“電機(jī)與拖動(dòng)”課程教學(xué)模式的改革與實(shí)踐

徐興元?梁云朋

摘要：“電機(jī)與拖動(dòng)”課程的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，是自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)質(zhì)量的好壞直接影響到后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。結(jié)合筆者多年的教學(xué)實(shí)踐，本文分別從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、實(shí)踐教學(xué)、考核方法等方面討論了“電機(jī)與拖動(dòng)”課程教學(xué)改革的一些嘗試和思考。

關(guān)鍵詞：電機(jī)與拖動(dòng)；教學(xué)模式；教學(xué)改革；對(duì)比法

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）36-0095-02

“電機(jī)與拖動(dòng)”課程是自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)第一門(mén)原理與應(yīng)用并重的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。該課程應(yīng)用高等數(shù)學(xué)、電路、大學(xué)物理、電子技術(shù)、自動(dòng)控制理論等前期所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)分析電機(jī)的運(yùn)行原理、內(nèi)部電磁過(guò)程、數(shù)學(xué)模型、外部特性以及電機(jī)起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)等工程實(shí)際問(wèn)題。學(xué)好這門(mén)課程可以為電力電子技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等后續(xù)課程打下良好的基礎(chǔ)。當(dāng)前的教育模式造成學(xué)生普遍擅長(zhǎng)學(xué)習(xí)理論性強(qiáng)的知識(shí)，對(duì)于牽涉工程實(shí)際的內(nèi)容學(xué)習(xí)起來(lái)很困難，學(xué)習(xí)興趣也不高。鑒于電機(jī)與拖動(dòng)課程在自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)體系中的特殊地位，如何改革現(xiàn)有的教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而取得較好的教學(xué)效果是亟待解決的問(wèn)題。本文介紹筆者長(zhǎng)期從事“電機(jī)與拖動(dòng)”課程教學(xué)的一些經(jīng)驗(yàn)和探索，與各位同仁共勉。

一、根據(jù)課程設(shè)置，調(diào)整授課內(nèi)容

為了適應(yīng)社會(huì)需求，培養(yǎng)“寬口徑、復(fù)合型”人才[1]，整個(gè)本科階段的課程數(shù)量尤其是選修課越來(lái)越多，每門(mén)課程的學(xué)時(shí)數(shù)量都在減少。河南科技大學(xué)的“電機(jī)與拖動(dòng)”課程也不例外，由雙學(xué)期授課，壓縮為單學(xué)期88學(xué)時(shí)，進(jìn)而壓縮為80學(xué)時(shí)（其中實(shí)驗(yàn)課12學(xué)時(shí)）。由于以前學(xué)時(shí)較多，可以對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行全面的講授。為了達(dá)到學(xué)時(shí)壓縮情況下教學(xué)質(zhì)量不下降的要求，必須對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行合理的調(diào)整。

1.適當(dāng)壓縮電機(jī)原理的內(nèi)容，強(qiáng)化電機(jī)拖動(dòng)部分的內(nèi)容

電機(jī)原理部分理論性較強(qiáng)，主要表現(xiàn)為概念多、理論推導(dǎo)多、電磁場(chǎng)的內(nèi)容抽象，造成部分學(xué)生一知半解，影響學(xué)習(xí)的積極性[2]?？紤]到電機(jī)主要作為自動(dòng)控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)，因此自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)更強(qiáng)調(diào)電機(jī)的外部特性，電機(jī)原理僅僅為了深化對(duì)外部特性的理解。我們對(duì)電機(jī)原理部分作了如下調(diào)整：電機(jī)的工作原理部分要求學(xué)生熟練掌握；繞組接法、感應(yīng)電勢(shì)和磁勢(shì)的計(jì)算部分要求學(xué)生了解處理的思路，記住必要的結(jié)論；電機(jī)內(nèi)部電磁場(chǎng)部分要求學(xué)生會(huì)定性分析。電機(jī)的外特性和機(jī)械特性部分作為重點(diǎn)，并入電力拖動(dòng)部分講述。

2.根據(jù)課程設(shè)置情況，適當(dāng)刪減部分的內(nèi)容

通常情況下，同一專(zhuān)業(yè)的各門(mén)課程有很多重復(fù)的知識(shí)點(diǎn)。為了節(jié)省學(xué)時(shí)，強(qiáng)化重點(diǎn)內(nèi)容，可以對(duì)重復(fù)的內(nèi)容進(jìn)行刪減。以劉錦波、張承慧編寫(xiě)的“電機(jī)與拖動(dòng)”教材為例，第四章“變流器供電下直流電機(jī)的機(jī)械特性”占了僅僅20頁(yè)的篇幅[3]，但后續(xù)課程“電力電子技術(shù)”對(duì)此問(wèn)題有更詳細(xì)的論述，因此可刪除這一章不講。第12章主要講各種微特電機(jī)，但很多學(xué)校設(shè)置了專(zhuān)門(mén)的后續(xù)課程“微特電機(jī)”，因此這一章也可以忽略?！半姍C(jī)與拖動(dòng)”與“自動(dòng)控制原理”課程同時(shí)同步開(kāi)設(shè)，有些學(xué)校甚至先開(kāi)設(shè)“電機(jī)與拖動(dòng)”課程，因此應(yīng)刪除電機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)部分的過(guò)渡過(guò)程分析，僅講授穩(wěn)態(tài)分析。

3.講授順序的調(diào)整

將傳統(tǒng)先講電機(jī)學(xué)再講電機(jī)拖動(dòng)技術(shù)的順序改為講完一種電機(jī)的原理，接著講這種電機(jī)的拖動(dòng)技術(shù)[4]。例如：直流部分采取先講解電機(jī)學(xué)內(nèi)容接著講述直流拖動(dòng)的內(nèi)容，這樣做可以使學(xué)生對(duì)剛掌握的知識(shí)從后續(xù)章節(jié)學(xué)習(xí)中得到及時(shí)的應(yīng)用，既可以復(fù)習(xí)以往內(nèi)容，又可以學(xué)以致用，從而達(dá)到較好的教學(xué)效果。最終形成了“直流電機(jī)-直流電機(jī)拖動(dòng)-變壓器-交流電機(jī)-交流電機(jī)拖動(dòng)”的教學(xué)主線(xiàn)。

二、改革課堂教學(xué)方法，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性

1.理論聯(lián)系實(shí)際

“電機(jī)與拖動(dòng)”是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，主要表現(xiàn)在電機(jī)的廣泛使用性。教師在講授時(shí)應(yīng)盡量與生活中的應(yīng)用實(shí)例結(jié)合起來(lái)，使抽象、枯燥的理論變得具體、生動(dòng)。例如，結(jié)合洗衣機(jī)頻繁正反轉(zhuǎn)的工作過(guò)程學(xué)習(xí)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)原理；結(jié)合變頻空調(diào)如何省電學(xué)習(xí)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速原理及其在節(jié)能技術(shù)中的應(yīng)用等等[5]。這些工程實(shí)例能引起學(xué)生的好奇心，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生能以好奇的心態(tài)去聽(tīng)課，接受新的知識(shí)，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，才能學(xué)好這門(mén)課程。

2.采用啟發(fā)式教學(xué)

灌輸式的教學(xué)模式往往造成學(xué)生的依賴(lài)心理，學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性不高。鑒于“電機(jī)與拖動(dòng)”課程的知識(shí)連貫性和邏輯性很強(qiáng)，采用啟發(fā)式教學(xué)模式可以取得較好的效果。在講解新內(nèi)容時(shí)，教師有針對(duì)性地提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生利用已有知識(shí)得出結(jié)論，最后由教師加以補(bǔ)充總結(jié)。例如在講授直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速時(shí)，首先由教師簡(jiǎn)述電機(jī)調(diào)速的實(shí)際應(yīng)用以及電機(jī)調(diào)速的必要性，然后提出問(wèn)題：直流電動(dòng)機(jī)的速度與哪些參數(shù)有關(guān)？引導(dǎo)學(xué)生回憶直流電機(jī)的速度公式；接著提出問(wèn)題：速度公式中哪些參量可以改變？從而使學(xué)生主動(dòng)思考得到直流電動(dòng)機(jī)的三種調(diào)速方式：改變電源電壓調(diào)速、改變電樞回路電阻調(diào)速和改變磁場(chǎng)強(qiáng)弱調(diào)速；最后由教師進(jìn)行總結(jié)：雖然理論上可以提高電源電壓或者增強(qiáng)磁場(chǎng)調(diào)速，但是受直流電機(jī)耐壓和鐵磁材料磁飽和性的限制，通常采用降壓調(diào)速和弱磁升速的方式調(diào)速，使得問(wèn)題得到完美解決。

3.采用對(duì)比的教學(xué)方法

“電機(jī)與拖動(dòng)”課程概念多、公式多、內(nèi)容繁雜，學(xué)生作為初學(xué)者，會(huì)感到?jīng)]有頭緒[6]。教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)采用對(duì)比的方法，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)各種電機(jī)在工作原理、繞組結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)模型、機(jī)械特性等方面的相似性和不同點(diǎn)，從而加深理解。不論直流電機(jī)、交流電機(jī)還是變壓器，其共同的理論基礎(chǔ)均為法拉第電磁感應(yīng)定律、電磁力定律、安培環(huán)路定律等，因此采用對(duì)比法教學(xué)可以收到事半功倍的教學(xué)效果。例如：對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)和三相異步電動(dòng)機(jī)，兩者的共同點(diǎn)是：理論基礎(chǔ)均為電磁力定律，即轉(zhuǎn)子受到單方向的電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)從而完成電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。兩者的不同點(diǎn)是：直流電動(dòng)機(jī)采用直流電源，內(nèi)部磁場(chǎng)是穩(wěn)恒磁場(chǎng)。而三相電動(dòng)機(jī)采用交流電源，內(nèi)部磁場(chǎng)為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；直流電動(dòng)機(jī)通過(guò)電刷和換向器把外部直流電流轉(zhuǎn)換為電樞導(dǎo)體的交變電流，穩(wěn)恒磁場(chǎng)和交變的電樞導(dǎo)體電流相互作用產(chǎn)生單方向的電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)使電樞旋轉(zhuǎn)此為直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理，而三相異步電動(dòng)機(jī)其定子磁場(chǎng)是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而其轉(zhuǎn)子電流則是感應(yīng)電流，通過(guò)轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)感應(yīng)產(chǎn)生的，該感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，這是三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理[4]。通過(guò)對(duì)比可以使學(xué)生理順知識(shí)的前后脈絡(luò)，從而加深對(duì)知識(shí)的理解與掌握。

三、合理利用多媒體教學(xué)手段，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)

傳統(tǒng)教學(xué)方法主要是借助板書(shū)分析各種電機(jī)的工作原理，推導(dǎo)數(shù)學(xué)模型，分析等效電路。這種方式使得學(xué)生對(duì)于電機(jī)實(shí)際工作情境缺乏感性認(rèn)識(shí)，抽象的理論與具體的對(duì)象脫節(jié)，無(wú)法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，教學(xué)效果比較差。運(yùn)用多媒體技術(shù)可以很好地解決這一矛盾[7]。例如在講解電機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理時(shí)，在講解完以后，通過(guò)播放視頻、動(dòng)畫(huà)、圖片加強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。又例如，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生過(guò)程比較抽象，只進(jìn)行書(shū)面的理論推導(dǎo)，學(xué)生難以理解。這時(shí)就可以利用多媒體動(dòng)畫(huà)動(dòng)態(tài)地演示單相電流時(shí)產(chǎn)生的脈振磁場(chǎng)和三相對(duì)稱(chēng)電流時(shí)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，同時(shí)播放物理實(shí)驗(yàn)中相關(guān)磁場(chǎng)形成和工作的視頻，幫助學(xué)生理解旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的形成過(guò)程。

雖然多媒體技術(shù)可以改善教學(xué)效果，但筆者認(rèn)為應(yīng)該合理利用。對(duì)于公式推導(dǎo)，電路的向量分析等內(nèi)容還是采用傳統(tǒng)的板書(shū)方式比較好，因?yàn)檫@些部分采用板書(shū)教學(xué)有助于加深學(xué)生的理解。所以，在教學(xué)過(guò)程中要因材施教，在適當(dāng)?shù)恼鹿?jié)采用并加強(qiáng)多媒體教學(xué)。

四、重視實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是必不可少的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)不僅可以驗(yàn)證課堂上學(xué)到的理論知識(shí)、深化理解、增強(qiáng)記憶，還可以訓(xùn)練初步的操作技能、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣[8]。對(duì)于“電機(jī)與拖動(dòng)”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，筆者有如下幾點(diǎn)體會(huì)：

（1）精心編制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。要求學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)不僅按照步驟完成實(shí)驗(yàn)，還要思考實(shí)驗(yàn)過(guò)程為什么這樣設(shè)計(jì)。對(duì)于反?，F(xiàn)象，應(yīng)啟發(fā)學(xué)生深入思考，找出答案。

（2）適當(dāng)增加設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、步驟、要求等提出質(zhì)疑，引導(dǎo)學(xué)生提出不同的設(shè)計(jì)方案和解題途徑。

（3）實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生開(kāi)放，學(xué)生可到實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，搞小發(fā)明、小革新、小制作等，指導(dǎo)教師予以熱情指導(dǎo)、幫助，并提供保障條件。

五、改進(jìn)考核方式，提高教學(xué)反饋的實(shí)效性

為了調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，改善學(xué)習(xí)風(fēng)氣，提高教學(xué)質(zhì)量，應(yīng)改變以往應(yīng)試教育的考核方式?！彪姍C(jī)與拖動(dòng)”作為一門(mén)實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，不僅要求學(xué)生理解理論知識(shí)，而且要求學(xué)生能夠利用理論知識(shí)分析工程問(wèn)題，能夠掌握必要的操作技能。因此，應(yīng)綜合考慮每一個(gè)學(xué)生的卷面成績(jī)、實(shí)驗(yàn)操作技能以及應(yīng)用理論解釋工程現(xiàn)象的能力，給出科學(xué)合理的評(píng)價(jià)。筆者認(rèn)為，考核應(yīng)遵循：全過(guò)程考核的原則，即從開(kāi)始到結(jié)束，從課內(nèi)到課外均考核；重能力、重素質(zhì)的原則，即將學(xué)生能力和素質(zhì)作為較大的權(quán)重系數(shù)在考核時(shí)加以體現(xiàn)；公開(kāi)考核的原則，提前讓學(xué)生知道本課程的考核方式，從而制定相應(yīng)的學(xué)習(xí)方案，改變以往只注重卷面成績(jī)的應(yīng)試教育模式。筆者的教學(xué)實(shí)踐表明，以上考核方式能夠及時(shí)有效地了解學(xué)生對(duì)所講知識(shí)的掌握水平，從而有的放矢的地調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，提高教學(xué)質(zhì)量。

六、結(jié)束語(yǔ)

教學(xué)實(shí)踐證明，通過(guò)以上幾方面的教學(xué)改革實(shí)踐，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。從學(xué)生的反饋來(lái)看，教學(xué)改革是成功的。當(dāng)然，教學(xué)改革是一項(xiàng)長(zhǎng)期艱巨的任務(wù)，還需在今后教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)一步總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾麗，姚裕安.“電機(jī)與拖動(dòng)”課程教學(xué)改革的探索[J].中國(guó)電力教育，2011，（18）.

[2]宋曉燕，王泳.“電機(jī)與拖動(dòng)”課程教學(xué)改革的探索[J].中國(guó)科技信息，2008，（10）.

[3]劉錦波，張承慧.電機(jī)與拖動(dòng)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[4]梁云朋，張松燦.電機(jī)與拖動(dòng)課程教學(xué)改革的研究[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2010，（19）.

[5]王繼強(qiáng)，仲偉堂.“電機(jī)與拖動(dòng)”教學(xué)改革的研究與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2009，（5）.

[6]厲虹，張巧杰，祁鯤.以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)的“電機(jī)與拖動(dòng)”教學(xué)改革研究[J].中國(guó)電力教育，2010，（4）.

[7]張麗，王振種.“電機(jī)與拖動(dòng)”課程互動(dòng)式教學(xué)的探討[J].中國(guó)電力教育，2010，（3）.

[8]沈華靜，朱永紅.“電機(jī)與拖動(dòng)”課程教學(xué)改革初探[J].中國(guó)電力教育，2010，（12）.

（責(zé)任編輯：韓曉英）