知識(shí)元法在電機(jī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用探討*

趙鐵英　王玉梅（河南理工大學(xué)電氣學(xué)院，河南焦作454000）

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知識(shí)元法在電機(jī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用探討*

趙鐵英王玉梅
（河南理工大學(xué)電氣學(xué)院，河南焦作454000）

摘要：電氣專業(yè)電機(jī)學(xué)課程知識(shí)點(diǎn)多、涉及面廣，學(xué)生不好理解，給課堂教學(xué)帶來了一定的困難。通過總結(jié)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，將知識(shí)元法引入教學(xué)中，對(duì)電機(jī)學(xué)中知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分解，通過知識(shí)元之間的相互鏈接構(gòu)成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，從整體上揭示出各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的相互聯(lián)系關(guān)系，為電氣類專業(yè)課程的教學(xué)改革進(jìn)行了有益的探索。

關(guān)鍵詞：知識(shí)元；電機(jī)學(xué)；教學(xué)改革

王玉梅（1963-），女，河南輝縣人，河南理工大學(xué)電氣學(xué)院，教授。

Abstract:Electromechanics is one of the most important professional courses in Electric major. It has numerous knowledge points and covers a wide range，so it is very difficult for the students to understand，which brings certain difficulties in classroom teaching. Thus the course group introduces Knowledge Element into daily teaching through a summary of teaching experiences. Each knowledge point in Electromechanics is disassembled into some knowledge elements. It can constitute a knowledge network through the interlinking among knowledge elements and reveal interrelationship in every knowledge element as a whole，which makes some beneficial explorations to the teaching reforms in courses of Electric major.

Keywords:knowledge element；electromechanics；teaching reforms

“電機(jī)學(xué)”是電氣專業(yè)必學(xué)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容廣知識(shí)點(diǎn)多，涉及電路、磁路部分，學(xué)習(xí)中需要用到“電路、電磁場(chǎng)”等前邊課程知識(shí)，同時(shí)“電機(jī)學(xué)”與后續(xù)課程聯(lián)系緊密，如“電力系統(tǒng)分析、電機(jī)與拖動(dòng)”等課程，都用到“電機(jī)學(xué)”學(xué)習(xí)的內(nèi)容，所以其在電氣專業(yè)教學(xué)中的地位尤其重要。但是“電機(jī)學(xué)”課程中知識(shí)點(diǎn)多，理論性強(qiáng)，內(nèi)容抽象難以理解，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)、老師講授時(shí)都遇到了很多的困難，授課效果不理想，學(xué)生學(xué)習(xí)后往往只學(xué)會(huì)單個(gè)孤立的知識(shí)點(diǎn)，很難做到前后連貫，往往是只見樹木不見森林，一葉障目，只知道電機(jī)學(xué)書本中的問題，不會(huì)相互聯(lián)系，難以做到前后知識(shí)的連貫，更不能做到融會(huì)貫通，影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。所以文章結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，將“知識(shí)元法”引入電機(jī)學(xué)教學(xué)中，并進(jìn)行了一定的實(shí)踐探索。

圖1　知識(shí)元鏈接示意圖

一、知識(shí)元法簡(jiǎn)介

（一）知識(shí)元

知識(shí)元是數(shù)據(jù)庫中常用到的一個(gè)概念。所謂知識(shí)元，是指不可再分割的具有完備知識(shí)表達(dá)的知識(shí)單位。從類型上分，包括概念知識(shí)元、事實(shí)知識(shí)元和數(shù)值型知識(shí)元等。

知識(shí)是人們對(duì)客觀事物及其發(fā)展規(guī)律的一種準(zhǔn)確描述，知識(shí)本身可以用文字給出一個(gè)簡(jiǎn)潔明確的描述，這種描述在數(shù)據(jù)庫中可以作為一種知識(shí)信息元素，即知識(shí)元。知識(shí)元就是一個(gè)知識(shí)的完整描述，是知識(shí)表達(dá)的一個(gè)最小完整單位［1，2］。知識(shí)元之間通過內(nèi)在的相互關(guān)系，聯(lián)系成新的知識(shí)體系，組成各種知識(shí)，其鏈接方式如圖1所示。

由此可見，知識(shí)元具有以下特點(diǎn)：（1）知識(shí)元是描述知識(shí)的最小單位；（2）知識(shí)元是有一定結(jié)構(gòu)的；（3）各個(gè)知識(shí)元通過一定的關(guān)系連接在一起，通過知識(shí)元鏈接搜索，可以聯(lián)系其他的知識(shí)元。

（二）知識(shí)元法在教學(xué)中應(yīng)用的可行性

“電機(jī)學(xué)”中有很多的知識(shí)點(diǎn)抽象難以理解，即使學(xué)生理解了單個(gè)的知識(shí)點(diǎn)，卻無法完全掌握這些知識(shí)并進(jìn)行應(yīng)用，更無法找到這些知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，這樣直接影響了后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。

知識(shí)元法就是采用“化整為零”的方法，利用知識(shí)元的特點(diǎn)，對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行分割，將知識(shí)分解為一個(gè)個(gè)的知識(shí)元，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)，首先學(xué)會(huì)每個(gè)知識(shí)元所表達(dá)的知識(shí)，然后根據(jù)知識(shí)元之間的鏈接關(guān)系，掌握整個(gè)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)“由此及彼”、“由點(diǎn)到面”的學(xué)習(xí)過程。

二、知識(shí)元法在“電機(jī)學(xué)”教學(xué)中的應(yīng)用

“電機(jī)學(xué)”所選用的教材一般都由若干章節(jié)組成，每個(gè)章節(jié)包涵相關(guān)聯(lián)的若干個(gè)知識(shí)點(diǎn)，通過把這些知識(shí)點(diǎn)分解成知識(shí)元，然后按照知識(shí)元鏈接關(guān)系，組合成知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)。采用知識(shí)元法有利于選擇最佳教學(xué)方法，使知識(shí)系統(tǒng)化，從而有利于學(xué)生找到各知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的主體作用和教師在教學(xué)活動(dòng)中的主導(dǎo)作用。

（一）知識(shí)元的劃分確定

知識(shí)元是知識(shí)的最小單位，所以正確的設(shè)定知識(shí)元是知識(shí)元法教學(xué)的關(guān)鍵。在“電機(jī)學(xué)”教學(xué)過程中，我們根據(jù)教材各章節(jié)的論述，找出每小節(jié)的關(guān)鍵內(nèi)容，提煉出1-2個(gè)知識(shí)元，對(duì)這些知識(shí)元進(jìn)行詳細(xì)講述，重點(diǎn)使學(xué)生能夠掌握單個(gè)知識(shí)元所表達(dá)的含義。若干個(gè)知識(shí)元組成每小節(jié)的知識(shí)點(diǎn)，再進(jìn)一步組成每個(gè)章節(jié)的內(nèi)容［3］。

（二）知識(shí)元的相互鏈接

當(dāng)學(xué)生掌握單個(gè)知識(shí)元后，根據(jù)知識(shí)元鏈接關(guān)系圖，由已知知識(shí)元出發(fā)，逐漸向四周擴(kuò)展，學(xué)習(xí)與之相聯(lián)系的新知識(shí)元，最后形成一個(gè)完整的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)［4，5］。以“電機(jī)學(xué)”為例，“電機(jī)學(xué)”中同步電機(jī)部分，根據(jù)同步機(jī)的結(jié)構(gòu)不同，可以分為凸極式和隱極式同步電機(jī)，然后應(yīng)用前邊學(xué)過的磁路、電路基本定律，可以分析推導(dǎo)出隱極式同步機(jī)的電壓方程，畫出等效電路和相量圖；應(yīng)用磁路的歐姆定律和不同材料的鐵磁性能進(jìn)行分析，可知凸極式電機(jī)d軸、q軸方向上氣隙不均勻，沿d軸、q軸方向磁阻不同，需要用雙反應(yīng)理論，將電樞磁場(chǎng)分解到d軸、q軸方向，再進(jìn)行分析，得到凸極式電機(jī)的電壓方程、相量圖等，由此得到凸極式電機(jī)的d軸、q軸同步電抗和其他參數(shù)，繪出隱極式、凸極式同步機(jī)的等效電路。這是一個(gè)各知識(shí)元依次推導(dǎo)的過程，由前一個(gè)知識(shí)元推導(dǎo)出后邊的知識(shí)元點(diǎn)，其知識(shí)元鏈接推導(dǎo)如圖2所示。

“電機(jī)學(xué)”中很多內(nèi)容與其他課程聯(lián)系緊密，采用知識(shí)元法可以明白清楚的顯示出“電機(jī)學(xué)”中內(nèi)容與其他課程之間的聯(lián)系。例如電氣專業(yè)另一門重要的基礎(chǔ)課——“電力系統(tǒng)分析”，其中許多內(nèi)容都與“電機(jī)學(xué)”密切相關(guān)，直接應(yīng)用了“電機(jī)學(xué)”的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。以同步機(jī)突然短路的暫態(tài)過程為例，首先用到的知識(shí)就是“電機(jī)學(xué)”中學(xué)過的同步機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，由其基本結(jié)構(gòu)、定轉(zhuǎn)子繞組位置關(guān)系，可以列出同步機(jī)的定轉(zhuǎn)子之間磁鏈與電勢(shì)、電壓的原始方程，實(shí)現(xiàn)由“電機(jī)學(xué)”中一個(gè)已知的知識(shí)元“同步機(jī)基本結(jié)構(gòu)”鏈接電力系統(tǒng)分析中知識(shí)元“同步電機(jī)基本方程”的過程。學(xué)生在學(xué)習(xí)“電力系統(tǒng)分析”的過程中，首先從同步機(jī)結(jié)構(gòu)出發(fā)，分析推導(dǎo)出基本方程；然后根據(jù)定轉(zhuǎn)子上繞組位置關(guān)系，分析定轉(zhuǎn)子之間電感系數(shù)，得到結(jié)論除轉(zhuǎn)子上各繞組的自感、互感為常數(shù)外，其他繞組間的電感系數(shù)均為變量；為了解決磁鏈方程中的變系數(shù)電感，采用了電機(jī)中的雙反應(yīng)理論，將電樞次磁動(dòng)勢(shì)進(jìn)行分解，同時(shí)采用帕克變換，對(duì)定子電流也進(jìn)行分解，將a、b、c三相坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為d、q、0兩相坐標(biāo)系，推導(dǎo)出同步電機(jī)的基本方程，其知識(shí)元相互鏈接如圖3所示。

圖2　同步機(jī)知識(shí)元鏈接圖

圖3　電機(jī)學(xué)與電力系統(tǒng)分析知識(shí)元鏈接示意圖

（三）課后總結(jié)

完成課堂教學(xué)后，及時(shí)對(duì)課堂教學(xué)中的知識(shí)元鏈接進(jìn)行總結(jié)，使學(xué)生能夠從一定高度上對(duì)所學(xué)的知識(shí)有個(gè)整體認(rèn)識(shí)，掌握知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系規(guī)律，不斷拓展知識(shí)面，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)；教師從學(xué)生反饋的問題中也可以考查教學(xué)中哪些方面還有不足，從而不斷改進(jìn)教學(xué)方法，獲得更好的教學(xué)效果。

三、結(jié)束語

采用知識(shí)元法對(duì)“電機(jī)學(xué)”中的基本知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分解，利用知識(shí)元鏈接揭示出不同知識(shí)點(diǎn)之間的相互聯(lián)系規(guī)律，使學(xué)生有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，便于學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)之間的相互聯(lián)系，最終形成一個(gè)完整的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。教學(xué)實(shí)踐表明，采用該方法有助于學(xué)生快速、扎實(shí)掌握“電機(jī)學(xué)”的基本理論，同時(shí)理解電機(jī)學(xué)與其他課程之間的聯(lián)系，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2096-000X（2016）10-0116-02

*基金項(xiàng)目：河南理工大學(xué)博士基金（項(xiàng)目編號(hào)：60807/008）；河南理工大學(xué)2015年校級(jí)教改項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：672307/070）

作者簡(jiǎn)介：趙鐵英（1977-），女，河南焦作人，河南理工大學(xué)電氣學(xué)院，講師。