主頁 > 技術(shù)文章 > 關(guān)于“電機學(xué)”課程教學(xué)的改革與實踐 2022-04-22

關(guān)于“電機學(xué)”課程教學(xué)的改革與實踐

摘要：《電機學(xué)》是電氣工程及自動化等專業(yè)的一門主要技術(shù)基礎(chǔ)課,是工科大學(xué)公共基礎(chǔ)課與專業(yè)技術(shù)課之間的一座橋梁,具有與工程實際密切聯(lián)系的特點。本文結(jié)合多年來的電機教學(xué)實踐、教學(xué)改革以及課程系統(tǒng)建設(shè)所取得的初步成果，從課程特點、專業(yè)特點、教學(xué)實踐、教材建設(shè)、教學(xué)改革、課程輻射、科研拉動等方面入手，總結(jié)了電機學(xué)課程教學(xué)改革的方法和電機及電氣技術(shù)實踐經(jīng)驗，使學(xué)生不僅學(xué)習(xí)理論知識,而且了解和掌握解決工程問題的一般方法,以及培養(yǎng)解決電機及電氣技術(shù)實訓(xùn)裝置具體問題的動手能力,為此我們在《電機學(xué)》課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、電機及電氣技術(shù)實驗等方面進(jìn)行了有益的探索與實踐．
　　“電機學(xué)”課程是電氣工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。課程主要內(nèi)容包括：變壓器，交流電機繞組理論，異步電機和同步電機以及直流電機，共五篇。課程的特點是理論性強、概念多，與工程實際聯(lián)系密切。學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，將獲得電機的基本理論知識、基本分析方法和基本實驗技能，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)專業(yè)課和從事相關(guān)專業(yè)工作打下堅實基礎(chǔ)。
一、電氣工程專業(yè)學(xué)習(xí)特點：
　　在基于我校信息與電氣工程學(xué)院國家級重點學(xué)科“農(nóng)業(yè)電氣化與自動化”的基礎(chǔ)上，著眼于地方電網(wǎng)，從控制與運行的角度進(jìn)行講授。本專業(yè)培養(yǎng)能夠從事與電氣工程有關(guān)的系統(tǒng)運行、自動控制、電力電子技術(shù)、信息處理、實驗分析、研制開發(fā)、經(jīng)濟(jì)管理、工程設(shè)計與施工以及電子與計算機應(yīng)用等領(lǐng)域工作的寬口徑復(fù)合型高級工程技術(shù)人才。課程設(shè)置偏重于電力系統(tǒng)及其自動化，主要學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)的運行分析、系統(tǒng)規(guī)劃、自動化技術(shù)應(yīng)用等方面的知識。知識結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)了強電與弱電相結(jié)合，電工技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合，軟件與硬件相結(jié)合，工程與科技開發(fā)相結(jié)合的特點。
二、課程特點：
　　本課程基于在電力系統(tǒng)中運行的各種電機進(jìn)行分析與研究，因此電機的“功率”特征十分明顯；著重于穩(wěn)態(tài)分析，與先期課程銜接緊密，如普通物理、電路原理等；因普遍涉及鐵磁材料，故非線性（飽和）問題是必須面對的；一方面，課程在遵循經(jīng)典電工與電磁理論的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)嚴(yán)密，教學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯性強，另一方面，許多結(jié)論是在合理的忽略次要因素后得出的，因此工程意義上的允許偏差與數(shù)學(xué)意義上的精確，在學(xué)生課程學(xué)習(xí)中面臨沖突；實驗中，學(xué)生開始接觸更加真實的電機控制、運行與測量，結(jié)合實際緊密，是鍛煉綜合動手能力的很好機會。特別是在電力系統(tǒng)中運行的各種電機，彼此既相對獨立又相互關(guān)聯(lián)，這些在增加了學(xué)生課程學(xué)習(xí)難度的同時，也打開了一扇幫助學(xué)生了解電機、電器以及電力系統(tǒng)知識的窗戶。較好的課程教學(xué)成果，不僅能夠擴大學(xué)生的知識面，而且還能培養(yǎng)學(xué)生掌握電機及電氣技術(shù)基礎(chǔ)理論知識的能力、系統(tǒng)的分析方法以及綜合運用所學(xué)知識解決具體問題的能力。另外，課程的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)對理論聯(lián)系實際、培養(yǎng)學(xué)生對電機及電氣技術(shù)動手能力、分析解決工程中的實際問題和科學(xué)研究能力的培養(yǎng)尤為重要，是課程教學(xué)不可缺少的重要組成部分。
三、教學(xué)實踐：
　　多年來的本科“電機學(xué)”課程教學(xué)實踐，基本形成了較為完整的教學(xué)思路與做法，主要體現(xiàn)出如下幾點：
　　（1）課程內(nèi)容講授中，體現(xiàn)了加強基礎(chǔ)，重點突出，注重啟發(fā)，強調(diào)實踐，綜合評價。加強基礎(chǔ)就是力求使學(xué)生掌握本課程要求的基本理論和分析方法，以及發(fā)展前沿、技術(shù)焦點等問題；重點突出是指課程中的最重要的一些概念與結(jié)論，必須講好、講透，比如“T”型等效電路、磁勢平衡、電樞反應(yīng)等；注重啟發(fā)包括課堂講授中的啟發(fā)互動做法，以及實驗、討論中的語言與角色把握；強調(diào)實踐是指注重實驗教學(xué)與課程講授之間互動以及相輔相成的有機聯(lián)系；綜合評價是全面評價學(xué)生課程學(xué)習(xí)的整體表現(xiàn)，多年來，一直堅持平時成績與期末考試成績按比例計入總評成績。
　�。�2）課程內(nèi)容組織上，注意結(jié)合本專業(yè)需求，在“基礎(chǔ)與精髓不漏”的前提下，對一些涉及設(shè)計、制造及在少學(xué)時情況下較難理解的內(nèi)容，如交、直流電機繞組、時-空向量分析等，進(jìn)行刪減，適當(dāng)精簡或簡化電機電磁理論的闡述及推導(dǎo)，注重結(jié)論的理解與應(yīng)用。在每一篇的最后，講授一些典型應(yīng)用，比如變壓器之后，介紹互感器；異步電機之后，介紹單相異步電動機以及變頻驅(qū)動；同步電機之后，介紹永磁同步風(fēng)力發(fā)電機；直流電機之后，介紹無刷直流電動機等。這樣，既鞏固了學(xué)生對本篇主要結(jié)論的印象，又避免了“通篇學(xué)完電機學(xué)，只知四種電機”的尷尬局面。
（3）注重語言表達(dá)和多媒體的合理應(yīng)用。課堂上，介紹概念需要表達(dá)準(zhǔn)確，推導(dǎo)過程需要嚴(yán)謹(jǐn)，但好的課堂講授效果，與表達(dá)方式有很大關(guān)系，這里不僅有語言表達(dá)和口齒的問題，更有良好的語言運用、知識積累和直觀形象展示的問題。如，介紹到變壓器勵磁電流性質(zhì)時，會涉及到在鐵芯磁路飽和時，正弦分布的基波勵磁電流，會產(chǎn)生平頂形態(tài)的磁通波形，反之，欲獲得正弦分布的磁通波形，則需配合適當(dāng)非正弦分布的勵磁電流供給。這樣的內(nèi)容，學(xué)生第一次接觸，難理解，不易記憶，用一句成語，“魚翅與熊掌不可兼得”去概括，收效很好；在講授交流電機三相合成旋轉(zhuǎn)磁勢時，自制的Flash動畫，直觀、形象地演示出了駐波、行波以及合成等曲線圖形，有助于學(xué)生理解和記憶。再比如，在用電磁轉(zhuǎn)矩物理公式，解釋異步電動機起動電流大的現(xiàn)象時，需說明主磁通大幅減小，且轉(zhuǎn)子回路功率因數(shù)很低，從而造成轉(zhuǎn)子電流幅值很大的局面，用一句成語，“屋漏偏逢連陰雨”去描述，就很形象。在多媒體課件設(shè)計上，著重兩個思路：循序漸進(jìn)層層深入的思維過程的啟發(fā)式引導(dǎo)，形象直觀的物理過程可視化展示。顯然在課件中，大量的文字堆砌，無助于脫稿講授，大量公式的粘貼，替代不了連貫的現(xiàn)場推導(dǎo)與演繹。多年的教學(xué)過程證明，良好的授課表達(dá)方式可有效地提高教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
（4）努力使電機及電氣技術(shù)實驗教學(xué)與課堂教學(xué)相得益彰。主要做法包括：以驗證性實驗，作為“規(guī)定動作”，用以強化對課堂中對應(yīng)重要結(jié)論與概念的印證；以自選性實驗，提高學(xué)生實驗的主動性與興趣，其中的內(nèi)容，既有教師引導(dǎo)形成的，也有學(xué)生自己思考提出的。為此，我們進(jìn)行了實驗課程的單獨設(shè)課，增加實踐教學(xué)的設(shè)計性、綜合性、趣味性；放手讓學(xué)生自己去準(zhǔn)備、設(shè)計、接線、調(diào)試、排除故障等。當(dāng)學(xué)生在實驗中的主動性被激發(fā)出來后，思考、興趣、想法等會接踵而來，不僅會有效地促進(jìn)課程內(nèi)容學(xué)習(xí)理解，還會激發(fā)出一些學(xué)生因動手能力強，而產(chǎn)生的自信心，一些學(xué)生就是因此而產(chǎn)生出許多創(chuàng)新性的想法與做法，我們所教的學(xué)生中就有許多這樣的實例。
　�。�5）著力培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)�？茖W(xué)作風(fēng)的培養(yǎng)，是可以也應(yīng)該貫穿于課程教學(xué)始終的。課堂上，講課的邏輯性，推導(dǎo)的縝密性，批改作業(yè)的嚴(yán)謹(jǐn)性，是一種基本體現(xiàn)，實驗中的科學(xué)作風(fēng)更應(yīng)注重。實際上，一次電機學(xué)實驗，就是一次微型的、科學(xué)的、有工程意義的科學(xué)訓(xùn)練。學(xué)生們需課前認(rèn)真設(shè)計實驗內(nèi)容，在實驗中，正常、合理使用儀器設(shè)備操作，發(fā)現(xiàn)和解決問題；實驗后，對實驗數(shù)據(jù)的分析整理，撰寫實驗報告。在這其中，學(xué)生得到的訓(xùn)練是較為全面的，其中任何一個環(huán)節(jié)出問題，都可能導(dǎo)致結(jié)論的不準(zhǔn)確，這樣系統(tǒng)的科學(xué)訓(xùn)練，是課堂教學(xué)中不易找到的。
　�。�6）堅持培養(yǎng)良好的學(xué)風(fēng)。對學(xué)生要求嚴(yán)格，是“電機學(xué)”課程多年的傳統(tǒng)。課上，我們堅持要求學(xué)生不遲到，不無故缺席，不抄襲作業(yè)，保持良好的課堂秩序，并屆屆相傳。多年來的教學(xué)實踐表明，對學(xué)生的嚴(yán)格要求，并沒有使我們失去學(xué)生的尊重，我們以嚴(yán)以律己、一絲不茍的治學(xué)態(tài)度及對學(xué)生嚴(yán)與愛的統(tǒng)一之中，贏得了歷年的好評。事實證明，我們的絕大部分學(xué)生是好學(xué)的、理智的、明辨是非的。我們認(rèn)為，只要教師的投入放在精通業(yè)務(wù)、全面了解本學(xué)科狀況與動向、提高教學(xué)質(zhì)量和水平上，把身段放在去了解學(xué)生，關(guān)心和幫助學(xué)生，嚴(yán)格要求學(xué)生，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中健康成長方面，學(xué)生心里的那桿稱，是公平的。
四、改編實驗教材：
實驗教材在實驗教學(xué)中起重要的作用。除了對教材的基本要求外，一本好的實驗教材應(yīng)該有以下一些特點:
第一能自成體系，能系統(tǒng)、全面地介紹實驗原理、實驗方法。當(dāng)學(xué)生遇到有關(guān)實際問題時，能從實驗教材上找到分析問題、解決問題的方法。
第二應(yīng)與實驗設(shè)備緊密結(jié)合。第三能給出較多思考題，學(xué)生實驗前能根據(jù)問題進(jìn)行預(yù)習(xí)；實驗中帶著問題進(jìn)行操作；實驗后能在實驗結(jié)果中找問題的答案。
我們以“MY-D2電機及電氣技術(shù)實驗裝置”為主線,與工科大學(xué)一起編寫了《電機及拖動基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)書》相應(yīng)的實驗指導(dǎo),該教材系統(tǒng)介紹了電機學(xué)課程中的實驗原理、實驗方法。教材自成體系，在理論和實際結(jié)合的內(nèi)容方面留給學(xué)生充分的思考余度，以利培養(yǎng)和提高學(xué)生的實驗動手能力和獨立分析、解決問題的能力。該實驗教材在實驗教學(xué)中取得了良好的效果。
五、加強實驗室建設(shè)：
為全面提高教學(xué)質(zhì)量，深化學(xué)生對理論知識的理解和認(rèn)識，為今后工程能力的進(jìn)一步培養(yǎng)打下基礎(chǔ)，在電機學(xué)課程實驗教學(xué)改革中，我們注重加強實驗室的建設(shè)。
近年來我校電機實驗室在原有設(shè)備基礎(chǔ)上，大幅度改善了實驗教學(xué)條件，投資百余萬購進(jìn)多臺上海茂育科教設(shè)備有限公司研制的“MY-D2電機及電氣技術(shù)實驗裝置”。該裝置是一種功能齊全的新型綜合性實驗裝置，具有配置齊全、功能齊全、結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便、體積小而適應(yīng)面廣、且有擴展能力等特點，能開設(shè)出20多個電機類的教學(xué)實驗。
實驗條件為電機學(xué)實驗教學(xué)改革提供了有力的物質(zhì)保證。因設(shè)備臺數(shù)增加，實驗小組人數(shù)減少，一般以2人一組比較合適，合理的分組使得每個學(xué)生都能認(rèn)真進(jìn)行實驗，避免了以往實驗時出現(xiàn)的有人操作，有人旁觀的現(xiàn)象，增加了學(xué)生的動手機會，有利于學(xué)生能力培養(yǎng)，取得了明顯的教學(xué)效
五、電機學(xué)課程輻射：
　　課程主講教師曾經(jīng)的一個電機專業(yè)教學(xué)“一條龍”不間斷培養(yǎng)的設(shè)想，在一些學(xué)生身上實現(xiàn)了。例如，一個電機課代表，對電機產(chǎn)生了濃厚的興趣，在課程學(xué)習(xí)后期主動找到主講教師，要求參加科研項目，當(dāng)時一個與電機相關(guān)的科研項目是小型離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電，于是，學(xué)生從擰螺絲釘固定機組開始，到學(xué)習(xí)變頻電動機控制、異步發(fā)電機的并接電容器自勵，到完整的進(jìn)行科研實驗測試、撰寫文章，不到一年的時間，全面進(jìn)入科研角色；在大四免試推薦研究生階段，僅在最后一刻，與一所國內(nèi)一流大學(xué)失之交臂，但隨后，被另一所首批國家 “985工程”的大學(xué)很快錄取了，理由就是科研能力好（當(dāng)然學(xué)習(xí)成績也不差）；在之后自然選擇主講教師作為指導(dǎo)教師的畢業(yè)設(shè)計中，由于題目的前期積累，也獲得了學(xué)校百篇優(yōu)秀本科畢業(yè)論文的獎勵。一門專業(yè)基礎(chǔ)課的內(nèi)容，能夠延續(xù)到畢業(yè)論文階段，作為課程教師，我們深感欣慰。
六、科研拉動：
　　對于高校工科教師而言，教學(xué)與科研相得益彰。比如，結(jié)合與企業(yè)合作設(shè)計生產(chǎn)雙速自制動三相異步電動機的項目，直接參與了雙速繞組、鐵芯、磁場與性能校驗等電磁設(shè)計，以及樣機試制、實驗，到批量生產(chǎn)的全過程。這些一手電機設(shè)計與生產(chǎn)經(jīng)驗，不僅加深了對課程相關(guān)內(nèi)容的理解和掌握，同時很大程度的豐富了教學(xué)內(nèi)容，課堂以及實驗教學(xué)實踐中，自然心中有底，言之有物。又例如，在我們所承擔(dān)的有關(guān)農(nóng)村新能源發(fā)電的國家“十一五”科技支撐項目子課題中，所涉及的內(nèi)容較為繁多，但多年來電機學(xué)課程教學(xué)所積累的較為扎實的基本概念和學(xué)科知識，使我們能夠與團(tuán)隊成員一起，交出了較為圓滿的課題任務(wù)答卷，取得了多項具有自主知識產(chǎn)權(quán)的成果、技術(shù)與裝備。
七、結(jié)束語：
　　“電機學(xué)”課程是一門自動化、電氣工程及其自動化專業(yè)等專業(yè)的傳統(tǒng)課程，在新形勢下，需要教師實際投入。從電機及電氣技術(shù)實驗課程教學(xué)內(nèi)涵而言，應(yīng)該多思考，勤實踐，不斷豐富和完善課程教學(xué)體系；從課程教學(xué)外延來看，應(yīng)該從電機及電氣技術(shù)實驗專業(yè)系統(tǒng)培養(yǎng)，工程應(yīng)用需求，動手能力培養(yǎng)，后續(xù)課程拉動等多方面、多角度，去思考課程教學(xué)的改革與內(nèi)容的更新。

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