099-02
“电气传动控制系统”是电气工程与自动化专业的主要专业课程。这门专业课程内容涉及了本专业的多门基础课和专业基础课程，理论上比较抽象，偏重于自动控制原理和电机学，而在实践应用上又需要学生有很强的动手能力，具有广泛的应用背景。学好“电气传动控制系统”这门课程，无论是对学生以后的进一步学习深造还是就业，都具有很重要的意义。
“电气传动控制系统”理论性较强，如果在授课过程中，过分偏重于理论分析，学生会感到非常抽象，影响授课效果。而同时由于“电气传动控制系统”需要学生有较强的工程设计与调试能力，因此在课程教学中需要安排比较多的实验教学内容，以加强学生对调速系统理论的学习效果和对实际应用的体会。但是实验室的实验条件与实际工业生产有很大的区别，企业又不愿接收学生实习，实习教学的效果难以令人满意。而且目前各学校的实验大部分是采用教学仪器生产厂家生产的教学实验台，一般都提供很详细的实验指导书，如果能严格按照实验指导书来调试，一般都可以达到较好的实验效果。但是也有很明显的缺点，大多学生只是按照实验指导书一步步连线和调试，严重限制了学生的自我学习和主动动手能力，不便于锻炼学生发现问题，也不利于培养学生主动解决问题的能力。
如何更好地提高“电气传动控制系统”的教学和实验效果，把理论分析和实践应用能够较好地结合起来，是目前需要解决的问题。经过反复探讨和在实际中检验，在师资队伍配置、课程理论部分讲授和实验内容、方式上进行了一些尝试。在师资队伍上更注重教师的科研能力和实际工程检验；在授课上以电气传动在纺织机械上的具体应用为实践背景，结合实际工业需要，以实际应用为目标引导学生如何从理论分析到实际设计；在实验设计上，除了传统的电气传动控制实验外，同时与纺织自动化实验室联合开展纺织机自控系统的相关实验，进一步提高学生的实践能力。
一、“电气传动控制系统”教学结构和教师队伍的优化
目前的电气传动自动控制系统实验，多采用厂家生产的定型的电气传动控制教学试验台，试验台以模拟-数字电路为主，控制方式相对现在技术发展和实际应用有较大的差距。学生对控制原理缺乏清晰的认识，只是简单地按照步骤连线，观察实验结果，但是对实验出现的各种现象和问题缺乏深入的分析，不利于学生的创新性能力的培养。创新能力培养的关键在于学生自主意识的复苏和升华。因此，在授课和实验内容上应以实际工程需要为引导，围绕自动纺织机械的需要，以分批整经机的电气控制系统设计为例，要满足染色用经轴的生产要求以达到比较完美的圆整弧度、卷绕过程中没有断头并且能够确保得到要求的卷绕密度，这就需要在转速控制、压力控制上达到精确的定长控制。在设计上涉及到直流调速、交流异步电动机调速以及矢量控制等内容，与“电气传动控制系统”的授课内容基本相符，这样从理论分析到电路设计上与实际紧密结合，使学生摆脱没有目标的枯燥理论学习，贴近于实践应用，更容易激发学生的学习兴趣和学习动力。
为了从教师层面上提高课程的教学效果，“电气传动控制系统”课程组的主讲教师一般都承担国家和天津市相关的科研项目，而且与企业有紧密的合作，通过科研工作提高自己的学术水平。授课教师均具有很强的动手能力和实际工程项目设计能力，参与过自动纺织机械控制系统的开发与调试工作，并一直保持与生产企业的合作，对目前的自动控制技术的发展和新型自动纺织机械有清晰的了解，能够根据实际生产和技术需要不断地对授课内容和实验内容进行改进。
为了培养学生的创新能力和实践动手能力，有科研能力的教师和团队在大二和大三的学生中选择部分学生参加实际科研项目，双方进行双向选择，以科研促进学生的学习热情，同时提高学生的科研动手能力。积极鼓励学生参加电动车等自动控制类电子竞赛，并在全国比赛和天津市比赛中取得了优异的成绩，获得了多项一等奖和特等奖。
二、“电气传动控制系统”实验平台的建设
本课程设计的专业知识非常广泛，模拟和数字电子基础、自动控制原理、微机原理、C语言、单片机原理等，如果只依靠传统教学模式，依靠黑板和书本，授课内容和知识量很有限。方法一是合理使用多媒体教学，同时可以利用电力拖动实际应用系统的工作和讲解录像以及现场实物参观和实验演示。采用虚拟仿真和实践实验相结合的方式，在实验同时可以直观地观察到实验过程中各种电气参数的变化曲线，对系统性能的变化规律有直观的认识。例如，在讲解直流调速单闭环和双闭环调节时，可以用Simulink搭建直流电机闭环驱动系统。这样在采用工程设计方法设计双闭环控制系统的调节器时，可以在Simulink搭建的模型上演示选择不同调节器结构和参数对电机转速的静态和动态特性的影响。
方法二是利用天津工业大学（以下简称“我校”）刚批准成立的天津市重点实验室电工电能新技术实验中心现有和拟扩建的专业实验室。现在本实验中心已具备电工电子综合实验室、电力电子与电机控制实验室、电机控制与拖动实验室、电力系统与继电保护实验室和开关电器技术实验室等几个实验室。现有仪器设备1100台件，总值650余万元，实验室12间，总面积800余平方米，新校区实验中心面积达2000m2。该实验室的建成既有助于我校本科生对电气学科课程体系的理解，又有助于新开设的电力系统前沿问题研究、智能化电气设备、电力电子新技术及控制等课程的实验开展。新开设的实验将体现综合性、设计性、创新性，改变了传统的单一、以演示和验证为主的验证型实验模式，可培养学生的动手能力与创新能力。电机控制与拖动实验室引进了一批新的，同时更注重学生科研动手能力培养的更加先进的设备。如ACM大功率三相交流异步电机实验系统、直流电动机变频调速系统等，采用最新的基于DSP的矢量控制系统，采用虚拟仿真技术可以直观地在计算机上观察实验波形，并可以在线对调速系统参数进行修改并观察实验电流、电压、转速、转矩等参数的波形的变化，有利于学生进一步深入学习和对理论的掌握。此外，实验中心还重新编写了《电气传动控制系统实验指导书》和《实验预习报告的要求》等实验教学管理文件及制度。 方法三是利用我校传统的纺织方面的强项，通过与纺织自动化实验室合作，开展一系列有关整经机的电气控制系统实验。实验包括压辊压力控制、经轴传动主电机三相异步电动机控制、永磁同步电动机的交流伺服系统等，涉及到直流调速、交流异步调速和交流同步调速、电机可逆控制、矢量控制等相关内容，通过更贴近于生产实践的实验，有利于学生能将所学的理论知识与实际需要相结合，并了解现代企业生产的实际需求。
考虑到“电气传动控制系统”的课时限制，而实验内容又需要很多课时的要求，专门开设了“电气传动综合实验”，在课程内容讲授结束以后，集中安排两周时间专门让学生做综合性的电气传动控制实验。通过集中系统的、有步骤且时间较长的实验，进一步使学生所掌握的知识系统化、实践化，提高学生的动手能力并拓展思维。
考虑到学生的兴趣和能力的不同，除了开设验证性实验外，还为有兴趣和具备一定专业能力的学生精心设计开发了多个综合型实验。针对“电气传动控制系统”课程实践性强的特点，充分利用重点实验室在时间和空间上的便利，专门为学生设立了创新实验室。同时建立了多个兴趣小组，由不同专长的老师负责，针对不同的方向，设计了不同的实验，实验部分内容需要学生自己去设计和完成。
三、结语
“电气传动控制系统”是电气工程与自动化专业重要的核心专业课程，理论性和实践性都非常强，而且对于学生的综合应用能力有很高的要求。如果照本宣科，照搬教材，不但学生缺乏学习兴趣而且学习效果很不好。针对这门课程实践性强、技术发展迅速的特点，在师资队伍配置和课程与实验内容安排上，以实际工业生产需要为引导，同时注重基础理论的掌握和应用，以提高学生的综合学习能力为目的。特别是电子竞赛、创新兴趣小组的建设，开设综合性实验以及实验室提供的便利的实验条件，更进一步促进了学生学习的热情和课程的教学效果。
参考文献：
[1]王超，迟耀丹，王蓉晖，等.从大学生电子设计竞赛谈高校青年教师实践能力的培养[J].吉林师范大学学报（自然科学版），2008，（2）：117-119.
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[5]厉虹，张巧杰，祁鲲.以创新能力培养为目标的“电机与拖动”教学改革研究[J].中国电力教育，2010，（4）：57-59.
[6]陈跃东，郎朗，孙新柱，等.《电力拖动控制系统》教学改革研究与实践[J].宁波大学学报（教育科学版），2010，32（3）：98-101.