關(guān)于“電機(jī)學(xué)”課程分學(xué)期授課改革的探討

程江洲?肖建修?陳剛

摘要：針對(duì)電氣工程及自動(dòng)化類專業(yè)“電機(jī)學(xué)”課程的特點(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)狀，對(duì)該課程進(jìn)行了教學(xué)內(nèi)容的重新規(guī)劃、教學(xué)模式和考核方式的較大改革，通過一個(gè)學(xué)期的實(shí)行，在教學(xué)效果和學(xué)習(xí)效果上均有較為明顯的改善，有利于促進(jìn)學(xué)生對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：電機(jī)學(xué)；教學(xué)模式；內(nèi)容規(guī)劃；課程改革

作者簡(jiǎn)介：程江洲（1979-），男，湖北宜昌人，三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，講師；肖建修（1965-），男，湖南漣源人，三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，講師。（湖北?宜昌?443002）

中圖分類號(hào)：G642.0?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）27-0074-02

“電機(jī)學(xué)”課程是電氣工程及自動(dòng)化類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在人才培養(yǎng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)和課程體系中具有重要地位和作用，由于本課程不僅涉及各種電機(jī)復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，還涉及電流和磁場(chǎng)在空間的分布，以及鐵磁材料的非線性等問題，一直是一門典型的難教難學(xué)的課程，而且該課程對(duì)前期課程的要求高，對(duì)后續(xù)課程的影響大，所以它成為學(xué)生大學(xué)期間重要、艱難的一個(gè)學(xué)習(xí)關(guān)口。如何提高該課程教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，值得我們從多方面入手研究和解決。[1]

一、“電機(jī)學(xué)”教學(xué)現(xiàn)狀

目前“電機(jī)學(xué)”課程是三峽大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我校”）電氣工程及自動(dòng)化類專業(yè)一門非常重要的學(xué)位課程，占6個(gè)學(xué)分，總學(xué)時(shí)96學(xué)時(shí)，其中理論課84學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)12學(xué)時(shí)。授課內(nèi)容包括磁路的基本概述、變壓器、交流繞組的共同理論、同步電機(jī)、異步電機(jī)、直流電機(jī)，共6個(gè)部分的內(nèi)容，學(xué)生需要在1個(gè)學(xué)期內(nèi)學(xué)習(xí)變壓器、同步電機(jī)、異步電機(jī)及直流電機(jī)4大類型的電機(jī)，而這4類電機(jī)又各自具備不同的結(jié)構(gòu)和分析方法，同時(shí)我們的授課學(xué)時(shí)為每周6個(gè)學(xué)時(shí)，這些實(shí)際情況是學(xué)生理解和吸收電機(jī)學(xué)內(nèi)容的最大障礙。初步統(tǒng)計(jì)了近幾個(gè)學(xué)期電機(jī)學(xué)考試的成績(jī)，2009年平均分為61.22分，2010年平均分為62.04分，2011年平均分為52.78分，雖然這幾個(gè)學(xué)期我們經(jīng)過了諸多努力，但本課程的教學(xué)效果仍然沒有明顯改善，因此“電機(jī)學(xué)”課程的改革迫在眉睫。

二、“電機(jī)學(xué)”課程改革措施

在參考了華北電力大學(xué)、華中科技大學(xué)等國(guó)內(nèi)多個(gè)知名高校的“電機(jī)學(xué)”教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，我?！半姍C(jī)學(xué)”課程組提出了在總學(xué)時(shí)不變的情況下，將“電機(jī)學(xué)”課程安排在兩個(gè)學(xué)期授課，同時(shí)對(duì)其內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)手段等進(jìn)行了規(guī)劃和改革。

1.教學(xué)內(nèi)容的規(guī)劃與改革

根據(jù)我校的電氣工程及自動(dòng)化類專業(yè)的課程安排，電機(jī)學(xué)的學(xué)習(xí)需要先修“高等數(shù)學(xué)”、“大學(xué)物理”、“電路原理”、“電子技術(shù)基礎(chǔ)”等課程，“高等數(shù)學(xué)”分兩個(gè)學(xué)期授課，分別安排在第一、二學(xué)期；“大學(xué)物理”分兩個(gè)學(xué)期授課，分別安排在第二、三學(xué)期；“電路原理”一個(gè)學(xué)期授課，安排在第二學(xué)期；“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程也進(jìn)行了改革，分在兩個(gè)學(xué)期授課，分別安排在第三、四學(xué)期；針對(duì)以上的課程安排，“電機(jī)學(xué)”由原先第五學(xué)期授課改為第四學(xué)期和第五學(xué)期分別授課，“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程在第三學(xué)期講授模擬電子技術(shù)，到了第四學(xué)期講授數(shù)字電子技術(shù)，這樣“電機(jī)學(xué)”在第四學(xué)期講授時(shí)，學(xué)生已經(jīng)學(xué)過了“高等數(shù)學(xué)”、“大學(xué)物理”、“電路原理”及“模擬電子技術(shù)”，具備了相應(yīng)的基礎(chǔ)，不影響“電機(jī)學(xué)”的學(xué)習(xí)，此外由于“電機(jī)學(xué)”為專業(yè)基礎(chǔ)課，后續(xù)專業(yè)課為“電力系統(tǒng)分析”，我們?cè)谡n程群的改革中，對(duì)“電力系統(tǒng)分析”也進(jìn)行了改革，分在第五、六兩個(gè)學(xué)期授課，因此，根據(jù)課程群及專業(yè)課的要求，我們對(duì)“電機(jī)學(xué)”（上）和“電機(jī)學(xué)”（下）的授課課時(shí)和內(nèi)容做了如下安排：

（1）“電機(jī)學(xué)”（上）的授課課時(shí)及內(nèi)容：

1）緒論（4學(xué)時(shí)）。了解本課程的性質(zhì)和任務(wù)；了解電機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位、作用和國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況；熟悉和鞏固電機(jī)中常用的基本電磁定律和鐵磁材料特性；掌握簡(jiǎn)單磁路的計(jì)算方法。

2）變壓器（20學(xué)時(shí)）。了解變壓器的基本結(jié)構(gòu)及用途，熟練掌握變壓器的基本電磁關(guān)系及分析方法；熟練掌握變壓器的基本方程式、相量圖和等效電路；掌握變壓器的磁路特點(diǎn)、繞組連接方法和連接組；掌握變壓器并聯(lián)運(yùn)行的條件，熟悉并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載分配；掌握三相變壓器不對(duì)稱運(yùn)行的分析方法；了解變壓器過電流瞬變過程的物理概念；了解各類特殊變壓器的用途和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

3）交流電機(jī)繞組的共同理論（10學(xué)時(shí)）。掌握旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基本工作原理；了解三相交流繞組的構(gòu)成原則和連接方法，以三相雙層繞組為主；掌握交流繞組電動(dòng)勢(shì)的分析和計(jì)算方法，理解繞組的諧波電動(dòng)勢(shì)，了解其削弱方法；掌握交流繞組磁動(dòng)勢(shì)的性質(zhì)及其表示和分析方法；分清脈振磁動(dòng)勢(shì)、圓形磁動(dòng)勢(shì)和橢圓形磁動(dòng)勢(shì)的區(qū)別及相互關(guān)系；了解諧波磁動(dòng)勢(shì)概念和漏磁通的基本概念。

4）同步電機(jī)（22學(xué)時(shí)）。了解汽輪發(fā)電機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)；熟練掌握同步電機(jī)的電樞反應(yīng)，著重理解同步電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的形成、電樞反應(yīng)與負(fù)載性質(zhì)的關(guān)系及其對(duì)電機(jī)運(yùn)行的影響；熟練掌握同步發(fā)電機(jī)的電壓方程式和電勢(shì)相量圖；著重掌握同步電抗、繞組漏抗和短路比的物理概念和測(cè)定方法；掌握同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性、電壓變化率及額定勵(lì)磁電流的磁勢(shì)法分析計(jì)算方法；掌握同步發(fā)電機(jī)與大電網(wǎng)并列運(yùn)行的條件和方法；熟練掌握同步電機(jī)的功角特性、V型曲線、并聯(lián)運(yùn)行時(shí)有功和無功功率的調(diào)節(jié)；了解靜態(tài)穩(wěn)定的物理概念；掌握同步電機(jī)各序阻抗的物理概念；學(xué)會(huì)運(yùn)用對(duì)稱分量法分析三相同步發(fā)電機(jī)的不對(duì)稱運(yùn)行；理解三相突然短路的瞬態(tài)過程，理解瞬變和超瞬變電抗及各種時(shí)間常數(shù)的意義。

5）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容（8學(xué)時(shí)）。包括單相變壓器特性及參數(shù)測(cè)定、同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)測(cè)定、同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性共三個(gè)實(shí)驗(yàn)。

（2）“電機(jī)學(xué)”（下）的授課課時(shí)及內(nèi)容：

1）異步電機(jī)（18學(xué)時(shí)）。了解異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理；熟練掌握三相異步電機(jī)的運(yùn)行原理；著重掌握等效電路及向量圖，理解其繞組折算和頻率折算的原則和方法；理解異步電機(jī)的參數(shù)測(cè)量方法和計(jì)算；掌握異步電機(jī)的功率平衡與轉(zhuǎn)矩平衡過程，熟練掌握其機(jī)械特性和工作特性；熟悉異步電機(jī)的啟動(dòng)方法，了解常用的調(diào)速方法及其制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)；了解異步電機(jī)在不對(duì)稱電壓下運(yùn)行的分析方法；了解單相異步電機(jī)、異步發(fā)電機(jī)的工作原理和特點(diǎn)及應(yīng)用。

2）直流電機(jī)（10學(xué)時(shí)）。了解直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理和繞組特點(diǎn)；了解氣隙磁場(chǎng)的空間分布；掌握電樞反應(yīng)對(duì)直流電機(jī)運(yùn)行的影響；掌握電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算方法；掌握直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件和工作特征；了解勵(lì)磁方式對(duì)工作特性的影響；掌握直流電動(dòng)機(jī)的工作特性和機(jī)械特性；熟悉其啟動(dòng)和調(diào)速方法；了解直流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)概念；了解直流電機(jī)的換向過程。

3）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容（4學(xué)時(shí)）。包括三相異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定；直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性。[2]

（3）“電機(jī)學(xué)”課程內(nèi)容改革的主要目的：

1）減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)、提高學(xué)習(xí)效率。改革后學(xué)生每周“電機(jī)學(xué)”課時(shí)為4個(gè)學(xué)時(shí)，使得學(xué)生有時(shí)間來消化，此外，改革后學(xué)生每個(gè)學(xué)期只需要學(xué)習(xí)兩類電機(jī)，第四學(xué)期學(xué)習(xí)變壓器和同步電機(jī)，第五學(xué)期學(xué)習(xí)異步電機(jī)和直流電機(jī)，減輕了學(xué)生學(xué)習(xí)的困難度，并能使學(xué)生的學(xué)習(xí)深度和效率都得到提高。

2）保證與后續(xù)“電力系統(tǒng)分析”課程的銜接。由于“電力系統(tǒng)分析”課程也進(jìn)行了改革，分在第五、六兩個(gè)學(xué)期授課，這就要求學(xué)生必須在第四學(xué)期學(xué)完“電力系統(tǒng)分析”課程所需要的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，因此，我們把變壓器和同步電機(jī)的內(nèi)容放在第四學(xué)期學(xué)習(xí)，有效保證了與后續(xù)專業(yè)課程的銜接。

3）平衡學(xué)生每個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)任務(wù)。這次“電機(jī)學(xué)”及相關(guān)課程群的改革從某種程度上平衡了學(xué)生每個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)任務(wù)，一方面適當(dāng)增加了第三、四學(xué)期的課程任務(wù)，另一方面適當(dāng)減少了第七、八學(xué)期的課程任務(wù)，讓學(xué)生有較充分的時(shí)間去進(jìn)行研究生備考、應(yīng)聘工作和畢業(yè)設(shè)計(jì)等工作，在時(shí)間上為學(xué)生多渠道發(fā)展提供了保證，事實(shí)證明也更加合理。

2.理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的改革

“電機(jī)學(xué)”課程改革已經(jīng)進(jìn)行了一個(gè)學(xué)期，我們?cè)诶碚摻虒W(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式上也做了一定的改革，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）理論教學(xué)上堅(jiān)持以應(yīng)用為導(dǎo)向。理論教學(xué)上堅(jiān)持結(jié)合教學(xué)大綱，積極修改教學(xué)課件，加入大量電機(jī)學(xué)教學(xué)素材，包括圖片、動(dòng)畫及視頻等內(nèi)容，保證將實(shí)際應(yīng)用的電機(jī)對(duì)應(yīng)到所學(xué)的理論知識(shí)上。此外課堂上堅(jiān)持每?jī)芍茏鲆淮瘟?xí)題總結(jié)課，以解決問題為目的，保證對(duì)所學(xué)內(nèi)容的鞏固。[3]

（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)上的改革。這個(gè)體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面，電機(jī)實(shí)驗(yàn)室所用電機(jī)均為工業(yè)級(jí)電機(jī)，功率均在5kW以上，方便學(xué)生對(duì)電機(jī)有較好的感性認(rèn)識(shí)，同時(shí)每類電機(jī)均有拆卸過的樣品，方便學(xué)生們認(rèn)識(shí)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。另一方面，電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)由兩位教師指導(dǎo)，一位實(shí)驗(yàn)教師，一位理論課教師，能保證學(xué)生們將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和理論知識(shí)更好地結(jié)合，真正達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的，通過理論學(xué)習(xí)，在實(shí)驗(yàn)中能靈活運(yùn)用。[4]

（3）實(shí)驗(yàn)報(bào)告的把關(guān)。學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后，每人每個(gè)實(shí)驗(yàn)必須撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，寫出相應(yīng)的結(jié)論和誤差分析，實(shí)驗(yàn)報(bào)告由理論課教師批閱，給出成績(jī)，評(píng)判學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)效果。而實(shí)驗(yàn)教師只對(duì)學(xué)生們的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行把關(guān)，給出相應(yīng)成績(jī)，最后通過實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告綜合給出實(shí)驗(yàn)總成績(jī)。[5]

3.考核方式的改革

“電機(jī)學(xué)”課程作為學(xué)位課，考核方式一直為閉卷考試，課程的總成績(jī)由平時(shí)成績(jī)（15%）、考試成績(jī)（70%）和實(shí)驗(yàn)成績(jī)（15%）三部分構(gòu)成。其中平時(shí)成績(jī)主要是由上課考勤記錄、課堂練習(xí)和作業(yè)成績(jī)?nèi)糠謽?gòu)成；考試成績(jī)由期末閉卷筆試的卷面成績(jī)確定；實(shí)驗(yàn)成績(jī)由實(shí)驗(yàn)過程表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告共同決定。

這次“電機(jī)學(xué)”課程考核方式改革主要集中在閉卷考試上，根據(jù)往年的經(jīng)驗(yàn)，部分學(xué)生通過考前突擊做歷年的考試題目或者題庫(kù)的題目也能取得較好的成績(jī)，而這部分學(xué)生本身對(duì)電機(jī)學(xué)理論的掌握程度并不好。有鑒于此，課程組決定在“電機(jī)學(xué)”（下）采用開卷考試，加大試卷的難度，允許學(xué)生帶資料，但嚴(yán)格考場(chǎng)的考風(fēng)、考紀(jì)，希望能夠通過這種方式提高學(xué)生靈活運(yùn)用電機(jī)學(xué)理論的能力。

三、教學(xué)效果及小結(jié)

我校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生每年有500人以上，對(duì)應(yīng)的課程的不斷改革和提高非常重要，本次“電機(jī)學(xué)”課程的改革是一次大膽的嘗試，目前已經(jīng)進(jìn)行了一個(gè)學(xué)期，完成了“電機(jī)學(xué)”（上）的教學(xué)任務(wù)，這次期末的課程考試平均分為64.88分，在難度有所提高的情況下，平均成績(jī)?cè)谔岣?，說明了學(xué)生學(xué)習(xí)效果較好，對(duì)于電機(jī)學(xué)中最難的兩大內(nèi)容變壓器和同步電機(jī)的掌握程度較往年有較大的提高，課程改革初見成效。

參考文獻(xiàn)：

[1]代紅,陳剛,肖建修,等.“電機(jī)學(xué)”課程教學(xué)改革的探討[J].中國(guó)電力教育,2010,(33).

[2]辜承林,陳喬夫,熊永前.電機(jī)學(xué)[M].第3版.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2010.

[3]張文忠,魏云冰,馮巧玲.以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的引導(dǎo)式“電機(jī)學(xué)”教學(xué)[J].中國(guó)電力教育,2010,(16).

[4]王偉炳,楊志超.“電機(jī)學(xué)”課程若干教學(xué)方法的研究[J].中國(guó)電力教育,2010,(19).

[5]章瑋,潘再平,盧慧芬,等.“電機(jī)學(xué)”課程教學(xué)手段和實(shí)踐環(huán)節(jié)的探討[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2011,(S1).

（責(zé)任編輯：孫晴）