應用型專業(yè)轉(zhuǎn)型背景下電機及拖動基礎教學的改革研究

楊民生　李建英

摘要：電機及其拖動基礎是自動化及相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)基礎課程，課程內(nèi)容與實際應用聯(lián)系緊密，在課程的教學過程中，如何對課程的教學內(nèi)容進行有機融合，增強課程內(nèi)容之間的有機聯(lián)系，并強化其應用性，為應用型專業(yè)轉(zhuǎn)型提供課程建設方面的支持，論文進行了相關(guān)的探討。

關(guān)鍵詞：電機及拖動基礎；應用型專業(yè)；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）41-0108-02

電機及拖動基礎作為自動化專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的一門基礎性專業(yè)主干課程，在自動化、電氣工程及其自動化、建筑電氣與智能化等專業(yè)的人才培養(yǎng)過程中發(fā)揮非常重要的作用。傳統(tǒng)的教學過程及教學模式今生學生對相關(guān)理論知識的掌握，忽視了對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要中提出：我國正處在改革發(fā)展的關(guān)鍵階段，經(jīng)濟發(fā)展方式加快轉(zhuǎn)變，高等院校要優(yōu)化結(jié)構(gòu)辦出特色，重點擴大應用型、復合型、技能型人才培養(yǎng)規(guī)模。為響應國家的高等教育改革政策，作者所在的高校作為湖南省首批進行應用型轉(zhuǎn)型試點的兩所高校之一，大力推進學校向應用技術(shù)方向轉(zhuǎn)型發(fā)展。為響應學校號召，本文結(jié)合對自動化專業(yè)電機及拖動基礎課程多年的教學經(jīng)驗，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的應用型人才為培養(yǎng)目標，發(fā)揮學生學習的主觀能動性，培養(yǎng)學生解決工程實際問題的能力，對電機及拖動基礎課程的教學內(nèi)容、教學方法與手段進行改革研究。

一、電機及拖動基礎課程特點分析

電機及拖動基礎是我校自動化專業(yè)、建筑電氣與智能化專業(yè)的專業(yè)基礎課程，屬于專業(yè)必修課程。在當前版本的人才培養(yǎng)方案中，其理論課時為50學時，實驗課時22學時，理論與實驗獨立考核。從教學內(nèi)容上看，該課程以《電路原理》、《大學物理》為先修課程，后續(xù)課程包括《計算機控制系統(tǒng)》、《運動控制系統(tǒng)》，電機及拖動基礎課程涉及到電路原理、磁路理論、電磁力學等，授課內(nèi)容多，教學內(nèi)容中包含一些較為抽象的概念，如磁路基本原理、磁動勢、電磁力、電磁感應、感應電動勢等等，學生的理解難度大；課程內(nèi)容包括電機學原理及電力拖動兩大內(nèi)容板塊，相關(guān)內(nèi)容的相互銜接較為松散。

二、調(diào)整優(yōu)化理論教學內(nèi)容，突出工程應用的課程教學體系

電機作為電能與機械能之間的轉(zhuǎn)換設備，在當前的社會生產(chǎn)與生活中占有重要的地位，是現(xiàn)代化生產(chǎn)活動中最主要及最廣泛使用的動力設備，在國家大力推進應用型專業(yè)教育的轉(zhuǎn)型及重視對學生開展工程實踐能力培養(yǎng)的基本方針下，根據(jù)用人企業(yè)的實際需求，結(jié)合學校對專業(yè)人才的培養(yǎng)目標，即培養(yǎng)能為地方經(jīng)濟建設服務的應用型高級工程技術(shù)人才，對課程的教學大綱進行修訂。按照對專業(yè)人才的培養(yǎng)目標，對理論教學內(nèi)容體系進行調(diào)整，對相關(guān)知識點進行分類，對教學內(nèi)容授課時數(shù)及授課重點進行規(guī)劃，突出對學生工程應用能力及實踐能力的培養(yǎng)，實現(xiàn)與企業(yè)的需求及行業(yè)資格考試內(nèi)容的合理銜接。如直流電機的原理與組成結(jié)構(gòu)部分的教學，對于直流電機的繞組結(jié)構(gòu)及分布內(nèi)容進行壓縮，只需要介紹磁極對數(shù)及極距兩個基本物理概念；對直流電動機的轉(zhuǎn)動原理進行較詳細的分析，而對電樞反應及直流電機的換向等內(nèi)容，不對其產(chǎn)生原因進行深入分析，而只簡單介紹換向不良產(chǎn)生的危害，電樞反應的影響，將理論分析困難的內(nèi)容進行壓縮，突出對工程應用能力的培養(yǎng)。

在電機及拖動系統(tǒng)的整體教學內(nèi)容中，包括直流電機基本原理、變壓器基本原理、交流電機原理、交流電機拖動系統(tǒng)等內(nèi)容。在常用的經(jīng)典教材中，章節(jié)順序按直流電機的結(jié)構(gòu)及原理、變壓器、交流電機的基本結(jié)構(gòu)及原理、直流電機拖動系統(tǒng)、交流電機拖動系統(tǒng)等章節(jié)內(nèi)容編排，在教學執(zhí)行過程中，如遵循按章節(jié)順序進行教學的常規(guī)思路，即先講述直流電機結(jié)構(gòu)及原理、變壓器、交流電機的原理及結(jié)構(gòu)，再講述電機拖動系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，則教學內(nèi)容會出現(xiàn)銜接問題，學生在學完交流電機的結(jié)構(gòu)及原理部分內(nèi)容后，對直流電機的相關(guān)原理內(nèi)容已經(jīng)出現(xiàn)了部分遺忘的情況，此時再講述直流電機拖動內(nèi)容，需要安排不少的時間對前面的運行原理部分的內(nèi)容進行復習。對教學內(nèi)容及教學順序進行合適的調(diào)整，將直流電機的拖動內(nèi)容安排到直流電機的結(jié)構(gòu)與原理之后，將交流電機的拖動內(nèi)容安排到交流電機的基本原理之后進行講授，將整個課程的教學內(nèi)容分成三大板塊，即直流電機及其拖動系統(tǒng)，變壓器，交流電機及其拖動系統(tǒng)。在教學過程中，講授了相關(guān)的電機原理之后即開始講授電機拖動系統(tǒng)，通過相應的電機拖動系統(tǒng)的實際應用案例強化對電機結(jié)構(gòu)及運行原理的理解。

隨著電力電子變流技術(shù)的發(fā)展，交流電機目前占據(jù)電機應用領域的主導地位，直流電機因為體積大、價格高，其市場占比逐步降低，但在一些對調(diào)速性能要求高的場合具有不可替代性，結(jié)合當前電機及其拖動系統(tǒng)在行業(yè)中的應用狀況，對電機及拖動系統(tǒng)課程的整體教學課時進行分配，突出交流電機及拖動系統(tǒng)在整個課程體系中的核心地位，適當對直流電機及拖動系統(tǒng)的部分不常用的理論內(nèi)容如繞組分布等教學內(nèi)容進行刪減。

三、采用多種教學方法，教學過程中面向?qū)嶋H應用，提升教學效果

電機及拖動課程涉及到電學、磁學、動力學、熱力學等多門學科，電機拖動系統(tǒng)與實踐聯(lián)系密切，其先修課程主要包括電路理論、大學物理，課程中抽象性的概念內(nèi)容較多，為了提高學生學習的積極性及學習效率，在教學過程中需要用到多種教學方法，善于運用對比教學法，如電路與磁路理論的關(guān)聯(lián)性強，并存在很強的對應關(guān)系，如表1所示，通過學生所熟悉的電路參數(shù)及歐姆定律，引導學生理解磁路的基本特性及磁路歐姆定律。

對重要及基礎的概念，在講述時既要做好基礎知識的鋪墊，又要做好知識點的凝練與歸納，要做到深入淺出，如直流電機的基本運行原理，涉及到能量的變換、電磁力學、運動力學等多個知識點，在電機的起動過程中，內(nèi)部磁場、通電的電樞導體、電刷與換向片三個要素缺一不可。對知識點進行歸納時，根據(jù)電動機運行的三要素，總結(jié)出電機運行原理性口訣：電生磁；電磁生力；變磁生電。電生磁，即電機運行過程中，依靠勵磁電流產(chǎn)生氣隙磁動勢，形成空載內(nèi)部磁場（運行要素一）；電磁生力，指載流導體在磁場中受到電磁力的作用（運行要素二）；變磁生電，即電樞繞組內(nèi)的磁通變化時在繞組內(nèi)部產(chǎn)生感應電動勢，完成電動機的能量轉(zhuǎn)換任務（將電能轉(zhuǎn)換為機械能）。結(jié)合電動機的電刷與換向器結(jié)構(gòu)（運行要素三），歸納總結(jié)出電機在運行過程中的電磁關(guān)系及連續(xù)旋轉(zhuǎn)的基本要素。在后續(xù)的教學過程中，對相關(guān)的知識點進行放射式展開，如勵磁方式知識點的講授，可先復習直流電機運行的三基本要素，指明內(nèi)部磁場屬于直流電機連續(xù)運行的三個基本條件之一，隨后則可引出電機的勵磁方式，指明內(nèi)部磁場的必要性及內(nèi)部磁場形成的技術(shù)手段，形成課程知識點的發(fā)散及串聯(lián)。

將相關(guān)的工程應用案例情景引入到課堂中，通過對案例的調(diào)查、閱讀、思考、分析、討論和交流等活動，加深對基本原理和概念的理解，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。在電動機的運動方程平衡部分，有轉(zhuǎn)矩平衡公式：Te-TL=J■，在進行公式的深入分析之前，需要對電磁轉(zhuǎn)矩、負載轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速正方向的定義，并根據(jù)公式確定系統(tǒng)運動的平衡狀態(tài)、過渡狀態(tài)，隨后引入負載轉(zhuǎn)矩特性分析內(nèi)容，對不同負載的轉(zhuǎn)矩特性進行分析，按照恒轉(zhuǎn)矩負載、通風機類負載、恒功率負載三類分析負載轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，在分析過程中，對于不同的負載，可結(jié)合專業(yè)的實際情況引入對應的實際生產(chǎn)機械圖片，增強學生對課程的興趣。

在對電機的基本運行原理及調(diào)速知識有了一定掌握之后，教師可結(jié)合專業(yè)定位情況，挑選一些實際應用中的相關(guān)案例，使得學生加深對課程理論知識的理解，同時能應用所學知識，并在教師的引導下對相關(guān)專業(yè)知識進行創(chuàng)新應用。比如結(jié)合目前國內(nèi)電動助力車及電動摩托車等旺盛的市場需求與銷售情況，給學生提供一款用于電動摩托車的直流電機的銘牌數(shù)據(jù)，讓學生根據(jù)銘牌數(shù)據(jù)回答問題：降低電樞電壓時電動機的瞬時轉(zhuǎn)速及電樞電流數(shù)據(jù)是多少？穩(wěn)定后有何變化（負載不變）？直流電動機的調(diào)速方式怎樣實現(xiàn)？調(diào)速過程中能量損耗及能量轉(zhuǎn)換關(guān)系有何變化？通過回答上述問題，使學生學會應用相關(guān)知識分析解決實際工程問題。在此基礎之上，可進一步拓展學生解決應用問題的能力，載人用的輕便電動自行車與主要用于載貨運輸用的“爬坡王”電動車的電機在選型上應該注重哪些方面的參數(shù)區(qū)別？對一些學習能力強的學生，則可繼續(xù)引導：為了提升一次充電的行駛里程，可否將回饋制動應用于電動自行車？并指導其設計一些小型的驗證性實驗裝置。通過以上的教學過程，將課程的理論教學與實際應用緊密聯(lián)系，增加學生學習的興趣，提升學生解決實際工程問題的能力。

四、結(jié)論

電機及拖動基礎課程是自動化及相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，與實際應用聯(lián)系緊密，為滿足專業(yè)人才培養(yǎng)向應用型轉(zhuǎn)型的需求，在新的培養(yǎng)體制下，將專業(yè)課程的教學內(nèi)容進行有機整合，采用多種教學方法與手段，打造重點突出、與應用密切結(jié)合的課程內(nèi)容體系，增強學生學習的興趣，提升學生運用相關(guān)知識解決實際工程問題的能力，經(jīng)過實際的教學試驗，驗證了改革的課程教學比常規(guī)教學效果顯著提升。

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