電機(jī)與拖動基礎(chǔ)課程教學(xué)改革探討

朱凌云 孫培德 姚飛

[摘 要] 電機(jī)與拖動基礎(chǔ)課程是自動化專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在課程設(shè)置中具有重要地位，其教學(xué)質(zhì)量也會影響許多后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。在電機(jī)與拖動基礎(chǔ)教學(xué)改革中，教師主要從體現(xiàn)現(xiàn)代教育思想入手，運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)與方法，使教學(xué)具有科學(xué)性、先進(jìn)性。課程內(nèi)容經(jīng)典與現(xiàn)代相交融，并把學(xué)科最新科研成果引入教學(xué)，取得了較好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞] 教學(xué)改革;現(xiàn)代教育思想;電機(jī)與拖動基礎(chǔ);多媒體動畫;開放性實(shí)驗(yàn)

[作者簡介] 朱凌云（1962—），女，湖南郴州人，學(xué)士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡姎夤こ碳捌渥詣踊?孫培德（1961—），男，上海人，學(xué)士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡姎夤こ碳捌渥詣踊?/p>

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）35-0307-02? ? [收稿日期] 2019-07-27

電機(jī)與拖動基礎(chǔ)這門課程的教學(xué)改革需要優(yōu)化課程內(nèi)容，利用多媒體教學(xué)手段，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的技術(shù)性、綜合性和探索性，開展相關(guān)的校內(nèi)外實(shí)習(xí)，使課程具有基礎(chǔ)性、研究性、前沿性。

一、優(yōu)化課程內(nèi)容

電機(jī)與拖動基礎(chǔ)課程是由電機(jī)原理和電機(jī)拖動基礎(chǔ)兩部分組成，內(nèi)容多，涉及面廣。為適應(yīng)在學(xué)時壓縮情況下培養(yǎng)質(zhì)量提高的要求，精簡該課程的理論知識，形成了以磁路、機(jī)電能量傳遞、各種電機(jī)的工作原理、機(jī)械特性、電力拖動、各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、電動機(jī)的選擇為教學(xué)主線，通過試點(diǎn)，教學(xué)效果較好[1]。

（一）壓縮電機(jī)原理的教學(xué)內(nèi)容

對于自動化專業(yè)學(xué)生，學(xué)習(xí)電機(jī)原理目的是為了應(yīng)用電機(jī)，為學(xué)習(xí)電機(jī)拖動打基礎(chǔ)，關(guān)于電機(jī)原理方面的內(nèi)容夠用即可。因此，對電機(jī)原理內(nèi)容進(jìn)行了一些壓縮。例如壓縮有關(guān)電機(jī)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，減少變壓器和交流電機(jī)諧波問題的講解，這些內(nèi)容對電機(jī)的應(yīng)用影響不大，既降低了學(xué)習(xí)難度，減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，也不影響教學(xué)效果。增加拖動的教學(xué)內(nèi)容：在電機(jī)與拖動基礎(chǔ)教學(xué)中，將重點(diǎn)放在各種電機(jī)的機(jī)械特性、起動、制動和調(diào)速過程中各個物理量的變化情況及穩(wěn)態(tài)分析上。增加了當(dāng)前廣泛應(yīng)用的三相異步電機(jī)變頻調(diào)速等內(nèi)容。詳細(xì)分析三相異步電機(jī)調(diào)頻系統(tǒng)，既分析不同頻率下電機(jī)機(jī)械特性，又分析不同性質(zhì)負(fù)載情況下，調(diào)頻以后電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流等物理量的變化趨勢。

（二）增加新型電機(jī)教學(xué)內(nèi)容

隨著電力電子技術(shù)發(fā)展，帶動了電機(jī)及其拖動技術(shù)發(fā)展，一批新型特種電機(jī)相繼出現(xiàn)，并迅速在工業(yè)和民用產(chǎn)品中大量使用。如同步電機(jī)、直流無刷電動機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)、控制電機(jī)等，由于這些電機(jī)的機(jī)械特性與直流電機(jī)相仿，控制比三相異步電機(jī)簡單，以其獨(dú)特優(yōu)勢迅速發(fā)展，在講課過程中適當(dāng)增加這部分內(nèi)容，使教學(xué)更加適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展要求。

（三）科研成果融入教學(xué)

把教師科研成果作為教學(xué)案例講解，使學(xué)生更加深入的理解電機(jī)與拖動原理，利于培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力、激發(fā)學(xué)生科技創(chuàng)新能力。在講課中適時地介紹當(dāng)前有關(guān)電機(jī)及拖動基礎(chǔ)的最新科技成果及有待解決的問題，使學(xué)生了解與本課程相關(guān)的國內(nèi)外先進(jìn)水平和最新發(fā)展動態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新激情與創(chuàng)新思維，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。為學(xué)生推薦相應(yīng)的參考書及參考網(wǎng)站，以擴(kuò)充學(xué)生的知識面。在講授每一章時，將與本章內(nèi)容有關(guān)的新理論、新技術(shù)介紹給學(xué)生，并引導(dǎo)學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)自行查找有關(guān)本課程的新理論、新技術(shù)、新進(jìn)展。今年還邀請了國內(nèi)高水平的電機(jī)學(xué)者和大公司研究電機(jī)控制系統(tǒng)的高級研究員為本專業(yè)學(xué)生做學(xué)術(shù)講座。

二、制作和應(yīng)用多媒體教學(xué)動畫

電機(jī)與拖動基礎(chǔ)課程中概念抽象，有大量的公式推導(dǎo)和插圖，采用傳統(tǒng)教學(xué)方法，學(xué)生理解不深刻，教學(xué)效果不是很好。因此從多媒體課件的制作方面進(jìn)行了改革。課堂教學(xué)講授與多媒體相結(jié)合，充分利用動畫、圖片、視頻及網(wǎng)絡(luò)資源，使課堂教學(xué)變得生動有趣，易于對電機(jī)復(fù)雜工作原理的理解。采用3D動畫、VB編程技術(shù)，開發(fā)多媒體課件。在課件中插入大量動畫、圖片、視頻，演示電機(jī)繞組連接、磁場分布和變化、電機(jī)等效電路、相量圖以及起動調(diào)速運(yùn)行性能等不易為學(xué)生理解的知識，使教學(xué)更加適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展要求，提高教學(xué)質(zhì)量[1]。

制作的多媒體動畫舉例如下：借助圖1動畫可以理解電樞反應(yīng)對電機(jī)磁場的影響，按繼續(xù)鍵，可看到從一個線圈的磁動勢和磁場強(qiáng)度曲線慢慢增加到多個線圈合成的磁動勢和磁場強(qiáng)度曲線的變化。也可看到飽和及不飽和時的不同合成磁場。

圖2動畫可以幫助理解三相電流通入對稱三相繞組后是如何建立合成磁場，定子上的線圈流方向按正弦波規(guī)律變化，合成磁場相應(yīng)旋轉(zhuǎn)，右邊的三相電流波形隨著向右移動。

三、增強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)

電機(jī)與拖動基礎(chǔ)課程采用課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方式，通過對直流電機(jī)、變壓器、交流電機(jī)、變頻調(diào)速系統(tǒng)等設(shè)備的直觀認(rèn)識和動手實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力和動手能力。引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)專業(yè)知識運(yùn)用到實(shí)際工程實(shí)踐中。電機(jī)與拖動基礎(chǔ)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)主要包括課程實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)，在課程實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)兩個環(huán)節(jié)都進(jìn)行了改革，在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和工程能力方面，收到良好效果。課程實(shí)驗(yàn)是整個課程教學(xué)中的一個重要環(huán)節(jié)，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)不僅能驗(yàn)證理論，訓(xùn)練操作技能，而且在接觸實(shí)際的過程中加深理解，增強(qiáng)記憶，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，同時促進(jìn)學(xué)生主動思考、探索，進(jìn)一步從理論和實(shí)踐中汲取知識，開拓思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在實(shí)踐教學(xué)中，通過開設(shè)綜合性、創(chuàng)新性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，激勵學(xué)生學(xué)以致用，在實(shí)踐中加深對教學(xué)內(nèi)容的理解。通過教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合、課堂理論實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的良性循環(huán)。

（一）改被動實(shí)驗(yàn)為主動實(shí)驗(yàn)

在教改中將實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為常規(guī)性基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)兩部分。在原來必做實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上開發(fā)了一些創(chuàng)新性電機(jī)設(shè)計(jì)選做實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生根據(jù)自身能力自主選擇選做實(shí)驗(yàn)。在開放性實(shí)驗(yàn)中，變被動實(shí)驗(yàn)為主動實(shí)驗(yàn)，教師只提出實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒁?、注意事?xiàng)等，不規(guī)定條條框框，實(shí)驗(yàn)方法、步驟由學(xué)生自己擬定，學(xué)生有充分自由度，有助于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識[3]。實(shí)驗(yàn)室在課余時間對學(xué)生開放，使學(xué)生按需進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，鞏固了所學(xué)專業(yè)知識，提高了學(xué)習(xí)知識及運(yùn)用知識的能力。

（二）增加校外實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)

針對高等工程教育中校外實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)有所弱化的情況，本課程特別增加了實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，以加強(qiáng)學(xué)生工程應(yīng)用能力。組織學(xué)生到電機(jī)、變壓器、電機(jī)控制系統(tǒng)研制和生產(chǎn)的大公司參觀與實(shí)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)生對電機(jī)結(jié)構(gòu)、電機(jī)原理、電機(jī)控制系統(tǒng)的研制和生產(chǎn)流程的感性認(rèn)識。今年組織學(xué)生到上海電氣集團(tuán)臨港重裝基地、施耐德電氣中國公司上海研發(fā)中心、正泰電氣集團(tuán)參觀和實(shí)習(xí)，了解了各種發(fā)電機(jī)、異步電機(jī)、直流電機(jī)、變壓器、各種電機(jī)控制系統(tǒng)的生產(chǎn)及應(yīng)用研究過程。實(shí)習(xí)結(jié)束后，很多同學(xué)在實(shí)習(xí)報(bào)告中反映，通過到公司參觀與實(shí)習(xí)，眼見為實(shí)，提高了自己的動手能力，拓寬了知識面，受益匪淺。

參考文獻(xiàn)

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