多媒體技術(shù)在“電機(jī)學(xué)”教學(xué)中的應(yīng)用

姜宏偉?梁芬?唐鳴

摘要：實(shí)踐教學(xué)是三本院校最重要的特點(diǎn)，以“電機(jī)學(xué)”課程為例，基于多媒體技術(shù)，采用SolidWorks、AutoCAD、VB等多種開(kāi)發(fā)工具為電機(jī)學(xué)的教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)了課件，課件具有生動(dòng)、直觀、互動(dòng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，一定程度上解決了三本院校存在的少學(xué)時(shí)、多內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)資源欠缺情況下的教學(xué)問(wèn)題，教學(xué)效果良好。

關(guān)鍵詞：電機(jī)學(xué)；教學(xué)；多媒體技術(shù)

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）36-0109-02

隨著社會(huì)的發(fā)展，理論和實(shí)踐并重的教學(xué)理念越來(lái)越被各界重視，以培養(yǎng)應(yīng)用型科技創(chuàng)新人才為教學(xué)導(dǎo)向的獨(dú)立學(xué)院更是注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，而教師如何轉(zhuǎn)變教育觀念、提高教學(xué)能力就變得刻不容緩。本文以“電機(jī)學(xué)”課程為例，對(duì)教學(xué)中多媒體技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了深入探索。

“電機(jī)學(xué)”課程是電氣工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性。其中復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和抽象的電磁場(chǎng)關(guān)系往往讓學(xué)生學(xué)起來(lái)無(wú)所適從，尤其是對(duì)于三本類(lèi)學(xué)生來(lái)說(shuō)，如何讓學(xué)生在少學(xué)時(shí)、內(nèi)容多、實(shí)驗(yàn)資源欠缺的情況下，很好地學(xué)習(xí)并吸收電機(jī)學(xué)的精華知識(shí)是教師面臨的一大問(wèn)題。三本類(lèi)學(xué)生往往理論基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，面對(duì)這么一門(mén)抽象的課程要么不知所云，要么無(wú)從下手，最終導(dǎo)致學(xué)生偃旗息鼓，興趣全無(wú)。傳統(tǒng)的板書(shū)式教學(xué)方法更是讓課堂氣氛沉悶，學(xué)生學(xué)起來(lái)索然無(wú)味，教學(xué)效果很不理想[1-2]。

隨著多媒體技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，這一問(wèn)題得到了很大改善，大量結(jié)構(gòu)圖片、動(dòng)畫(huà)的介入使得學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)從不知所云變得游刃有余。但是，如何恰到好處的使用多媒體技術(shù)是我們每一位老師值得深思的問(wèn)題。文中作者根據(jù)多年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)電機(jī)學(xué)教學(xué)規(guī)律作出了大量深入研究，對(duì)如何很好的利用SolidWorks、AutoCAD、VB等輔助工具在電機(jī)學(xué)多媒體課件制作中的應(yīng)用作出了進(jìn)一步探討。

一、基于SOLIDWOKS的電機(jī)三維模型構(gòu)造

電機(jī)的結(jié)構(gòu)空間概念較強(qiáng)，理解時(shí)需要學(xué)生具備豐富的空間想象力，而電機(jī)的結(jié)構(gòu)模型是學(xué)生在學(xué)習(xí)電機(jī)時(shí)的基礎(chǔ)，如何讓學(xué)生能在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)掌握各類(lèi)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是教學(xué)的首要問(wèn)題。目前，教學(xué)過(guò)程中通常采用的方法有：引入多媒體技術(shù)，借助大量結(jié)構(gòu)圖片和視頻進(jìn)行課堂教學(xué)，使學(xué)生通過(guò)圖片，建立一個(gè)空間立體模型；或者進(jìn)行實(shí)物教學(xué)，帶領(lǐng)學(xué)生到電機(jī)、變壓器廠(chǎng)實(shí)地參觀；或者在實(shí)驗(yàn)室對(duì)電機(jī)進(jìn)行拆裝等，幫助學(xué)生對(duì)電機(jī)有一個(gè)形象立體的認(rèn)識(shí)。但同時(shí)也存在很多問(wèn)題，首先，實(shí)際電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，學(xué)生在觀察圖片或?qū)嵨飼r(shí)一般不容易抓住重點(diǎn)；其次，針對(duì)目前大多三本類(lèi)院校存在少學(xué)時(shí)、專(zhuān)業(yè)學(xué)生人數(shù)多、控制教學(xué)成本等問(wèn)題，實(shí)地參觀和電機(jī)實(shí)物拆解學(xué)習(xí)都很難實(shí)現(xiàn)。

針對(duì)上述問(wèn)題，作者利用SolidWorks三維軟件構(gòu)造出電機(jī)的三維實(shí)體模型以輔助（仿真）電機(jī)的結(jié)構(gòu)教學(xué)使用，使得上述諸多問(wèn)題迎刃而解。同時(shí)，借助SolidWorks軟件把電機(jī)結(jié)構(gòu)的三維模型制作好后，在SolidWorks環(huán)境下，可直接進(jìn)行縮放、三維觀察，還能直接使用三維實(shí)體零件進(jìn)行仿真裝配、著色、局部隱藏和剖面等操作，并動(dòng)態(tài)地觀察可運(yùn)動(dòng)零部件（如電機(jī)轉(zhuǎn)子）的運(yùn)動(dòng)情況等。同時(shí)，為方便課堂教學(xué)，也可利用屏幕錄制程序，制作成FLASH放置到PPT頁(yè)面上。例如，在介紹直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)時(shí)，如果單純地告訴學(xué)生直流電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、電刷、換向器等組成，學(xué)生會(huì)覺(jué)得比較抽象，難以理解，若借助SolidWorks軟件繪制出三維的直流電機(jī)結(jié)構(gòu)，如圖1所示，為直流電機(jī)鼓形繞組、電刷和換向器結(jié)構(gòu)三維模型示意圖，該模型對(duì)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子均做簡(jiǎn)化處理，放大電刷和換向器，突出重點(diǎn)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中能較好理解電機(jī)基本構(gòu)成、單疊繞組連接原理、換向器與繞組的連接關(guān)系、電刷和換向器的關(guān)系等，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)掌握“轉(zhuǎn)子繞組首尾相連構(gòu)成一個(gè)閉合回路；電刷把電樞繞組平分為兩對(duì)支路；電樞在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每個(gè)支路中導(dǎo)體不停發(fā)生變化，但每個(gè)支路中（磁極下）導(dǎo)體電流方向不變”等直流電機(jī)基本原理起到積極作用。這樣，教學(xué)時(shí)就可以突出重點(diǎn)、有的放矢，極大地提高教學(xué)質(zhì)量。

另一方面，為了進(jìn)一步加深理解電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高學(xué)生實(shí)踐能力，學(xué)生還可以利用SolidWorks三維軟件自己動(dòng)手繪制電機(jī)結(jié)構(gòu)，例如配電變壓器的鐵芯截面常采用多級(jí)梯形結(jié)構(gòu)，鐵芯結(jié)構(gòu)如圖2所示，鐵芯直徑這一重要參數(shù)很多同學(xué)難以理解，若學(xué)生利用SolidWorks軟件自己動(dòng)手繪制配電變壓器的鐵芯，則理解起來(lái)就簡(jiǎn)單多了。

二、基于AutoLISP的電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)動(dòng)畫(huà)模型

學(xué)習(xí)交流電機(jī)時(shí)，需要重點(diǎn)分析氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與定轉(zhuǎn)子繞組的電磁感應(yīng)作用。氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是基礎(chǔ)，對(duì)氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的能否正確理解是掌握交流電機(jī)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。氣隙旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)或磁場(chǎng)是“一個(gè)正弦分布、以同步轉(zhuǎn)速向前推移的正向恒幅旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)或磁場(chǎng)”，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)比較抽象，尤其對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，若不借助一定手段，很難在短時(shí)間內(nèi)建立起旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的完整概念。正弦分布的恒幅旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一般使用連續(xù)的圖形描述進(jìn)而形成FLASH文件，但都存在操作復(fù)雜等缺點(diǎn)[3]，這里介紹一種全新簡(jiǎn)易的利用AutoCAD繪圖軟件開(kāi)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方法。

AutoCAD是一款得到廣泛應(yīng)用的二維繪圖軟件，可繪制復(fù)雜的工程圖，AutoCAD內(nèi)嵌AutoLISP高級(jí)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，編制AutoLISP圖形控制程序，可對(duì)AutoCAD繪圖環(huán)境及圖形進(jìn)行各種操作。這里以籠型感應(yīng)電機(jī)為例，利用AutoLISP建立電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。建立過(guò)程如下：新建一個(gè)CAD圖，手工設(shè)置三個(gè)圖層，分別在三個(gè)圖層上繪制異步電動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子和正弦旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)圖，可把線(xiàn)條定義為多義線(xiàn)，并設(shè)定線(xiàn)寬和顏色以提高顯示效果（如圖3示）。然后新建一個(gè)AutoLISP文件（.lsp），利用AutoLISP函數(shù)語(yǔ)言編制圖形控制程序，主要用到以下函數(shù)和命令。

command：AutoLISP函數(shù)，可直接調(diào)用AutoCAD的命令，進(jìn)行圖形控制操作；

ssget：AutoLISP的實(shí)體訪(fǎng)問(wèn)函數(shù)，可手工建立選擇集并命名；

layer：AutoCAD圖層命令，可進(jìn)行圖層操作，這里主要是關(guān)閉和打開(kāi)相關(guān)圖層；

rotate：AutoCAD圖形編輯命令，可對(duì)某個(gè)選擇集中的圖形對(duì)象進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作；

while：AutoLISP循環(huán)結(jié)構(gòu)函數(shù)。

程序開(kāi)始，利用layer圖層命令依次只打開(kāi)定子、轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)應(yīng)的圖層，關(guān)閉不需要的圖層，以方便復(fù)雜圖形下的圖形選擇。然后利用ssget函數(shù)手工建立三個(gè)選擇集并命名。編制循環(huán)結(jié)構(gòu)，利用rotate命令對(duì)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)圖形進(jìn)行小角度旋轉(zhuǎn)，控制轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度略低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。為降低旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，可編制并調(diào)用延時(shí)函數(shù)。在AutoCAD環(huán)境下加載并運(yùn)行程序，即可達(dá)到預(yù)期效果。同樣，該操作也可利用屏幕錄制程序，制作成FLASH放置到PPT頁(yè)面上。

三、基于VB的電機(jī)學(xué)互動(dòng)課件制作

互動(dòng)式教學(xué)能及時(shí)反饋教學(xué)效果，教師根據(jù)教學(xué)反饋實(shí)時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，是廣大教師最常見(jiàn)的教學(xué)方法。隨著多媒體技術(shù)的廣泛發(fā)展，如何能制作出高水平的互動(dòng)式教學(xué)課件是我們每一位教師值得思考的問(wèn)題，互動(dòng)式課件要具有很強(qiáng)的可操作性、啟發(fā)性和趣味性，對(duì)課件制作提出了更高的要求。

作者根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)電機(jī)學(xué)互動(dòng)課件的制作做了大量的深入研究，對(duì)電機(jī)學(xué)的教學(xué)難點(diǎn)和重點(diǎn)部分利用VB及VB.net開(kāi)發(fā)出了功能強(qiáng)大的互動(dòng)式圖形程序[4-5]?，F(xiàn)以利用VB開(kāi)發(fā)三相交流繞組的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)動(dòng)態(tài)程序?yàn)槔谱鬟^(guò)程如下：新建一個(gè)EXE文件并設(shè)計(jì)窗體，放置一些直線(xiàn)控件、SHAPE控件及滾動(dòng)條等。在程序中，繪制三相電流波形及利用直線(xiàn)控件對(duì)時(shí)間進(jìn)行標(biāo)記，利用SHAPE控件制作定子及轉(zhuǎn)子圖形，電流方向分別用“+”和“·”區(qū)別，電流大小用“+”和“·”的大小進(jìn)行標(biāo)示，利用SHAPE和直線(xiàn)控件制作繞組中三相電流標(biāo)記。放置一個(gè)滾動(dòng)條對(duì)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行控制，當(dāng)時(shí)間變化時(shí)，三相繞組中的電流發(fā)生變化，合成磁動(dòng)勢(shì)的方向用直線(xiàn)控件繪制的箭頭標(biāo)示。編制程序時(shí)，根據(jù)滾動(dòng)條定義的時(shí)間，計(jì)算三相電流大小及合成磁動(dòng)勢(shì)的方向，并修改電流標(biāo)記控件和合成磁動(dòng)勢(shì)方向標(biāo)記組合控件的相關(guān)參數(shù)即可。制作完畢后為一可執(zhí)行文件，在PPT上建立鏈接，教學(xué)時(shí)點(diǎn)擊相應(yīng)鏈接即可打開(kāi)EXE程序，該可執(zhí)行文件不受電腦操作系統(tǒng)、軟件版本等各種因素的干擾，操作簡(jiǎn)單、方便快捷。利用VB開(kāi)發(fā)的三相交流繞組旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)動(dòng)態(tài)程序圖如圖4示。

四、結(jié)論

教學(xué)是一個(gè)師生互動(dòng)的過(guò)程，本文以“電機(jī)學(xué)”課程為例對(duì)教學(xué)中多媒體技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)闡述和論證。結(jié)果表明，多媒體技術(shù)的靈活運(yùn)用，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，很好解決了三本院校存在的少學(xué)時(shí)、多內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)資源欠缺情況下的教學(xué)問(wèn)題，教學(xué)效果良好。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜宏偉，等.基于SolidWorks的電機(jī)結(jié)構(gòu)和繞組三維模型圖課件制作及教學(xué)應(yīng)用[J].鄭州經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，（3）：78-80.

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（責(zé)任編輯：韓曉英）