“電機及拖動基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革研究

李紅利， 修春波， 馬 欣

(天津工業(yè)大學(xué) 電氣工程與自動化學(xué)院， 天津 300387)

“電機及拖動基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革研究

李紅利， 修春波， 馬 欣

(天津工業(yè)大學(xué) 電氣工程與自動化學(xué)院， 天津 300387)

本文分析了“電機及拖動基礎(chǔ)”課程教學(xué)中存在的問題，針對該課程理論教學(xué)學(xué)時有限，課程內(nèi)容抽象，課程理論與實踐緊密結(jié)合的特點，對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實驗教學(xué)等進行了改革與探索。通過將虛擬仿真實驗教學(xué)平臺與實物實驗教學(xué)相結(jié)合的方法以及建立網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺手段，提高了教學(xué)效果，滿足高質(zhì)量人才培養(yǎng)的需求。

電機及拖動基礎(chǔ)；虛擬仿真實驗教學(xué)；網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺

0 引言

“電機及拖動基礎(chǔ)”課程是自動化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要傳授交直流電機原理、電力拖動系統(tǒng)、變壓器原理以及控制電機控制原理等方面的知識。本課程在專業(yè)學(xué)習(xí)中起著承上啟下的作用，具有非常重要的地位。學(xué)好該門課程，會為學(xué)習(xí)后續(xù)的“電氣傳動”、“運動控制”等課程打下必要的理論基礎(chǔ)[1]。本課程不僅理論性很強，同時涉及到大量生產(chǎn)實踐內(nèi)容[2]。例如，其中的交直流電機磁動勢的分析，以及電力拖動系統(tǒng)運行性能的分析與計算部分，內(nèi)容抽象，公式推導(dǎo)多，學(xué)生很難理解；加之受實驗學(xué)時和實驗室資源的限制，學(xué)生在實驗學(xué)時內(nèi)很難完成全部實驗內(nèi)容，無法通過實驗深入理解理論知識。

針對以上情況，本文在教師如何改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，從理論教學(xué)、實驗教學(xué)等方面進行了改革與探討。在教學(xué)過程中，建立了網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺，實現(xiàn)課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的互補。采用虛擬仿真實驗教學(xué)平臺與實物實驗教學(xué)相結(jié)合的方法，依托虛擬現(xiàn)實、多媒體等信息化技術(shù)構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境，開展實驗實踐教學(xué)，對現(xiàn)有實驗實踐教學(xué)進行補充和拓展促進教學(xué)質(zhì)量的提升。

1 提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)最重要的動力，提高學(xué)生對本課程的興趣，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，首先要上好“電機及拖動基礎(chǔ)”的第一節(jié)緒論課。緒論課介紹電機及電力施動技術(shù)的發(fā)展概況、課程的主要內(nèi)容和特點、課程的性質(zhì)和任務(wù)。為使緒論課上得生動活潑不枯燥，可以利用一些圖片、視頻資料，這些信息可以讓學(xué)生更加清楚地了解本門課程所學(xué)的內(nèi)容；此外，還需向?qū)W生介紹與本課程相關(guān)的后續(xù)課程，明確課程所起的作用和重要性。為了提高學(xué)生的興趣，緒論課甚至可以在實驗室里上，給學(xué)生展示電機實體并結(jié)合分析實際問題，讓學(xué)生體會運用工程思維和工程方法來解決問題的樂趣。

為了提高教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)效果，我們開發(fā)了多媒體網(wǎng)絡(luò)課件，改革傳統(tǒng)的教學(xué)思想觀念、教學(xué)方法、教學(xué)手段和教學(xué)管理，充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)提升本科教學(xué)效果。通過強有力的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計，增強學(xué)生的工程意識、操作技能、專業(yè)綜合素質(zhì)。在該課程的教學(xué)中，采用課堂講解與實際動手相結(jié)合，抽象的理論與具體的事物相對照，以充分調(diào)動學(xué)生積極性為目的。

2 簡化原理分析，突出重點

“電機及拖動基礎(chǔ)”所學(xué)的內(nèi)容繁多，教學(xué)學(xué)時從90學(xué)時壓縮到了60學(xué)時，根據(jù)自動化專業(yè)的特點和實際情況來選擇合理的教學(xué)內(nèi)容至關(guān)重要。根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗和后續(xù)課程的需要，以及考慮到工廠中的實際應(yīng)用，我校教研組教師對原使用的參考教材進行了精簡和改編，最后編寫了《電機及拖動基礎(chǔ)》精簡教材供教學(xué)使用[3,4]。

課堂教學(xué)中，以課程知識應(yīng)用為目標，采用啟發(fā)式教學(xué)、鼓勵學(xué)生自學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。貫徹少而精的原則，精選教學(xué)內(nèi)容，精講多練。教材中的電機的基本結(jié)構(gòu)中，電機繞組是非常難理解的，但它卻是理解電機工作原理的基礎(chǔ)。因此，針對此章內(nèi)容，特別通過短片視頻的方法，用實物動態(tài)模型來增加學(xué)生的感性認識。對于交流電動機，由于和變壓器的原理有很多相似的內(nèi)容，可以與變壓器結(jié)合起來講授。在具體教學(xué)過程中，注重師生的互動，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)與教師的科研內(nèi)容緊密聯(lián)系起來[5,6]。教師結(jié)合科研項目，將更多具體的實踐知識帶入課堂教學(xué)，提升學(xué)生對本課程的興趣，鼓勵學(xué)生將所學(xué)知識運用到科研實踐中去，實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)理念。

3 建立虛擬仿真實驗教學(xué)平臺

“電機及拖動基礎(chǔ)” 課程十分注重理論與實際相結(jié)合，因此要通過實驗加強學(xué)生的實踐能力。本課程的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)共有8個學(xué)時，4個實驗，基本能滿足本課程的實驗教學(xué)需要。實驗由任課教師和實驗教師共同負責(zé)。實驗教學(xué)是在理論的指導(dǎo)下，通過引導(dǎo)學(xué)生主動實踐、驗證所學(xué)知識，達到提高綜合素質(zhì)的教學(xué)目的，因此，實驗教學(xué)將實驗分為基礎(chǔ)驗證性實驗和綜合設(shè)計性實驗二個層次。

在學(xué)生實驗的過程中，發(fā)現(xiàn)存在部分學(xué)生實驗預(yù)習(xí)不夠充分的問題，對于綜合設(shè)計性實驗，部分學(xué)生并不能在規(guī)定的2個學(xué)時內(nèi)完成實驗。為了解決這一問題。教研組建立了“電機及拖動基礎(chǔ)”虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，通過平臺提供的虛擬設(shè)備，模擬實驗室設(shè)備環(huán)境。學(xué)生可使用個人電腦，通過該平臺完成面向生產(chǎn)實際且體現(xiàn)專業(yè)先進技術(shù)的綜合性實驗，達到代替學(xué)生實物實驗的效果，提升了學(xué)生在工業(yè)生產(chǎn)控制及相關(guān)領(lǐng)域的實踐和創(chuàng)新應(yīng)用能力。實現(xiàn)校內(nèi)教學(xué)與生產(chǎn)現(xiàn)場的“無縫連接”，平臺具有開拓學(xué)生思維、開發(fā)學(xué)生能力和探索未知的功能，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)專業(yè)人才提供實踐訓(xùn)練條件。該虛擬仿真實驗教學(xué)平臺如圖1所示。

圖1 “電機及拖動基礎(chǔ)”虛擬仿真實驗教學(xué)平臺

4 建立課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)輔助平臺

采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與課堂教學(xué)互補，建立了“電機及拖動基礎(chǔ)”課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺如圖2所示。

圖2 “電機及拖動基礎(chǔ)”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺

教師將教學(xué)大綱、電子教案、配套實驗、多媒體課件、配套練習(xí)、參考資料、課堂作業(yè)等電子資源上傳到網(wǎng)絡(luò)平臺，方便學(xué)生下載學(xué)習(xí)。通過網(wǎng)絡(luò)聊天室可完成師生、學(xué)生互動，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)討論和答疑等功能。通過該網(wǎng)絡(luò)教學(xué)輔助平臺，為學(xué)生學(xué)習(xí)“電機及拖動基礎(chǔ)”課程提供了更充裕的時間和空間。

5 結(jié)語

近5年來，通過在“電機及拖動基礎(chǔ)”課程教學(xué)

過程中進行的探索和改革，我們收獲了良好的教學(xué)效果。這些探索與改革以學(xué)生為中心，推動了學(xué)生進行由基礎(chǔ)到提高，再到創(chuàng)新能力的培養(yǎng)過程。

“電機及拖動基礎(chǔ)”課程的教學(xué)改革的下一步還需將理論與實踐進一步有機結(jié)合，針對專業(yè)的特點增加與專業(yè)密切相關(guān)的綜合實驗，讓學(xué)生更早更多的接觸到實際生產(chǎn)過程，提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

[1] 孫靜, 雷鵬. 電機拖動系統(tǒng)的虛擬動態(tài)展示設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報, 2013, 35(1):93-95

[2] 史敬灼. “電機智能控制”課程的實例教學(xué)探索[J]. 南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報, 2012, 34(1):21-22

[3] 顧繩谷主編. 電機及拖動基礎(chǔ)(第4版)[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2007年10月

[4] 修春波, 陳亞光主編. 電機及拖動基礎(chǔ)[M]. 北京: 中國電力出版社, 2015年9月

[5] 秦海鴻，王曉琳，黃文新，朱學(xué)忠. “電機學(xué)”課程教學(xué)改革研究[J]. 南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報, 2014, 36(4):36-38

[6] 張 輝，鄧先明，嚴正藩. “電機與拖動基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革探索[J]. 南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報, 2016, 38(1):32-35

Research on the Teaching Reform of Electric Machines and Drives Course

LI Hong-li, XIU Chun-bo, MA Xin

(SchoolofElectricalEngineeringandAutomation，TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300387,China)

In this paper, the problems in the teaching of Electric Machines and Drives course are analyzed. With features of restricted class hours, abstract course contents and close relation between theory and practice, the reform and research are carried out with respect to teaching contents of the course, teaching methods and experimental teaching. The teaching effects are improved by the combination of virtual simulation experiment teaching and object experimental teaching, along with network-aided teaching platform. The need of high quality talent cultivation is met.

electric machines and drives; virtual simulation experiment teaching; network aided teaching platform

2016-09-12;

2016-11- 21

李紅利(1978-)，男，博士，副教授，主要從事電機及拖動基礎(chǔ)教學(xué)、神經(jīng)信息的非線性動力學(xué)分析研究工作，E-mail：lihongliln@163.com

G642.0

A

1008-0686(2017)04-0073-03