随动系统原理与设计课程多元化教学体系探索与实践

王洁+时建明+刘少伟+任卫华+张茜

摘 要 针对随动系统原理与设计课程教学改革的实际情况和防空装备发展需求，在多年课程教学实践的基础上，构建该课程多元化教学体系框架，分析课程多元化教学体系的内容，给出多元化教学体系构建方法。本课程教学体系大大提高了教学质量，在课程教学中取得较好效果。

关键词 随动系统原理与设计；多元化教学体系；教学改革；网络教学平台；MATLAB/Simulink

中图分类号：G642.3 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）24-0113-03

Exploration and Practice on Teaching System of Servo System Principle and Design Course//WANG Jie， SHI Jianming， LIU Shao-

wei， REN Weihua， ZHANG Qian

Abstract According to the actual situation of teaching reform on the

Servo System Principle and Design course and the development de-mand of anti-air equipment， frame of a multivariate teaching system is built. Based on several years of teaching experience， content of multi-element teaching system is analyzed and the construction me-thod of this system is given. The proposed course teaching system can improve teaching quality and obtain good teaching results.

Key words servo system principle and design； multi-element tea-

ching system； teaching reform； network teaching platform； MATLAB/

Simulink

1 前言

随动系统原理与设计是机电类自动化及相关专业的专业基础课[1-2]，也是本科武器系统与发射工程及兵器科学与技术专业的主要必修专业基础课之一。该课程从学科专业的角度，立足防空导弹装备对随动系统的需求而开设，主要研究随动系统的组成原理和设计方法，是一门综合性和应用性很强的课程，不仅对装备技术和工程应用有较强的指导作用，而且对于培养学生综合分析和解决问题的能力具有重要的指导作用，现已成为上述两个专业和任职培训的主要专业基础课程。

为了适应新型防空反导武器装备和地空导弹部队转型建设，满足不同专业和复合型人才的培养以及人才培养方案对课程教学改革的要求，总结几年来的教学探索经验，尤其是该课程成为空军工程大学重点课程以来，更新课程体系、优化课程内容、提升教学理念、创新教学方法和拓展教学平台等所取得的建设成果，逐步形成随动系统原理与设计课程的多元化教学体系。

2 多元化教学体系的框架

一般教学体系由教材体系、课程体系、教学平台、实践平台和教学方法五部分组成[3]。随动系统原理与设计课程在空军工程大学防空反导学院三个专业开设和多年的教学积累，已经形成适合学生学习的教材体系。由于授课对象的不同，形成多元的课程体系、教学方法、教学平台和实践平台。多元化教学体系的框架如图1所示。

3 多元化教学体系的构建

多元教材体系 教材体系建设是教学体系建设的基础，也是课程内容的载体。教材选取和建设直接影响教学体系建设和教学质量，与学生知识结构的合理性紧密相关。因此，教材体系建设在教学体系建设中具有举足轻重的作用。

空军工程大学随动系统原理与设计课程开设已有八年，伴随着两次人才培養方案的修订，由最早开设的随动系统设计课程，到目前已经发展为随动系统原理与设计课程。随着电力电子技术、计算机控制技术、伺服控制技术的发展，随动系统也取得飞速发展，为适应武器装备技术发展和人才培养的需要，推动教材建设和完善，教材经历两次选择和修订。从2012年开始，结合新装备教学，教材内容由设计扩展到原理，增加了数字随动系统的相关内容，以适应装备发展对人才培养的需要。该课程作为大学重点课程建设，结合学校专业特点，2017年又对教材内容做了全面修订，编写了适合自己学生的教材，在随动系统设计方面增加了数字控制器设计、随动系统设计的应用内容。另外，结合新装备发展，在原理方面增加了数字测量元件、PWM功率放大器、与装备原理相关的环节等内容，并将新装备随动系统设备原理等相关教材纳入辅助和参考教材中，构成相关自主学习内容，丰富了教材资源，构成多元教材体系，使教材体系更紧贴装备需要。

多元课程体系 根据人才培养方案和各专业对人才的需求不同，按照专业设置不同，优选教学内容。对于武器系统与发射工程和兵器科学与技术专业，要求具有扎实的专业基础理论，为装备课程的学习奠定基础，所以要求用40学时的时间修完随动系统原理和设计的主要内容。对于国防生导弹发射技术专业，由于在地方大学已经完成相关专业基础、专业课程的学习，经历了毕业设计过程，但缺乏对知识在装备上的应用，因此要求以自修课加单元讲座的形式进行学习，注重原理在工程上和装备中的运用。这样的同一课程针对不同专业的培养对象，灵活运用课程体系，实现培养不同专业人才的目标。

1）课程内容是课程体系建设的重要内容，也是实施课程教学的关键[4]。根据随动系统原理与设计课程标准和教学目标，对教学内容进行系统规划、设计和安排，在课程实施中将随动系统原理与设计课程教学内容按原理—稳态设计—动态设计—应用四部分进行规划；根据内容的不同，按课堂讲授、自主学习、课程大作业、课程实验四种形式进行课堂组织。武器系统与发射工程、兵器科学与技术专业随动系统原理与设计课程教学内容组织如图2所示。endprint

2）课堂讲授按课程标准规定的基本概念、基本原理和基本方法讲深讲透。同时，在原理的基础上，注重工程实际应用，激发学生学习兴趣，并且在课堂上不仅要突出教学主线，而且注重内容的系统性和规律性。对于各组成元件，由于实现的技术方法不同，可以通过分析电路作用原理，引导学生总结出它们的共性规律。因此，在讲解每个组成环节过程中，不仅要讲清楚各个知识点原理，还要重视知识点之间的关系，引导学生学习和思考，提高学生分析问题和运用基础知识的能力。

3）自主学习是根据学生的已有知识，对学生容易理解的内容所安排的学习方式，是在授课教师的指导下进行的。授课教师事先根据内容提出问题，以便学生有针对性地学习和讨论。

4）课程大作业是在课堂讲授的基础上，针对内容相对独立的部分所进行的课程实践方式，是对课堂讲授内容的加深理解和掌握。如在该课程中设计了随动系统执行元件选择的大作业，让学生对现有装备随动系统的执行元件进行选择和校核，充分调动学生学习的积极性，加深学生对基础理论的理解和掌握。

5）课程实验是根据学生对所学知识的理解与掌握安排的实验内容，是以学生为主体的实践活动。学生根据所学知识，充分利用实验室的设备和掌握的方法，完成实验任务，检验理论知识掌握程度。设计的实验项目能充分发挥学生的能动性和探究性。

多元教学平台 教学平台是实施教学过程的重要保证[5]。

目前，教学平台主要有传统的教学平台和网络教学平台两种形式。在现代信息化时代，传统教学平台是实施教学的基础，网络教学平台是对传统教学平台的补充，也是课程建设必不可少的内容之一。随动系统原理与设计课程通过重点课程建设，已经初步建成网络课程平台，形成一个集教学、学习、答疑、讨论等具有信息交互的一体化的网络平台，实现教学资源共享，充分体现信息及网络在教学中的应用，通过传统的教学平台和网络平台的结合，使教学效果明显增强，教学形式更加丰富。

多元实践平台 实验是课程学习不可缺少的实践环节，是培养学生实际能力的一种形式。随动系统原理与设计课程一方面专门为学生设计了“随动系统计算机辅助分析与设计”实验平台，该平台是为学生加深课堂教学内容理解，增强课堂教学效果而设计的，学生不用花费太多时间就可完成实验；另一方面，为了提高学生的分析和设计能力，专门开设基于MATLAB/Simulink平台的实验内容，突出学生的实践能力和设计能力的培养。如在本课程的设计实验中，设计两种形式的实验：一种形式是基于MATLAB语言编程的设计与仿真实验；一种形式是基于Simulink工具箱的仿真实验。通过这两类实验，学生增强了对课程内容的理解，提高了动手实践能力。

课程还采用大作业的形式进行课程实践，以实际系统为背景，让学生利用所学的基础知识对实际系统进行理论验证和仿真验证，既使学生了解了装备，又使学生提高了实践技能。

多元教学方法 教学方法是为实施教学达到教学效果所采取的各种方式和途径。随动系统原理与设计课程为适应军校学生的特点和实际情况，除了传统的启发式教学方法，还采用了灵活多样的教学方法，如问题式、案例式、对比式、参与式等教学方法。这些教学方法在教学过程中相互结合、灵活运用，改变了传统的一味“填鸭式”的课堂教学方式，能更好地培养学生理解问题、分析问题和解决问题的能力。在授课过程中，根据所授内容的性质，通过理论与实际应用相结合，选择不同的教学方法，充分调动学生课堂学习的积极性和主动性，增强教学效果。如针对具体内容适时采用问题式和参与式教学方法，引出问题，启发学生参与互动讨论，找出解决问题的方法，并用于解决问题，反馈解决问题情况是否已满足提出問题的要求，不断启发学生讨论，直到圆满解决问题为止。

图3给出问题式和参与式相结合的教学方法实施过程。

4 结语

随动系统原理与设计课程作为空军工程大学本科专业的主要必修专业基础课之一，其教学体系是实施教学的重要基础，也是课程改革的重要内容。教学体系的合理性直接影响着课程改革的有效性和教学质量的提高。本文给出的教学体系通过三年的教学实践，使学生在分析和系统设计方面都有了很大提高，13级、14级、15级相关专业的学生先后参加大学生创新创业训练计划、全国大学生机器人大赛等多项活动，有的学生在毕业设计活动中取得优异的成绩，毕业设计成果参加全军大学生物理创新大赛并分别获得二等奖和三等奖。尽管本课程教学体系在课程教学中取得较好效果，但还需在今后的教学过程中不断改进和完善，使教学体系紧随装备发展的需要，为促进课程教学改革深化和提高教学质量奠定良好的基础。

参考文献

[1]张莉松，胡祐德，徐立新.伺服系统原理与设计[M].3版.北京：北京理工大学出版社，2006.

[2]卢志刚，吴杰，吴潮.数字伺服控制系统与设计[M].北京：机械工业出版社，2007.

[3]李斌，孙跃，谢昭莉，等.对工科自动控制系列课程教学体系的思考[J].电气电子教学学报，2009，31（S2）：106-

108.

[4]严刚峰.自动控制理论教学内容组织与教学方法初探[J].实验科学与技术，2015，13（5）：200-202.

[5]宗剑，丁肇红，孙国琴.“自动控制原理”精品课程建设的探索与研究[J].佳木斯教育学院学报，2012（11）：40，42.endprint