基本概念在三主式教學(xué)中的作用

師楠　朱顯輝　桑林　郭延艷

摘要：為構(gòu)建三主式教學(xué)體系，提高大學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力，文章圍繞著電工學(xué)科教學(xué)，詳細(xì)分析了電機(jī)學(xué)中鐵損這一基本概念，深入剖析了鐵損在電機(jī)學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要作用，論證了基本概念在以學(xué)生為主體的教學(xué)體系中的具體應(yīng)用，闡述了基本概念在以教師為主導(dǎo)的教學(xué)過(guò)程中的踐行手段，以期達(dá)到培養(yǎng)和提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：三主式教學(xué)；基本概念；電機(jī)學(xué)；鐵損

一、引言

高等教育是提高國(guó)民科學(xué)素養(yǎng)的有力環(huán)節(jié)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著決定性的關(guān)鍵作用，這一點(diǎn)已在全世界范圍內(nèi)達(dá)成共識(shí)，也受到了日益廣泛的關(guān)注。隨著對(duì)高等教育重視程度的逐漸加深，教育工作者也從不同的角度提出了很多具有建設(shè)性的教學(xué)方法和手段，取得了豐碩的成果，有效地改善了高等教育的教學(xué)效果，提高了教學(xué)質(zhì)量。

當(dāng)前電工學(xué)科眾多的教育教學(xué)成果主要集中在教育管理方法和激勵(lì)方式的改革，新教學(xué)方法和授課方式的討論，或者教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)成果的總結(jié)等方面，而對(duì)于基本概念——特別是電工學(xué)科基本概念在教學(xué)中重要作用的論述較少。

考慮到基本概念在高等教育中具有綱舉目張的作用，結(jié)合復(fù)雜多變的高教實(shí)際情況，以我校應(yīng)用型大學(xué)建設(shè)為背景，結(jié)合教學(xué)實(shí)際情況，本文從基本概念出發(fā)，圍繞構(gòu)建“三主式”教學(xué)體系的中心思想，以電機(jī)學(xué)中的基本概念為例，在理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中詳細(xì)闡述基本概念在“三主式”教學(xué)體系構(gòu)建中的重要作用，力圖在進(jìn)一步強(qiáng)化基本概念重要性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的探究精神，提高學(xué)生的自主創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)的目的。

二、基本概念的深入剖析

基本概念在電氣工程學(xué)科中占據(jù)著重要地位，對(duì)學(xué)生理解和掌握教材知識(shí)點(diǎn)具有畫(huà)龍點(diǎn)睛的影響作用。一般而言，概念形成于人類(lèi)對(duì)客觀事物從感性到理性的認(rèn)知過(guò)程，可以表述為對(duì)客觀事物共同特點(diǎn)的抽象概括后的概念式描述，也可泛指為通過(guò)對(duì)若干事物的特征組合而形成的知識(shí)單元。在電氣工程領(lǐng)域中，基本概念多用來(lái)對(duì)教材中涉及的物理現(xiàn)象或規(guī)律的詳細(xì)定義或解釋?zhuān)粌H具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬓院蛧?yán)苛的適用性，同時(shí)在整個(gè)教材中也起到了重要作用。因此，現(xiàn)代高等教育中必須對(duì)相關(guān)的物理概念予以足夠的重視。

為探討基本概念在本文擬構(gòu)建的“三主式”教學(xué)方法中的具體應(yīng)用，以下將以電機(jī)學(xué)教學(xué)中的鐵損概念為例，對(duì)基本概念在“三主式”教學(xué)模式中理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體應(yīng)用進(jìn)行闡述和說(shuō)明。

在電機(jī)學(xué)教材中的鐵損包括兩個(gè)部分，一部分是磁滯損耗，一部分是渦流損耗。磁滯損耗指的是把鐵磁材料放在交變的磁場(chǎng)中，材料被反復(fù)磁化，組成鐵磁材料的磁疇相互間不停地摩擦而消耗能量，并以熱量的形式表現(xiàn)出來(lái)，造成的損耗稱(chēng)為磁滯損耗。

渦流損耗指的是通過(guò)某一導(dǎo)電的鐵磁材料的磁通變化時(shí)，將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并在該鐵磁材料內(nèi)部引起旋渦狀流動(dòng)的電流，成為渦流，渦流在鐵磁材料中產(chǎn)生的損耗稱(chēng)為渦流損耗。

由上述對(duì)基本概念的解釋性描述可知，不論是磁滯損耗還是渦流損耗，均以鐵磁材料發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來(lái)，因此，鐵損是一種有功功率。同時(shí)磁滯損耗和渦流損耗均是由磁通的變化而產(chǎn)生的，即變化的磁通是導(dǎo)致鐵損的重要原因。

通過(guò)上述對(duì)鐵損概念的細(xì)致解釋?zhuān)M(jìn)一步澄清了鐵損這一基本概念的物理意義、描述形式及其產(chǎn)生根源，為后文中基本概念在“三主式”教學(xué)中的具體應(yīng)用奠定了理論前提。

三、基本概念在三主式理論教學(xué)中的應(yīng)用討論

“三主式”教學(xué)方法的基本思想是“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，以能力培養(yǎng)為主線”的教學(xué)模式。為進(jìn)一步突出以學(xué)生為主體，明確以教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式。同樣以電機(jī)學(xué)教學(xué)為例，在電機(jī)學(xué)教材的直流電機(jī)和異步電機(jī)章節(jié)中均涉及到功率圖，通過(guò)對(duì)前述鐵損概念的詳細(xì)講解，在異步電機(jī)功率圖的講授過(guò)程中，通過(guò)與直流電機(jī)功率圖的對(duì)比，讓學(xué)生自行討論：為何針對(duì)同一鐵損概念，而兩種不同電機(jī)功率圖中鐵損出現(xiàn)的順序并不相同。將直流電機(jī)和異步電機(jī)的功率圖進(jìn)行綜合對(duì)比，通過(guò)同學(xué)之間的互相討論乃至辯論，不僅可以激發(fā)學(xué)生獲取知識(shí)的自發(fā)性和主動(dòng)性，也能夠提高學(xué)生探究到正確結(jié)論的自我成就感，即使個(gè)別學(xué)生思路出現(xiàn)一定偏差，也能夠加深對(duì)該問(wèn)題的記憶，有助于確立學(xué)生在“三主式”教學(xué)中的主體地位。

在學(xué)生自行討論的過(guò)程中，教師可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)提醒學(xué)生注意鐵損這一基本概念的定義和解釋?zhuān)瑥?qiáng)調(diào)產(chǎn)生鐵損的根源在于鐵磁材料中通過(guò)交變的磁通，并引導(dǎo)學(xué)生思考直流電機(jī)和異步電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的特點(diǎn)，即直流電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)可認(rèn)為是基本恒定的，而異步電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)是旋轉(zhuǎn)的正向行波，結(jié)合著轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)轉(zhuǎn)速差，來(lái)啟發(fā)學(xué)生思路，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)功率圖中鐵磁的差異給出正確解釋——即直流電機(jī)的鐵損主要產(chǎn)生在轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞部分，而異步電機(jī)的鐵損主要產(chǎn)生在靜止的定子部分，上述問(wèn)題是導(dǎo)致二者功率圖中鐵損出現(xiàn)順序不同的主要根源。

可見(jiàn)，通過(guò)對(duì)基本概念的詳細(xì)講解，可以進(jìn)一步鞏固“以學(xué)生為主體”的教學(xué)目的，同時(shí)也能明確“教師為主導(dǎo)”的教學(xué)方法，有望實(shí)現(xiàn)“以能力培養(yǎng)為主線”的教學(xué)目標(biāo)。

四、基本概念在三主式實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用分析

為進(jìn)一步說(shuō)明基本概念在“三主式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用情況，仍采用前述電機(jī)學(xué)教材中的鐵損概念為對(duì)象，以電機(jī)學(xué)中異步電機(jī)的空載實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行闡述。異步電動(dòng)機(jī)的空載實(shí)驗(yàn)是指對(duì)異步電動(dòng)機(jī)施加額定電壓和額定頻率，軸上不帶任何負(fù)載運(yùn)行一段時(shí)間后，將電源電壓從額定電壓向下調(diào)整，直到轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯變化時(shí)為止，記錄此時(shí)的電壓、電流、功率和轉(zhuǎn)速，并基于所記錄的數(shù)據(jù)計(jì)算異步電動(dòng)機(jī)的鐵損及勵(lì)磁參數(shù)等數(shù)據(jù)。

為在異步電動(dòng)機(jī)空載實(shí)驗(yàn)中獲取電機(jī)鐵損數(shù)據(jù)，同樣需要在細(xì)致探究鐵損概念的基礎(chǔ)上給出。在空載實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可直接說(shuō)明空載損耗包括鐵損、定子繞組銅損和機(jī)械損耗。對(duì)不同損耗概念進(jìn)行提問(wèn)等方式考察學(xué)生對(duì)損耗的理解，并基于回答情況判斷是否需要對(duì)三種損耗進(jìn)行再次歸納和強(qiáng)調(diào)。

前述直接給出空載損耗的組成，實(shí)際上體現(xiàn)了“教師為主導(dǎo)”教學(xué)思想，即教師要引導(dǎo)學(xué)生快速進(jìn)入空載實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心環(huán)節(jié)，以期提高教學(xué)效率。而根據(jù)抽查的結(jié)果來(lái)判斷是否需要再次對(duì)概念進(jìn)行總結(jié)，則貫徹了“以學(xué)生為主體”的教學(xué)方法，既利用提問(wèn)的方式促使學(xué)生對(duì)基本概念進(jìn)行主動(dòng)回想，又為后續(xù)的講解提供基礎(chǔ)。

然后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟給出模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所得的曲線，可引導(dǎo)學(xué)生基于三種損耗的概念結(jié)合所給曲線對(duì)空載損耗中的各組成部分進(jìn)行分析，可知空載損耗減去定子銅耗即為鐵損與機(jī)械損耗之和，且鐵損與磁密的平方（電壓平方）成正比，因而將空載損耗扣除定子銅耗后的損耗作為縱坐標(biāo)，將端電壓的平方作為橫坐標(biāo)指導(dǎo)學(xué)生自行畫(huà)圖，即可得到具有一定截距的直線并從機(jī)械損耗和鐵損的概念出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生自行分析截距是否代表機(jī)械損耗，截距之上的直線是否為鐵損，同時(shí)討論對(duì)電機(jī)的勵(lì)磁參數(shù)的求解。

該教學(xué)過(guò)程進(jìn)一步鞏固“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的教學(xué)手段，也能夠促進(jìn)學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)需要遵循符合一般科學(xué)規(guī)律的方法和手段，采用符合客觀規(guī)律的程序規(guī)則和技巧思路等方式研究其在理論和實(shí)踐中遇到的問(wèn)題，提高學(xué)生利用科學(xué)的方法解決實(shí)際問(wèn)題的能力，有助于“以能力培養(yǎng)為主線”的教育目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

五、結(jié)論

針對(duì)當(dāng)前對(duì)電氣工程領(lǐng)域教學(xué)所涉及的基本概念重視不足的問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)了基本概念在實(shí)際教學(xué)中的重要性，并以“三主式”教學(xué)方法為中心，以電機(jī)學(xué)教學(xué)中的鐵損概念為例，對(duì)基本概念的應(yīng)用進(jìn)行全面剖析，論證了基本概念在理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，以能力培養(yǎng)為主線”的教學(xué)模式的重要促進(jìn)作用，可為相關(guān)的教學(xué)改革提供借鑒。

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編輯∕姜雯