“電機(jī)與拖動基礎(chǔ)”少學(xué)時教學(xué)方法探析

陳衛(wèi)民 孫冠群 蔡慧 王穎 孫麗宏

摘要：“電機(jī)與拖動基礎(chǔ)”課程是電氣工程及其自動化專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課程之一，涉及基本概念多，相互關(guān)系復(fù)雜。根據(jù)課程少學(xué)時的前提下提出傳統(tǒng)課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法，課堂教學(xué)重視課程理論基礎(chǔ)的詳細(xì)講述，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自學(xué)和工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)。經(jīng)兩個教學(xué)周期的教學(xué)實(shí)踐表明，改進(jìn)的教學(xué)方法效果與之前的填鴨式課堂教學(xué)有明顯改善。

關(guān)鍵詞：電機(jī)與拖動;網(wǎng)絡(luò)平臺;教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）32-0087-02

隨著我國工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，企業(yè)逐漸從粗放型向集約型轉(zhuǎn)變，專業(yè)技術(shù)人才的需求量很大。然而，目前很多剛畢業(yè)的大學(xué)本科生卻難以達(dá)到企業(yè)的人才要求，因?yàn)槠髽I(yè)既希望畢業(yè)生具有較扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，又具有一定的職業(yè)技能，能夠快速融入企業(yè)，降低企業(yè)的培養(yǎng)成本。為了能適應(yīng)社會對畢業(yè)生的需求，近十年來，普通本科學(xué)校對大學(xué)的課程設(shè)置以及專業(yè)課程建設(shè)進(jìn)行了大量的探討和改革實(shí)踐，通過這些改革和實(shí)踐不但使學(xué)生能在有限的時間里掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)知識，擴(kuò)大學(xué)生的知識視野，拓寬學(xué)生的就業(yè)范圍，而且能使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中提高動手實(shí)踐能力，掌握一定的基礎(chǔ)技能。而對于“電機(jī)與拖動基礎(chǔ)”這門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，如何讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論并解決實(shí)際工程問題，本課程的教學(xué)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了相應(yīng)的教學(xué)探討和實(shí)踐。

一、課程教學(xué)實(shí)施方案

電機(jī)與拖動課程是電氣工程及其自動化課程的專業(yè)基礎(chǔ)課，知識點(diǎn)包含電場、磁場、電工以及力學(xué)等，基本概念和基礎(chǔ)理論知識多，相互之間關(guān)系復(fù)雜。掌握本課程需要大量的理論學(xué)習(xí)時間，此外，抽象的理論知識使學(xué)生難以與實(shí)際相聯(lián)系，因此，本課程的課時設(shè)置既要有充足的理論教學(xué)時間又要有一定的實(shí)踐操作學(xué)時。然而，受本學(xué)科專業(yè)總學(xué)時的限制，本課程從最初的76學(xué)時減少到48學(xué)時，實(shí)踐環(huán)節(jié)也從12學(xué)時減少到6學(xué)時。顯然，合理的課程知識點(diǎn)設(shè)置以及必要的側(cè)重點(diǎn)是本門課程建設(shè)的關(guān)鍵。

在現(xiàn)代工業(yè)中，電動機(jī)拖動負(fù)載以及電機(jī)控制等應(yīng)用非常廣泛，本課程以目前應(yīng)用中最廣泛的電機(jī)及其電力拖動為重點(diǎn)，通過課堂教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)以及實(shí)踐教學(xué)等多種方式展開。課堂教學(xué)著重電機(jī)理論知識，詳細(xì)分析電機(jī)的工作原理、設(shè)計(jì)理念、工作特性以及應(yīng)用思路。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)充分利用我校的網(wǎng)絡(luò)課件平臺，建立了基于BlackBoard平臺的課程網(wǎng)站，通過網(wǎng)絡(luò)平臺促進(jìn)學(xué)生的課外學(xué)習(xí)。實(shí)踐教學(xué)突出課程的實(shí)用性，通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)物實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)兩部分實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生對電機(jī)的應(yīng)用能力。具體的課程教學(xué)方案如圖1所示。

二、課程教學(xué)實(shí)施過程

1.課堂教學(xué)

本課程理論性強(qiáng)、概念抽象、專業(yè)特征明顯，是本專業(yè)從基礎(chǔ)理論、技術(shù)理論走向?qū)I(yè)課學(xué)習(xí)和工程應(yīng)用研究的基礎(chǔ)與紐帶，系統(tǒng)掌握本課程的理論知識是實(shí)現(xiàn)電力拖動控制的必要條件。

在現(xiàn)有的學(xué)時條件下，本課程在課堂中重點(diǎn)講述電機(jī)基本原理以及開環(huán)電力拖動原理，引導(dǎo)學(xué)生理解電機(jī)中電流、磁場以及電磁轉(zhuǎn)矩的因果關(guān)系，分析電機(jī)的各種運(yùn)行特性，使學(xué)生掌握電機(jī)與拖動的原理，為進(jìn)一步的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。比如，直流電機(jī)部分課堂中重點(diǎn)講述他勵電機(jī)的電磁原理、電機(jī)結(jié)構(gòu)以及電動機(jī)運(yùn)行特性，而對于電機(jī)用途、應(yīng)用、換向以及其他勵磁方式的電機(jī)特性等等則通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)現(xiàn)。

2.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是彌補(bǔ)課堂教學(xué)學(xué)時少的重要手段，本課程對本專業(yè)學(xué)生開放了基于Blackboard的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，該教學(xué)平臺有：多媒體課件、課程錄像、網(wǎng)絡(luò)資源、實(shí)踐教學(xué)、作業(yè)測驗(yàn)、主題討論、交流和答疑、課程建設(shè)以及教師信息等模塊。網(wǎng)絡(luò)課程平臺的教學(xué)錄像以及多媒體課件既包含了課堂教學(xué)中已上過的內(nèi)容，又包含了由于課時受限在課堂未講的其他內(nèi)容，通過這個模塊學(xué)生既鞏固已學(xué)理論知識，又可以擴(kuò)展對電機(jī)的其他方面認(rèn)識。網(wǎng)絡(luò)資源模塊包含了電機(jī)工廠制造的一些視頻、國內(nèi)知名專家的電機(jī)前沿講座視頻以及當(dāng)前熱門的電機(jī)相關(guān)論壇，這個模塊可以幫助學(xué)生感性認(rèn)識電機(jī)構(gòu)造，深化了解電機(jī)發(fā)展以及電機(jī)應(yīng)用等知識。

主題討論、交流和答疑等模塊提供一個互動平臺，該模塊是促使學(xué)生課外自主閱讀的重要手段，網(wǎng)絡(luò)互動教學(xué)流程如圖2所示。如在直流電機(jī)教學(xué)關(guān)于直流電機(jī)換向存在的問題以及改善方法，課堂教學(xué)中僅在電機(jī)結(jié)構(gòu)講述中提及，但不細(xì)述，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中教師重點(diǎn)提出該問題并給出參考文獻(xiàn)，要求每個學(xué)生能分析該問題并提出相應(yīng)改善措施，并可以發(fā)揮想象。對于這樣的問題，學(xué)生具有一定理論基礎(chǔ)后，應(yīng)該可以通過查閱文獻(xiàn)的方式解決。這種網(wǎng)絡(luò)討論既可以節(jié)省課堂教學(xué)的時間，又可以促使學(xué)生課外學(xué)習(xí)，教師也可以通過主題討論檢查學(xué)生課外學(xué)習(xí)情況。

網(wǎng)絡(luò)作業(yè)是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的補(bǔ)充。網(wǎng)絡(luò)作業(yè)不同于課堂布置的書本作業(yè)，課堂布置的書本作業(yè)其目的是要求掌握理論知識，而網(wǎng)絡(luò)作業(yè)主要是拓展學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用。比如對于直流電機(jī)的網(wǎng)絡(luò)作業(yè)，有：給定負(fù)載條件，要求選擇合適的電機(jī)，這些電機(jī)必須是網(wǎng)上可以購買到的產(chǎn)品;若要對某電力拖動系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)速，請?jiān)O(shè)計(jì)調(diào)速方案，要求畫出調(diào)速原理圖、列出設(shè)備清單以及經(jīng)費(fèi)開支。通過這些網(wǎng)絡(luò)作業(yè)能讓學(xué)生充分聯(lián)系實(shí)際，解決實(shí)際問題，也能激發(fā)他們的興趣。測驗(yàn)是學(xué)生檢驗(yàn)自身學(xué)習(xí)情況的一種途徑，也為課程考試作一些準(zhǔn)備。

3.實(shí)踐教學(xué)

實(shí)踐是提高學(xué)生職業(yè)技能的重要手段，沒有實(shí)踐始終是紙上談兵?？紤]到實(shí)驗(yàn)學(xué)時以及實(shí)驗(yàn)條件的限制，本課程實(shí)踐教學(xué)分為實(shí)驗(yàn)室實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)和MATLAB-Simulink 仿真教學(xué)。

實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)有必修實(shí)驗(yàn)和選修實(shí)驗(yàn)。必修實(shí)驗(yàn)有電機(jī)繞組繞線、直流電動機(jī)運(yùn)行特性、三相異步電動機(jī)運(yùn)行特性，選修實(shí)驗(yàn)有直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性、直流串勵電動機(jī)運(yùn)行特性、單相和三相變壓器、三相電機(jī)啟動和調(diào)速、單相交流電動機(jī)運(yùn)行、同步電動機(jī)等等。實(shí)物實(shí)驗(yàn)均有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)視頻錄像，學(xué)生若要做選修實(shí)驗(yàn)可通過實(shí)驗(yàn)室預(yù)約，然后通過網(wǎng)絡(luò)平臺上的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)錄像學(xué)習(xí)后到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

基于MATLAB的電機(jī)Simulink仿真實(shí)驗(yàn)是提高學(xué)生運(yùn)用電機(jī)的重要方法。本課程編寫了仿真實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，其內(nèi)容分為三部分：Simulink的電氣部分介紹、直流電機(jī)仿真以及交流電機(jī)仿真。直流電機(jī)仿真有：直流電動機(jī)的機(jī)械特性、啟動、制動以及調(diào)速等示例;交流電機(jī)仿真有啟動、調(diào)速等示例。學(xué)生要求在課外按照例程進(jìn)行仿真，仿真文件及結(jié)果上傳到網(wǎng)絡(luò)平臺，最后獨(dú)立然后完成一個綜合實(shí)驗(yàn)。例如，當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)了電機(jī)的啟動、制動以及調(diào)速理論后，綜合實(shí)驗(yàn)為設(shè)計(jì)一個使異步電動機(jī)能實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及點(diǎn)動等功能電力拖動控制系統(tǒng)，通過仿真驗(yàn)證所設(shè)計(jì)方案的正確性。

三、考核方法

考核是衡量學(xué)生對本課程掌握程度的必要條件，本課程的考核不同于傳統(tǒng)的課程考核方法。由于本課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是教學(xué)過程的重要部分，通過考核的辦法促進(jìn)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的動力以及通過課外電力拖動基礎(chǔ)應(yīng)用仿真可以提高學(xué)生應(yīng)用能力，因此，本課程將考核分為四部分，分別為課程試卷考核（占60%）、網(wǎng)絡(luò)討論質(zhì)量評價（占10%）、網(wǎng)絡(luò)討論與提交作業(yè)質(zhì)量（15%）以及實(shí)驗(yàn)評價（占15%）。這種考核設(shè)置可以充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性。

四、結(jié)論

本文針對本課程理論復(fù)雜、學(xué)時少的特點(diǎn)，將傳統(tǒng)的課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合，課堂教學(xué)注重理論知識講解，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生自學(xué)能力，從教學(xué)錄像、動畫演示視頻中學(xué)習(xí)，開闊學(xué)生知識視野。實(shí)踐教學(xué)中增加實(shí)物實(shí)驗(yàn)的教學(xué)視頻指導(dǎo)以及引入基于MATLAB的電力拖動應(yīng)用仿真，強(qiáng)化對課堂教學(xué)的理解。另外，從課程實(shí)際出發(fā)，提供學(xué)生的動手實(shí)踐解決實(shí)際問題的思路和方法，給學(xué)生創(chuàng)造更好的學(xué)習(xí)平臺和更多的獨(dú)立思考空間，營造良好學(xué)習(xí)氛圍，經(jīng)過2個教學(xué)周期的試驗(yàn)，教學(xué)效果與之前的填鴨式課堂教學(xué)有較大提高。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）