電機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程教學(xué)改革與實(shí)踐

胡 濤

（上海大學(xué) 機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，上海200072）

1 教材的選擇與教學(xué)大綱的制定

一本合適的教材是教好與學(xué)好課程的捷徑。首先，教材應(yīng)該能夠滿足本專業(yè)制定的畢業(yè)要求與培養(yǎng)目標(biāo)；其次，教材中的例題及運(yùn)用應(yīng)該典型、精煉，講解細(xì)致且通俗易懂，并且教材有相應(yīng)配套的同步參考與輔導(dǎo)書籍，方便學(xué)生自查自學(xué)，提高其自主學(xué)習(xí)的能力。本課程選擇了李發(fā)海與朱東啟編著的《電機(jī)學(xué)》教材。該教材能夠涵蓋電機(jī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)有的重要內(nèi)容，其內(nèi)容闡述清晰易懂，習(xí)題也較為典型，能夠滿足自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)要求與培養(yǎng)要求。

教學(xué)大綱要求涵蓋電機(jī)學(xué)中的主要內(nèi)容與關(guān)鍵要點(diǎn)。本課程是自動(dòng)化類專業(yè)的重要學(xué)科基礎(chǔ)課，側(cè)重于學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)理論及技術(shù)、電機(jī)運(yùn)行原理、電機(jī)工作特性等電機(jī)學(xué)領(lǐng)域的基本理論及實(shí)踐。由于本校施行的是小學(xué)期制（全年三大一小共四學(xué)期），因此本課程教學(xué)大綱側(cè)重于電機(jī)學(xué)重中之重的關(guān)鍵章節(jié)，主要有：變壓器、直流電機(jī)以及交流電機(jī)。大綱突出基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)與運(yùn)用，注重對(duì)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的培養(yǎng)，增加了課程的實(shí)踐與實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，并要求給出相應(yīng)的書面報(bào)告，提高了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力和靈活運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決自動(dòng)化領(lǐng)域復(fù)雜性工程問(wèn)題的能力。

2 課程主要內(nèi)容的制定

2.1 課程目標(biāo)的制定

根據(jù)教學(xué)大綱，科學(xué)合理地制定課程目標(biāo)。結(jié)合電機(jī)學(xué)的基本特點(diǎn)，本課程制定的課程目標(biāo)如下：

（1）了解電機(jī)學(xué)及其應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r，掌握變壓器的基本理論與分析方法；

（2）掌握直流電機(jī)的工作原理、基本理論、運(yùn)行特性與分析方法；

（3）掌握交流電機(jī)電動(dòng)勢(shì)與磁動(dòng)勢(shì)的基本理論與分析方法；

（4）掌握異步電機(jī)的工作原理、基本理論、運(yùn)行特性與分析方法。

以上課程目標(biāo)總體上涵蓋了電機(jī)學(xué)中重要的基礎(chǔ)與關(guān)鍵內(nèi)容，為具體的教學(xué)內(nèi)容指明了方向。

2.2 能力培養(yǎng)模塊的設(shè)置

基于本科專業(yè)工程教育認(rèn)證的基本要求，根據(jù)本課程的特點(diǎn)制定了三個(gè)不同的能力培養(yǎng)模塊。具體模塊如下：

（1）“工程知識(shí)”模塊：與“課程目標(biāo)（1）”相對(duì)應(yīng)，主要體現(xiàn)為“了解與掌握電磁理論基本概念、數(shù)學(xué)模型及其在電機(jī)學(xué)中的應(yīng)用”；

（2）“問(wèn)題分析”模塊：與“課程目標(biāo)（3）”相對(duì)應(yīng)，其主要內(nèi)容是“能夠熟練運(yùn)用與電機(jī)學(xué)相關(guān)的電磁理論，分析電機(jī)的運(yùn)行原理與工作特性”；

（3）“設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)方案”培養(yǎng)模塊：與“課程目標(biāo)（2）與課程目標(biāo)（4）”相對(duì)應(yīng)，體現(xiàn)了“能夠根據(jù)電機(jī)的工作特性，設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)在不同場(chǎng)合及要求下對(duì)電機(jī)運(yùn)行的控制方案”。

2.3 教學(xué)內(nèi)容的制定

根據(jù)上述的課程目標(biāo)及能力培養(yǎng)模塊的要求，具體制定各個(gè)章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)內(nèi)容將著重進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)講解，并合理增加難度。由于本校的學(xué)期安排相對(duì)較短，因此在教學(xué)內(nèi)容上將突出重點(diǎn)。例如，“直流電機(jī)”部分的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容為“直流電機(jī)的構(gòu)造、電磁方程、工作原理、繞組結(jié)構(gòu)、工作特性”。針對(duì)“交流電機(jī)”部分的學(xué)習(xí)內(nèi)容較多的特點(diǎn)，本課程重點(diǎn)圍繞“交流電機(jī)的構(gòu)造、繞組電動(dòng)勢(shì)與磁動(dòng)勢(shì)方程以及異步電機(jī)”進(jìn)行講解。此外，在實(shí)踐與實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中安排了學(xué)習(xí)報(bào)告與軟件仿真報(bào)告的要求，強(qiáng)化學(xué)生自學(xué)能力的培養(yǎng)。

2.4 教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)與難點(diǎn)分析

分析和總結(jié)教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)與難點(diǎn)，能夠在教學(xué)中明確困難、重點(diǎn)突破，使任課教師與學(xué)生在“教與學(xué)”的過(guò)程中能夠重視課程要點(diǎn)、掌握方法，并且有的放矢。以下抽選了《電機(jī)學(xué)》中的相關(guān)章節(jié)，對(duì)其主要內(nèi)容進(jìn)行了概括，分析和總結(jié)了相應(yīng)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

在“直流電機(jī)”中，教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)為直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)、感生電動(dòng)勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩、運(yùn)行原理與工作特性；他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理、機(jī)械特性及調(diào)速。難點(diǎn)是直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制、電動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制的方法與原理，以及直流電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行方式的工作原理。

在“交流電機(jī)的繞組電動(dòng)勢(shì)與磁動(dòng)勢(shì)”中，教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)為交流電機(jī)的工作原理；電動(dòng)勢(shì)與磁動(dòng)勢(shì)的基本方程式；單相繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)、三相單層繞組、基波繞組系數(shù)。難點(diǎn)是三相雙層分布短距繞組的電動(dòng)勢(shì)與磁動(dòng)勢(shì)。

在“異步電機(jī)”中，教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)是異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)、額定參數(shù)與工作原理；電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)電磁方程及工作特性；電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(shí)電磁方程及工作特性；電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子開(kāi)路時(shí)電磁方程及工作特性；三相異步電動(dòng)機(jī)的功率與轉(zhuǎn)矩。難點(diǎn)是三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與工作特性、三相異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)的測(cè)定。

3 教學(xué)方法與手段的改進(jìn)

3.1 課堂教學(xué)環(huán)節(jié)

主要通過(guò)課堂講解，并穿插課堂例題與練習(xí)進(jìn)行教學(xué)。充分運(yùn)用多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，增加知識(shí)的傳授量與傳授效率，并在教學(xué)中增進(jìn)與學(xué)生的互動(dòng)。在教學(xué)中增加電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)物照片與實(shí)物模型的展示，可以提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，從而更加有利于學(xué)生對(duì)深?yuàn)W理論的理解。合理的多媒體圖片與動(dòng)畫，可以形象地演示一些抽象的概念，并提高學(xué)生的注意力與關(guān)注度，增加其學(xué)習(xí)興趣，易于使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，從而提高其學(xué)習(xí)效率并加深對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解。

3.2 課外項(xiàng)目實(shí)踐環(huán)節(jié)

根據(jù)教學(xué)大綱的規(guī)劃，布置相應(yīng)的課外學(xué)習(xí)與調(diào)研項(xiàng)目，并給出完整的學(xué)習(xí)報(bào)告。本課程課外項(xiàng)目安排如下：

（1）培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，自學(xué)單相變壓器基本方程式、運(yùn)行特性與工作特性，掌握基本的理論分析方法；

（2）了解和熟悉本行業(yè)相關(guān)的專用軟件，并初步掌握相關(guān)軟件的運(yùn)用。例如，基于MATLAB的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生掌握運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件分析電機(jī)運(yùn)行特性與工作特性的方法。

通過(guò)上述課外項(xiàng)目實(shí)踐環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生課外實(shí)踐與自主學(xué)習(xí)，獨(dú)立完成直流電動(dòng)機(jī)工作特性的學(xué)習(xí)報(bào)告，以及完成變壓器的學(xué)習(xí)報(bào)告。通過(guò)課外項(xiàng)目環(huán)節(jié)，不僅能夠提高學(xué)生自學(xué)的主觀能動(dòng)性、增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力與理論分析水平，還能夠讓學(xué)生充分了解行業(yè)動(dòng)態(tài)，提高其獨(dú)立的實(shí)踐能力與解決工程應(yīng)用問(wèn)題的能力，為其畢業(yè)后能夠獨(dú)立工作與自主研修奠定相應(yīng)的基礎(chǔ)。

3.3 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

本課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)安排如下：

（1）變壓器性能與參數(shù)的測(cè)定；

（2）測(cè)定直流電動(dòng)機(jī)各種運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的機(jī)械特性。

通過(guò)課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，使學(xué)生在獨(dú)立得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分析數(shù)據(jù)并給出相應(yīng)的結(jié)論，再撰寫與提交書面實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐過(guò)程能夠大大增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力與應(yīng)用能力，加深其對(duì)理論知識(shí)的理解，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與自信心，而且能夠較好地培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力。

4 課程考核方式的改進(jìn)

本課程將課外實(shí)踐項(xiàng)目及報(bào)告、大作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、課后作業(yè)納入考核范疇。最終的考核包含卷面考試成績(jī)與平時(shí)成績(jī)兩部分，卷面考試成績(jī)占比為60%，平時(shí)成績(jī)占比為40%。

平時(shí)成績(jī)具體由課外實(shí)踐項(xiàng)目及報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、PPT、作業(yè)及大作業(yè)、課堂互動(dòng)等環(huán)節(jié)組成。該環(huán)節(jié)可以將學(xué)生所面臨的“被動(dòng)教”轉(zhuǎn)化為“主動(dòng)學(xué)”，能夠激發(fā)班上學(xué)生的求知熱情，喚起其主動(dòng)學(xué)習(xí)的能動(dòng)性與積極性，從而大大提高了課程的學(xué)習(xí)效果。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述教學(xué)方式、方法、考核等環(huán)節(jié)的改革與改進(jìn)，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，令學(xué)生的學(xué)習(xí)從被動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)，從厭學(xué)及畏學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)楹脤W(xué)，從而提高了選課學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力與總評(píng)成績(jī)，并在實(shí)踐中增強(qiáng)了他們解決實(shí)際問(wèn)題的動(dòng)手能力與分析能力，達(dá)到了理論聯(lián)系實(shí)際的培養(yǎng)要求。