基于變壓器設(shè)計(jì)與制造系列課程及實(shí)踐教學(xué)模式的改革研究

孫昕 陳玉玲

【摘要】由于電力變壓器容量較大，在日常生活中很難見(jiàn)到，因此即使使用多媒體教學(xué)，也無(wú)法加深學(xué)生對(duì)變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的印象。本文通過(guò)對(duì)變壓器一系列課程理論和實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)行改革，不僅使學(xué)生能夠掌握其主要內(nèi)容，更使得課程內(nèi)容與企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，使學(xué)生的能力得到較大提高。

【關(guān)鍵詞】變壓器;實(shí)踐教學(xué);項(xiàng)目教學(xué)

1. 研究意義

變壓器設(shè)計(jì)與制造課程理論性較強(qiáng)，其基本原理是建立在電磁感應(yīng)等比較抽象的理論基礎(chǔ)上，包括電磁學(xué)、熱力學(xué)、工程力學(xué)和材料力學(xué)等學(xué)科的知識(shí)，是一門綜合性較強(qiáng)的學(xué)科。由于電磁理論很抽象，力學(xué)的分析也比較復(fù)雜，因此學(xué)生普遍認(rèn)為該門學(xué)科難學(xué)，缺乏學(xué)習(xí)熱情。此課程的教學(xué)模式一直是以理論教學(xué)方式進(jìn)行的，但是對(duì)于制造方面知識(shí)的理解僅以理論方式教授，學(xué)生很難理解和掌握。

由于電力變壓器造價(jià)高昂、電壓等級(jí)較高，在目前國(guó)內(nèi)各大高校中，即使是重點(diǎn)院校，仍然無(wú)法讓學(xué)生們應(yīng)用實(shí)際的產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)訓(xùn)或試驗(yàn)操作，甚至對(duì)于某些變壓器廠家來(lái)說(shuō)，也無(wú)法完成電力變壓器的試驗(yàn)任務(wù)，需要到指定的國(guó)家試驗(yàn)中心進(jìn)行試驗(yàn)。同時(shí)，由于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，不僅使學(xué)生無(wú)法掌握其主要內(nèi)容，更使得課程內(nèi)容與企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐相脫節(jié)，因此，對(duì)變壓器設(shè)計(jì)及制造系列課程及其實(shí)踐內(nèi)容的改革勢(shì)在必行。

2. 應(yīng)用前景

在該項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，與國(guó)內(nèi)同類層次學(xué)校的類似課程相比，該系列課程及實(shí)踐內(nèi)容有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

優(yōu)勢(shì)一：教育理念

由于課程的教育理念存在一定超前，所以其教學(xué)模式、教學(xué)方法、教學(xué)手段和課程教學(xué)資源等方面都有所創(chuàng)新。

優(yōu)勢(shì)二：課程模式

采用“項(xiàng)目導(dǎo)向，任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的課程模式，應(yīng)用“項(xiàng)目指導(dǎo)教學(xué)”進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)與組織。

優(yōu)勢(shì)三：課程結(jié)構(gòu)和內(nèi)容體系

通過(guò)模擬企業(yè)真實(shí)的工作環(huán)境，讓學(xué)生親身參與到工作過(guò)程中，從而學(xué)習(xí)和掌握與工作過(guò)程相關(guān)聯(lián)的知識(shí)和技能。

3. 擬采取的改革措施

3.1 課程內(nèi)容采用項(xiàng)目教學(xué)方式

經(jīng)過(guò)前期的調(diào)研、資料分析和整理，從工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，將變壓器設(shè)計(jì)與制造的內(nèi)容歸納整理，以設(shè)計(jì)一臺(tái)實(shí)際電力變壓器產(chǎn)品為目標(biāo)，分別從磁場(chǎng)、電場(chǎng)、溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)四大部分，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，使本來(lái)互不相關(guān)的四大場(chǎng)分析問(wèn)題相互融合、相互關(guān)聯(lián)，并形成與企業(yè)接軌的內(nèi)部教材。

3.2 教學(xué)方式改為邊講邊設(shè)計(jì)的形式

將教學(xué)過(guò)程設(shè)置為四大模塊，每一個(gè)模塊都以同一產(chǎn)品參數(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析與計(jì)算，以磁場(chǎng)計(jì)算部分為基礎(chǔ)，逐步擴(kuò)展到電場(chǎng)、溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算與分析，環(huán)環(huán)相扣，最終在課程結(jié)束之后，能夠完成一臺(tái)實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，且包含簡(jiǎn)單的圖紙繪制過(guò)程。

3.3 實(shí)踐環(huán)節(jié)的改進(jìn)

驗(yàn)證、優(yōu)化階段：鑒于電力變壓器的試驗(yàn)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難，因此引入三維電磁場(chǎng)分析軟件，針對(duì)學(xué)生在理論課程上設(shè)計(jì)的變壓器產(chǎn)品進(jìn)行場(chǎng)問(wèn)題的計(jì)算與分析，對(duì)自己設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行校核和優(yōu)化。

工藝制造階段：引入“模擬變壓器繞組繞制模型”的理念，將學(xué)生在理論課上設(shè)計(jì)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，通過(guò)工藝過(guò)程的分析，讓學(xué)生自己動(dòng)手繞制一個(gè)繞組模型，既能夠深刻理解變壓器的繞組材料特性、結(jié)構(gòu)模式、繞制方式等知識(shí)點(diǎn)，又能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)提高了學(xué)生的實(shí)踐能力，達(dá)到學(xué)以致用的目的。

4. 具體改革內(nèi)容

根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)任務(wù)書(shū)中的技術(shù)參數(shù)，對(duì)變壓器的電磁參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，首先必須滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定及用戶的要求，同時(shí)還應(yīng)具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（優(yōu)化設(shè)計(jì)涉及的內(nèi)容），遵循企業(yè)設(shè)計(jì)原則，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)。

首先，把典型的項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為課程的學(xué)習(xí)項(xiàng)目，構(gòu)建以實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)的課程內(nèi)容體系。

然后，以產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)為主線，設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)為目的，包括實(shí)踐知識(shí)和理論知識(shí)等內(nèi)容，將學(xué)習(xí)任務(wù)具體化，課程內(nèi)容的安排圍繞學(xué)習(xí)任務(wù)的完成而展開(kāi)。課程的總體設(shè)計(jì)步驟包含：（1）根據(jù)任務(wù)書(shū)確定原始技術(shù)數(shù)據(jù);（2）計(jì)算鐵心基本參數(shù)，選擇相應(yīng)材料，計(jì)算繞組參數(shù)（磁場(chǎng)內(nèi)容）;（3）進(jìn)行絕緣設(shè)計(jì)，確定變壓器主、縱絕緣結(jié)構(gòu)（電場(chǎng)內(nèi)容）;（4）短路特性分析（磁場(chǎng)內(nèi)容）;（5）損耗、溫升計(jì)算（溫度場(chǎng)內(nèi)容）;（6）短路力計(jì)算（應(yīng)力場(chǎng)）;（7）其他內(nèi)容計(jì)算。

課程內(nèi)容選擇“必需、夠用”為度，以電磁設(shè)計(jì)流程為主線進(jìn)行教學(xué)，以學(xué)習(xí)任務(wù)為中心整合理論與實(shí)踐，為學(xué)生提供完整系統(tǒng)的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。

課程以“項(xiàng)目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)”，其教學(xué)內(nèi)容以項(xiàng)目形式呈現(xiàn)，覆蓋變壓器設(shè)計(jì)全部重要的知識(shí)點(diǎn)、隨著設(shè)計(jì)過(guò)程的深入、知識(shí)點(diǎn)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過(guò)程，全面推進(jìn)課程教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生能夠在項(xiàng)目工作任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下，積極參與項(xiàng)目任務(wù)實(shí)施。

5. 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

本課程將不斷充實(shí)內(nèi)容，加強(qiáng)與實(shí)際應(yīng)用的符合度，將課程內(nèi)容與實(shí)際項(xiàng)目案例重新整合，實(shí)施“項(xiàng)目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)。

課程采用“三階段遞進(jìn)式”教學(xué)（產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝制造、驗(yàn)證與優(yōu)化）。

第一階段通過(guò)實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，即項(xiàng)目中的“教、學(xué)、算”，使學(xué)生經(jīng)歷企業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)中的具體流程，其產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程，從而在完成學(xué)習(xí)任務(wù)的過(guò)程中掌握變壓器的基礎(chǔ)知識(shí);

第二階段是在完成設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，感受工藝過(guò)程，引入“模擬變壓器繞組繞制模型”，使學(xué)生親身參與到工作過(guò)程中，體會(huì)企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)制造過(guò)程;

第三階段是產(chǎn)品的驗(yàn)證與優(yōu)化階段，使學(xué)生產(chǎn)品優(yōu)化的流程及重點(diǎn)有所了解，在仿真過(guò)程中，深化理論課程的知識(shí)，全面掌握變壓器設(shè)計(jì)與制造的企業(yè)生產(chǎn)及開(kāi)發(fā)過(guò)程，學(xué)習(xí)項(xiàng)目文檔編寫(xiě)、項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告的撰寫(xiě)等。

本課程應(yīng)用型特征明顯，課程內(nèi)容與企業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)緊密結(jié)合，能夠在課堂教學(xué)方面始終貫穿理實(shí)融合思想，充分訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)踐能力，整體教學(xué)過(guò)程實(shí)踐性環(huán)節(jié)比例加大，通過(guò)學(xué)習(xí)完本門課程，能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生對(duì)產(chǎn)品的初步設(shè)計(jì)，運(yùn)行工況分析，提高學(xué)生的分析、解決問(wèn)題能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

6. 考核過(guò)程

變壓器設(shè)計(jì)與制造是一門比較難的專業(yè)課，對(duì)于綜合知識(shí)的掌握要求比較高，同時(shí)由于學(xué)生的感性認(rèn)知并不好，所以給課程教授帶來(lái)了一定的難度，同時(shí)課程還要求學(xué)生具有一定程度的實(shí)踐知識(shí)，因此在考核時(shí)比較重視綜合能力的考核。

在工作任務(wù)完成過(guò)程中，考查學(xué)生在任務(wù)完成過(guò)程中的表現(xiàn)，并給予成績(jī)?cè)u(píng)定。

平時(shí)考核學(xué)生的綜合能力，通過(guò)隨堂測(cè)試考核學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，然后空過(guò)專項(xiàng)應(yīng)用設(shè)計(jì)考核學(xué)生的綜合能力，設(shè)計(jì)采用實(shí)際工程案例對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行電磁設(shè)計(jì)，重點(diǎn)考核學(xué)生對(duì)變壓器設(shè)計(jì)方法的掌握程度和解決工程問(wèn)題的能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力，重點(diǎn)考核學(xué)生綜合能力及基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度。

教師在學(xué)生考核結(jié)束后，要對(duì)其考試成績(jī)進(jìn)行分析，有針對(duì)性的對(duì)成績(jī)偏低的學(xué)生進(jìn)行訪談，了解學(xué)生為什么分?jǐn)?shù)較低，是教師的原因還是其他原因，以達(dá)到檢驗(yàn)教學(xué)效果的目的。

關(guān)注過(guò)程，引導(dǎo)探究創(chuàng)新。教學(xué)中不僅要使學(xué)生獲得基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，而且要著力引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探索，培養(yǎng)自覺(jué)發(fā)現(xiàn)新知、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的能力。這樣既能使學(xué)生對(duì)知識(shí)有深層次的理解，又能讓學(xué)生在探索的過(guò)程中學(xué)會(huì)探索的科學(xué)方法。讓學(xué)生的學(xué)習(xí)不僅知其然，還知其所以然。

7. 結(jié)語(yǔ)

要提高本課程的教學(xué)效果，必須從教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐項(xiàng)目和課程考核等方面對(duì)課程的教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)，提升學(xué)生牢固基本內(nèi)容、綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題、以及實(shí)踐應(yīng)用的能力。

通過(guò)兩年的教學(xué)內(nèi)容改革，學(xué)生在知識(shí)領(lǐng)域和實(shí)踐能力上都得到了很大的提高，鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)際操作能力，提高了學(xué)生的技能水平，鞏固了理論知識(shí)，同時(shí)使學(xué)生通過(guò)完成項(xiàng)目任務(wù)獲得了成就感。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王喆，黃明益.電機(jī)與變壓器的教學(xué)教改探索.技術(shù)應(yīng)用.

[3]張麗珍.《電機(jī)與變壓器》課程教學(xué)改革與體會(huì).交流平臺(tái).

作者簡(jiǎn)介：孫昕（通訊作者）沈陽(yáng)工學(xué)院 信息與控制學(xué)院，副教授，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。