电气课程革新方式研讨

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本文作者：吴牮、吴伟龙 单位：重庆电子工程职业学院机电学院、重庆电子工程职业学院

在我们制定的现行的教学计划中，高职高专机电类专业课程体系或多或少参照了传统本科或专科院校机电类专业的电气传动课程体系，比如自动化专业开设的是《电机与电力拖动》，数控、设备维修与管理、机电一体化专业开设的是《电机与电气控制技术》，先修课为《电路基础》、《电力电子技术》，后续课为《可编程逻辑控制原理与应用》、《机电一体化系统与设计》等，《电机与电力拖动》、《电机与电气控制技术》的课程标准总体上以经典电机学、电力拖动内容为主，一方面由于课时限制及教学内容整合的不够合理，学生对传统电机与电力拖动的主干内容掌握得并不牢靠，另一方面对当今流行的电气传动新技术，特别是应用到实际中的新技术涉及不多，面向先进技术有针对性的实践教学内容几乎没有，这样对于当前急缺的机电专业高端技能型人才的培养是极为不利的，要适应时展，培养能满足社会需要的合格人才，相应的教学计划与课程体系必须进行调整。

在当今新技术背景下，如何改进现行高职高专电气传动课程体系，是仁者见仁，智者见智，应该说有不同的出发点、侧重点和目的。依笔者所见，要培养高端技能型机电专业人才，首先是强化实践环节的训练，以培养学生的技术应用能力为主旨，突出人才培养的“技能型”特征。其次在电气传动技术方面，在进一步巩固传统核心知识内容的同时，以企业实际应用水平为参照，适当拔高知识层级，补充新内容，以突出人才培养的“高端”性。

现行的高职高专电气传动方面的教科书，如《电机与电力拖动》、《电机与电气控制技术》等，理论上看似遵循淡化理论突出实践环节的要求，在知识体系上“大刀阔斧”地破旧立新，大做压缩饼干，比如很多《电机与电气控制技术》教材，将传统的《电机学》、《电力拖动》、《电气控制基础及机床电气控制技术》整合在一起(注:其实很多是一种拼凑)，而课程标准又规定该课程需在一学期内完成，那么除掉必需的实习、实训及节假日，很多学校实际上课时间只有13～14周，明白人都知道，三门各自至少需要一学期完成的课程，在13～14周时间内教师怎样讲?学生怎样学?教师能讲多少?学生能学多少?如不能对教学内容以高屋建瓴的方式进行整合，以深入浅出的方法进行讲授，教学效果是可想而知的。所以笔者认为，要在少学时下针对精简压缩课程内容进行教学，教学效果又不会大打折扣，必须明确两点:一是知识的整合不是简单的“搭积木式的堆砌拼凑”;二是课程压缩不是将几门相关课程或不太相关课程的原内容去掉几个公式，删掉几幅图片写在一块就了事。重整课程必须在充分理解原课程体系的目的、功能以及原课程之间内在联系的基础上，以具体达到的教学目的为指南，对相应知识内容熔化过后进行重新“铸造”。另外，在重新铸造形成一门课程合理而完整的知识体系的过程中也需做到两点:一是必须要突出核心、主干内容。二是在综合原来相对独立的课程内容时，不能为整合压缩而生拉活扯地把原本关系并不密切的内容凑合在一起。就目前情况看，电气传动类的《电机与电气控制技术》这门课的许多教科书及一些学校据此制定的课程标准存在很大问题，那就是内容“多、杂、散”，这里所谓内容的“多、杂”前面已大致说过，即多门课的素材全部纳入一门课的教学内容，使得课程内容面面俱到十分庞杂;“散”，笔者认为大部分教材将机床电气控制部分纳入该门课是牵强的，使该门课本来就杂乱的各部分内容的内在逻辑关系更加松散。笔者个人观点是《电机与电气控制技术》课程的电气控制部分可以只涉及低压电器、基本继电接触控制单元部分，或完全取消《电机与电气控制技术》这门课，将电气控制基础部分内容纳入其他的专门课程，在机电专业开设《电机与电力拖动》一门课作为电气传动技术的基础即可。

在教学中补充必要的新元素，适当地更新教学内容以适应近年来新的电气传动技术的不断发展和快速推广应用的实际需要也是一个新的课题，这里牵涉两方面问题，一是补充什么，二是以什么样的形式补充更符合高职学生的实际情况。电气传动新技术的发展主要和自动化工控领域、机电一体化技术的发展紧密相关，有关新技术的应用也主要集中于数控设备、工业机器人、特种加工等方面，其中以电机作为执行器件的智能化控制传动系统———如交流伺服系统、开放式的通用运动控制系统是其典型代表，近些年呈现迅猛发展的势头，并且在当今信息技术时代的大背景下其发展和应用的前景不可限量，所以在电气传动课程里已不能回避这部分内容。笔者建议在《电机与电力拖动》之后增设一门后续选修或必修专业课《电气传动技术选讲》，从而较为系统地讲解交、直流电动机控制系统，包括系统地介绍当今主流的控制微特电机(如永磁同步电动机)、直流伺服系统、交流伺服系统(特别是目前应用广泛的基于永磁同步电动机的交流伺服系统、通用运动控制系统等)。

要落实以上措施，有一个很大的问题将摆在面前，那就是这一部分补充的新知识将会在教学过程中或多或少地遇到教和学的障碍，特别是在高职高专院校，人才培养的层次目前定位在专科，因而对基础知识的要求客观上要浅一些，将现代的一些概念与知识介绍给学生自然存在教与学的困难，例如目前在机床设备上广为应用的基于永磁同步电动机的交流伺服控制系统，要在电气传动课程中进行系统的讲解必然涉及交流电机矢量控制及坐标变换、PID控制算法、电力电子器件、SPWM技术、MATLAB仿真等等，对学习者的数学基础要求较高，并且还需要电机结构、自动控制原理、电力电子技术等方面的专业基础知识要扎实，这些内容在本科以上进行教学按理说更自然，对高职学生来说学习中必然会有一定困难。如何解决这个问题，笔者认为，就高职高专层次来学习这些内容，内容的系统性还是要完整，比如矢量变换及其意义、永磁同步电动机的磁场结构及矢量变换控制的目的、伺服控制算法及其实现、硬件平台搭建的方式方法等等，但具体在教材上表达、课堂授课时的表述方式却不能按现在本科或研究生教学的模式———即论证力求准确、计算推导必须详细无逻辑缺环、模型抽象而覆盖面宽，反过来在高职高专层次上应该做到———面向具体对象或模型、论证保证正确而不刻意追求精确、关键公式需要有但在清楚阐明其意义的前提下省略推导或压缩简化推导、尽量不用较深的数学工具，特别是可以参照目前高职高专流行的“以项目为导向”的形式来规划课程内容与教材的架构。

高职高专培养的是应用性技能型人才，在校期间培养实践能力，特别是动手能力是一个十分重要的环节。重庆电子工程职业学院在电气传动类课程教学方法改革方面，前期已针对机电类专业已进行了“《电机与电气控制技术》基于工作过程的教、学、做一体化模式课程改革”的重庆市教委教改项目研究(项目编号:103463)，目前已取得阶段性成果，在“教、学、做一体化”教学方面积累了一些宝贵经验，实践证明这种方法是成功的，它将单纯的课堂教学与单纯的现场实训融为一体，现场即课堂，通过设定的项目复现工作情景，同时教师进行启发诱导，理论在实践中讲解，学生在动手操作中领悟理论知识，真正做到理实一体化。笔者认为新增加的《电气传动技术选讲》等课程的教学过程，可以借鉴重庆电子工程职业学院《电机与电气控制技术》的教、学、做一体化模式，采用以项目为导向的课程架构，根据当地主要机电行业领军企业的实际情况，增加实训设施，制定若干涵盖交流伺服系统、一般运动控制系统主要环节和知识点的教学项目，实现教学过程的理实一体化，具体实施方法和步骤可以参照“《电机与电气控制技术》教、学、做一体化课程模式”的一些做法，在此就不赘述。