老課程走新路，三個(gè)轉(zhuǎn)型提升“電機(jī)學(xué)”教學(xué)水平

摘 要：“電機(jī)學(xué)”是電氣類專業(yè)的基礎(chǔ)課，在高校工科教學(xué)中是一門老課程。在科技發(fā)展進(jìn)入新時(shí)代的當(dāng)下，電機(jī)作為傳動(dòng)和控制的元器件，隨著自動(dòng)化機(jī)器人等學(xué)科的快速發(fā)展，“電機(jī)學(xué)”的重要性沒(méi)有降低。為了更好地完成“電機(jī)學(xué)”的教學(xué)工作，本文從加強(qiáng)電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)和圖片教學(xué)、深化電機(jī)參數(shù)認(rèn)識(shí)、利用可變電源和智能化控制三個(gè)方面，展望“電機(jī)學(xué)”課程教學(xué)的轉(zhuǎn)型工作。

關(guān)鍵詞：電機(jī)學(xué)；教學(xué)轉(zhuǎn)型；提升水平

在外面旅游時(shí)，在景點(diǎn)時(shí)常可以看見(jiàn)水車在轉(zhuǎn)動(dòng)，這是人們最初利用水力服務(wù)于勞作的勞動(dòng)工具，現(xiàn)在已進(jìn)化發(fā)展為主要能源設(shè)備之一的水力發(fā)電機(jī)組。目前社會(huì)，科技發(fā)展進(jìn)入新時(shí)代，機(jī)器人的使用正以前所未有的速度在發(fā)展，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)進(jìn)步，使得電機(jī)作為傳動(dòng)和控制的元器件，越來(lái)越多地被使用在生產(chǎn)制造和人民生活之中。

“電機(jī)學(xué)”是電氣類專業(yè)的基礎(chǔ)課，在高校工科教學(xué)中是一門老課程，湯蘊(yùn)璆教授編著的國(guó)家級(jí)教材，已到第5版第8次印刷。電機(jī)作為傳動(dòng)和控制的元器件，隨著自動(dòng)化機(jī)器人等學(xué)科的快速發(fā)展，“電機(jī)學(xué)”的重要性沒(méi)有降低。

為了提高“電機(jī)學(xué)”的教學(xué)水平，本文提出以下三個(gè)方面的教學(xué)轉(zhuǎn)型工作。

1 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)和圖片教學(xué)，提升學(xué)生感性認(rèn)識(shí)

針對(duì)過(guò)去在學(xué)生學(xué)習(xí)中存在的死記硬背、機(jī)械訓(xùn)練等以接受性學(xué)習(xí)為主的狀況，采用融“教、學(xué)、做”為一體的教學(xué)模式，以能力培養(yǎng)為根本，以提高學(xué)生綜合素質(zhì)為目標(biāo)，倡導(dǎo)在教學(xué)過(guò)程中采用發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)、自主探究學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)等新的學(xué)習(xí)方式。在這樣的背景下，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的親歷和體驗(yàn)、強(qiáng)調(diào)直接經(jīng)驗(yàn)在學(xué)生學(xué)習(xí)和發(fā)展中的作用、強(qiáng)調(diào)學(xué)生問(wèn)題意識(shí)的培養(yǎng)和探究能力的發(fā)展等在運(yùn)用教學(xué)方法進(jìn)行活動(dòng)時(shí)的重要內(nèi)容和顯著特點(diǎn)[1]。改變現(xiàn)行本科教育重理論輕實(shí)踐的現(xiàn)象，大幅提升“電機(jī)學(xué)”實(shí)驗(yàn)課與理論課的比例，到1∶2，教、學(xué)和做相互協(xié)調(diào)。在電機(jī)實(shí)驗(yàn)室里，學(xué)生可以仔細(xì)觀察單相變壓器、三相變壓器、直流電機(jī)、交流電機(jī)的銘牌結(jié)構(gòu)。通過(guò)同步交流電機(jī)和異步交流電機(jī)轉(zhuǎn)速差異，引導(dǎo)學(xué)生分清兩種主要的交流電機(jī)。糾正部分學(xué)生一手拿實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，一手做實(shí)驗(yàn)的不良習(xí)慣，要求學(xué)生做強(qiáng)電實(shí)驗(yàn)時(shí)，一定要課前預(yù)習(xí)，熟悉具體操作程序，提高實(shí)驗(yàn)成功的幾率。

“電機(jī)學(xué)”課程教學(xué)中，結(jié)合學(xué)生在電機(jī)廠認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和電機(jī)實(shí)驗(yàn)室里得到的感性認(rèn)識(shí)，把相關(guān)的電機(jī)圖片播放出來(lái)，針對(duì)各部件進(jìn)行詳細(xì)解說(shuō)。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行仔細(xì)的思考，并給學(xué)生相應(yīng)的思考時(shí)間，針對(duì)學(xué)生進(jìn)行積極思考之后不懂的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行提問(wèn)，進(jìn)而引出電機(jī)相關(guān)參數(shù)的物理意義，強(qiáng)調(diào)電機(jī)的幾何、物理參數(shù)與物理概念之間的對(duì)應(yīng)。

2 結(jié)合電機(jī)電磁場(chǎng)分布，深化電機(jī)參數(shù)認(rèn)識(shí)

由于目前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)與電磁場(chǎng)數(shù)值解法的飛速發(fā)展，“電機(jī)學(xué)”理論也隨之發(fā)展，教材的內(nèi)容也應(yīng)根據(jù)當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀不斷更新。教學(xué)過(guò)程中應(yīng)根據(jù)本課程的特點(diǎn)，精心選擇教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)補(bǔ)充新的知識(shí)點(diǎn)，使教學(xué)內(nèi)容與該領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)同步，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

常規(guī)電機(jī)是以磁場(chǎng)為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的媒介，把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽蛘叻粗?，把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。電機(jī)的氣隙主磁場(chǎng)和各相繞組的漏磁場(chǎng)，是學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中要碰到的一個(gè)難點(diǎn)，又是“電機(jī)學(xué)”課程教學(xué)繞不過(guò)去的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

近年來(lái)，電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的仿真平臺(tái)不斷深入發(fā)展，在講授“電機(jī)學(xué)”時(shí)，就可以借用ANSYS等平臺(tái)計(jì)算各種電機(jī)電磁場(chǎng)，把圖像和波形曲線提取出來(lái)，舉一些實(shí)例說(shuō)明，如氣隙主磁場(chǎng)、槽部漏磁場(chǎng)等例子，將理論和虛擬現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，給學(xué)生以具體的目標(biāo)對(duì)象，而不是純理論的感覺(jué)，這樣能激發(fā)學(xué)生的興趣。接著把電磁場(chǎng)的虛擬現(xiàn)實(shí)與電機(jī)的數(shù)學(xué)模型相對(duì)應(yīng)，應(yīng)用于電機(jī)學(xué)中電機(jī)起動(dòng)和運(yùn)行問(wèn)題的理論分析，由低到高地循序漸進(jìn)，有利于學(xué)生的理解和掌握。

3 了解直流可調(diào)電源和變頻器的使用，強(qiáng)調(diào)現(xiàn)代電機(jī)的可控性

電機(jī)出現(xiàn)之前，人類生產(chǎn)和生活中的動(dòng)力水平體現(xiàn)在蒸汽機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的使用上。內(nèi)燃機(jī)用途廣泛，廣泛用于汽車、輪船和飛機(jī)等交通工具上，實(shí)現(xiàn)了人類動(dòng)力史上的飛躍。在電機(jī)出現(xiàn)之后，尤其是交流電機(jī)發(fā)明之后，電力拖動(dòng)迅速占領(lǐng)了一席之地。電力配電網(wǎng)把質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的電能送到各地，其中很大一部分用于電機(jī)拖動(dòng)。

實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的有效控制，對(duì)于提高動(dòng)力系統(tǒng)的效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)效益意義重大?，F(xiàn)代電梯的控制采用PLC+變頻器+電機(jī)+轎廂系統(tǒng)，用到交、直流調(diào)速的理論知識(shí)和實(shí)用技術(shù)；軌道交通都用到了高性能交流調(diào)速的知識(shí)；新能源電動(dòng)汽車和電動(dòng)摩托車的推廣使用越來(lái)越普遍；新能源風(fēng)力發(fā)電核心技術(shù)是雙饋電機(jī)的串級(jí)調(diào)速；高檔數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件主軸電機(jī)和控制器，其核心技術(shù)為電機(jī)的控制[2]。這些工程項(xiàng)目應(yīng)用中涉及到的控制系統(tǒng)其本質(zhì)都是電機(jī)控制技術(shù)的具體應(yīng)用。

上述電機(jī)調(diào)速現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)，就是直流可調(diào)電源和變頻器的使用，隨著后續(xù)自控原理、電力電子和檢測(cè)技術(shù)等課程的學(xué)習(xí)，現(xiàn)代電機(jī)控制把多個(gè)專業(yè)課程與實(shí)際的工業(yè)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化結(jié)合在一起?！半姍C(jī)學(xué)”學(xué)習(xí)的時(shí)候，可以提前解說(shuō)這方面的內(nèi)容，使學(xué)生了解，電機(jī)的控制技術(shù)也是與時(shí)俱進(jìn)的。

“電機(jī)學(xué)”是我國(guó)電氣工程方向本科生必修的一門專業(yè)課，由于“電機(jī)學(xué)”課程所涉及的基本原理復(fù)雜、電機(jī)機(jī)種繁多，諸多知識(shí)點(diǎn)難以直觀的理解， 學(xué)生普遍反映非常難學(xué)[3]。為此， 本文從加強(qiáng)電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)和圖片教育、利用電機(jī)電磁場(chǎng)分布深化電機(jī)參數(shù)認(rèn)識(shí)、了解直流可調(diào)電源和變頻器的使用并強(qiáng)調(diào)現(xiàn)代電機(jī)的可控性三個(gè)方面，在教學(xué)中加以強(qiáng)調(diào)和提升，以期改善“電機(jī)學(xué)”的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

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[3]嚴(yán)柏平，洪俊杰.關(guān)于“電機(jī)學(xué)”精品課程的討論與設(shè)計(jì)[J].中國(guó)電力教育，2017，（07）：52-55.

作者簡(jiǎn)介：杜世勤（1967-），男，漢族，博士，講師，主要從事電機(jī)設(shè)計(jì)及其控制教學(xué)和科研工作。