電機(jī)與拖動課程的教學(xué)改革探索

方 煒，劉曉東

（安徽工業(yè)大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，安徽 馬鞍山243002）

電機(jī)原理及拖動作為自動化專業(yè)的一門主干專業(yè)基礎(chǔ)課，在我校有著悠久的教學(xué)歷史，也有著堅(jiān)實(shí)的教學(xué)基礎(chǔ)，以及較為完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備。但多年來，教學(xué)理論和教學(xué)內(nèi)容基本保持不變，教學(xué)方法和教學(xué)手段也較為固定。為了適應(yīng)新時(shí)期對創(chuàng)新人才培養(yǎng)提出的新要求，以及新形勢下自動化等專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的需要，其教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革理應(yīng)受到重視。［1］本文結(jié)合筆者在這門課程教學(xué)中的體會，借鑒同行寶貴的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)電機(jī)原理及拖動課程教學(xué)中的問題，嘗試優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，探索教學(xué)方法和教學(xué)模式，以推進(jìn)該課程教學(xué)的改革。

一、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

電機(jī)原理及拖動這門課程的主要內(nèi)容包括動力學(xué)基礎(chǔ)、直流電機(jī)及其電力拖動、變壓器、三相異步電動機(jī)及其電力拖動、同步電動機(jī)、控制電機(jī)與特種電機(jī)等。在介紹電機(jī)的基本工作原理及構(gòu)成的同時(shí)，需要分析電機(jī)拖動系統(tǒng)的各種平衡關(guān)系，同時(shí)還要穿插電、磁、力等方面的基本知識及定律，因此該課程涵蓋的內(nèi)容廣，知識點(diǎn)多，重點(diǎn)及難點(diǎn)突出。另一方面，為適應(yīng)我校關(guān)于加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)改革和新一輪教學(xué)大綱的制定，2013級的“電機(jī)原理及拖動”課程的教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)由80調(diào)整為72（理論學(xué)時(shí)60，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)12）。如何在壓縮學(xué)時(shí)的同時(shí)，提高培養(yǎng)質(zhì)量，這就需要優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，著重培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力和實(shí)踐能力，加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的實(shí)用性和應(yīng)用性。［2］

因此，我們首先本著“應(yīng)用、實(shí)用”的原則調(diào)整了本課程的培養(yǎng)目標(biāo)，圍繞自動化專業(yè)學(xué)生的就業(yè)方向和就業(yè)崗位，將重點(diǎn)放在電機(jī)拖動技術(shù)的知識點(diǎn)上，強(qiáng)化拖動及應(yīng)用。自動化專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)電機(jī)原理及拖動的目的是合理地使用電機(jī)、應(yīng)用電機(jī)，沒有必要對電機(jī)原理及具體結(jié)構(gòu)非常清楚，所以對電機(jī)原理部分的學(xué)時(shí)安排可以做適當(dāng)?shù)膲嚎s，把電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)的介紹放在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中學(xué)習(xí)，既可以節(jié)約一部分課時(shí)，又可加強(qiáng)了電機(jī)的實(shí)踐教學(xué)。其次，將本課程中理論性強(qiáng)又過于強(qiáng)調(diào)的知識點(diǎn)弱化或者摒去。例如，三相異步電動機(jī)的磁動勢是本課程中的一個(gè)難點(diǎn)，三相交流繞組的磁動勢是一個(gè)旋轉(zhuǎn)空間矢量，計(jì)算公式復(fù)雜，理論性強(qiáng)，在以往的講述過程中，往往花費(fèi)了很多時(shí)間，學(xué)生還不能理解。其實(shí)講授三相異步電動機(jī)的磁動勢的目的是要告訴學(xué)生三相異步電動機(jī)的磁場是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場，帶動電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，從而拖動生產(chǎn)機(jī)械。因此，可以將這部分的內(nèi)容弱化，與后面章節(jié)中的三相異步電動機(jī)的電力拖動合在一起講授，使得知識結(jié)構(gòu)緊湊，也提高了學(xué)生掌握和理解的程度，教學(xué)效果及學(xué)生反映都較好。諸如此類的教學(xué)內(nèi)容調(diào)整，還有將原來單一的純理論教學(xué)課程體系，改變?yōu)閼?yīng)用性理論、實(shí)踐教學(xué)、實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練綜合的課程實(shí)踐教學(xué)體系，初步體現(xiàn)了應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。

二、深化課堂教學(xué)改革

課堂教學(xué)是教學(xué)的主渠道。充分利用好課堂，提高教學(xué)質(zhì)量應(yīng)考慮以下幾方面的因素。

（一）設(shè)計(jì)好第一堂課

1．激發(fā)學(xué)生對本課程的興趣。與大多數(shù)課程相同，電機(jī)原理及拖動的第一堂課應(yīng)該向?qū)W生介紹電機(jī)的發(fā)展、現(xiàn)狀以及本課程的學(xué)習(xí)任務(wù)。但是，僅僅結(jié)合書本上第一章緒論的內(nèi)容，泛泛地介紹地電機(jī)的分類、基本知識，學(xué)生并不能夠深入的理解學(xué)習(xí)電機(jī)、應(yīng)用電機(jī)的重要性和必要性。如果能夠啟發(fā)學(xué)生從日常生活，甚至身邊去找各種類型的電機(jī)，例如男生剃須刀中的直流電動機(jī)，女生所用的吹風(fēng)機(jī)中的交流電動機(jī)，還有電動自行車中的無刷直流電動機(jī)等，由此可以大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣，同時(shí)也讓學(xué)生體會到學(xué)習(xí)電機(jī)的重要性。

2．了解學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識的水平。電機(jī)原理及拖動涉及到的基礎(chǔ)知識有高等數(shù)學(xué)、電路知識。通過簡單的幾個(gè)提問讓學(xué)生回憶所學(xué)過的電磁基本定律、基本物理量及向量等知識，可以初步了解學(xué)生對這些知識的掌握情況，摸清班級的學(xué)習(xí)狀況，以便在后面的教學(xué)中，更好地銜接學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，也避免了基礎(chǔ)較差的學(xué)生跟不上課程學(xué)習(xí)的現(xiàn)象。

（二）充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段

多媒體教學(xué)的普及給我們提供了豐富的教案資源。如果僅對照課件上的內(nèi)容進(jìn)行講授，教學(xué)方法仍顯單一、枯燥，如果在課程講述的過程中，穿插多種多媒體教學(xué)方法，將知識點(diǎn)和這些多媒體教學(xué)方式揉合在一起，加深學(xué)生對關(guān)鍵知識的理解，往往能起到事半功倍的效果。

1．動畫演示。將電機(jī)的基本知識通過簡易動畫的形式演示出來，一方面學(xué)生能夠很快領(lǐng)悟所學(xué)的內(nèi)容，另一方面也會加深他們對這些知識點(diǎn)的印象。例如，直流電機(jī)的換向比較難以理解，一直以來是教學(xué)中的難點(diǎn)。筆者通過一個(gè)3D的動畫案例，演示了直流電機(jī)磁場的建立、電樞電流的流動、以及換向的工作條件和過程，非常直觀地向?qū)W生介紹了這個(gè)知識點(diǎn)，而且將原來一個(gè)小時(shí)的教學(xué)內(nèi)容壓縮在30分鐘左右。同理，三相異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場是本課程中的一個(gè)重點(diǎn)，其旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)方向與三相定子電流有著直接的關(guān)系，但從理論分析、數(shù)學(xué)公式的角度去解釋，學(xué)生不太感興趣，也難以理解。但如果通過一個(gè)gif的動畫案例，介紹三相異步電動機(jī)的各部件結(jié)構(gòu)，外部電源合閘、起動旋轉(zhuǎn)的整個(gè)過程，可以給學(xué)生直觀的視覺效果，在激發(fā)他們學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)也加深對知識點(diǎn)的理解和記憶，學(xué)習(xí)效果很好。

2．綜合利用優(yōu)秀的視頻教學(xué)內(nèi)容。電機(jī)原理及拖動這門課程有著很強(qiáng)的工程應(yīng)用背景，但學(xué)生缺乏的就是工程概念。僅僅從課本和課件上的圖片，學(xué)生是無法對本課程的研究對象有個(gè)直觀的認(rèn)識，很多學(xué)生還沒見過電機(jī)和變壓器。通過優(yōu)秀的視頻教學(xué)，能夠避免學(xué)習(xí)的盲目性。例如，工程上為了減少和降低三相異步電動機(jī)的渦流損耗和磁滯損耗，轉(zhuǎn)子通常采用0．5mm的硅鋼片疊加沖壓而成，轉(zhuǎn)子繞組的放置也非常講究。由于條件所限，無法讓學(xué)生看到真實(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。于是，在課程講授過程中，筆者穿插了西安交通大學(xué)拍攝的一個(gè)視頻教學(xué)內(nèi)容，從硅鋼片的沖壓、對孔、疊壓、鑄鋁、絕緣處理，直至轉(zhuǎn)子交流繞組的繞制、疊放等，將枯燥無味的理論教學(xué)，簡單的教學(xué)圖片，轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷦拥纳a(chǎn)現(xiàn)場講解，讓學(xué)生對電機(jī)的工程背景有了初步的印象。

（三）注重教學(xué)內(nèi)容的銜接

1．基礎(chǔ)知識的銜接。電機(jī)原理及拖動需要用到電路知識中的基本電磁定律、力學(xué)知識中的基本轉(zhuǎn)矩方程式。這些知識不在本課程的授課內(nèi)容當(dāng)中，但在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對這些基本知識的掌握水平各不相同，因此在講授關(guān)鍵知識點(diǎn)前，有必要對這些基礎(chǔ)知識加以復(fù)習(xí)、引用，這樣才能更好地學(xué)習(xí)本課程。

2．前后章節(jié)的銜接。本課程是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，課時(shí)也相對較長，學(xué)生往往在學(xué)習(xí)后面的知識點(diǎn)時(shí)已經(jīng)忘記了前面所學(xué)的內(nèi)容。例如，按照“直流電機(jī)－直流電機(jī)的電力拖動－變壓器－交流電機(jī)－交流電機(jī)的電力拖動－同步電動機(jī)”這樣的一個(gè)教學(xué)主線，學(xué)生學(xué)習(xí)到交流電機(jī)時(shí)，他們對直流電機(jī)的概念已經(jīng)略有模糊，但交流電機(jī)和直流電機(jī)有著一定的共同點(diǎn)，但又有區(qū)別，因此在介紹交流電機(jī)的時(shí)候，需要簡要復(fù)習(xí)前面直流電機(jī)的一些知識點(diǎn)，提高學(xué)生掌握電機(jī)知識的連貫性和順暢性。

3．關(guān)鍵知識點(diǎn)的對比銜接。對于初學(xué)者來說，電機(jī)原理及拖動雖然很難學(xué)，但如果掌握一定的學(xué)習(xí)方法，把各種不同的電機(jī)聯(lián)系在一起，進(jìn)行比較、對比，可以使重點(diǎn)、難點(diǎn)變得簡明易懂，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。直流電機(jī)和交流電機(jī)的電力拖動中都有關(guān)于電機(jī)制動的介紹，例如反接制動、回饋制動等。但兩種不同類型電機(jī)制動的原理截然不同，如果在課堂教學(xué)的過程中，提醒學(xué)生注意對比這兩個(gè)關(guān)鍵知識點(diǎn)，理解其中的不同之處，可以大大提高學(xué)生綜合應(yīng)用電機(jī)的能力。

（四）加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)踐

理論聯(lián)系實(shí)踐不能僅僅依靠實(shí)驗(yàn)教學(xué)，受到實(shí)驗(yàn)硬件平臺缺乏、實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊等因素的制約，學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)跟不上課程的發(fā)展。但在平時(shí)的理論教學(xué)中穿插一些實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，或者啟發(fā)學(xué)生將所學(xué)的理論知識聯(lián)系實(shí)際，可以一定程度上彌補(bǔ)學(xué)生實(shí)踐能力不足的現(xiàn)狀，并初步培養(yǎng)他們的工程思維能力。在變壓器的理論授課中，結(jié)合自己的科研項(xiàng)目，將一個(gè)自己研制的小型變壓器帶到了課堂現(xiàn)場，向?qū)W生展示了變壓器的ETD34磁芯、骨架、以及用于一次繞組、二次繞組的漆包線。讓每個(gè)學(xué)生都近距離接觸到硬件實(shí)物，了解變壓器的實(shí)際構(gòu)造，并嘗試去制作一個(gè)變壓器。另外，在關(guān)于三相異步電動機(jī)變頻調(diào)速的原理和應(yīng)用這一知識點(diǎn)的講述過程中，雖然無法讓學(xué)生直接接觸變頻調(diào)速裝置，但通過啟發(fā)學(xué)生對變頻空調(diào)的思考，讓學(xué)生理解了變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)、特點(diǎn)，對變頻調(diào)速在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用也有了一定的認(rèn)識，并將交流電機(jī)的起動、調(diào)速、制動等理論知識和實(shí)際聯(lián)系在一起。

通過對電機(jī)原理及拖動教學(xué)中所遇到的問題進(jìn)行認(rèn)真分析和探索研究，改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式，不僅在學(xué)時(shí)減少的條件下，提高了教學(xué)質(zhì)量，而且使得課程的知識點(diǎn)緊密連接，教學(xué)效果顯著提高。

［1］ 譚健敏，等．“電機(jī)及拖動”課程教學(xué)體系建設(shè)［J］．電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2012（32）：68－69．

［2］ 漆海霞，等．“電機(jī)與拖動”實(shí)踐教學(xué)研究與改革［J］．中國電力教育，2012（12）：105－106．