“電機與拖動”課程教學模式的改革與實踐

徐興元?梁云朋

摘要：“電機與拖動”課程的理論性和實踐性都很強，是自動化專業的一門重要專業基礎課，其教學質量的好壞直接影響到后續課程的學習。結合筆者多年的教學實踐，本文分別從教學內容、教學方法、教學手段、實踐教學、考核方法等方面討論了“電機與拖動”課程教學改革的一些嘗試和思考。

關鍵詞：電機與拖動；教學模式；教學改革；對比法

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）36-0095-02

“電機與拖動”課程是自動化專業第一門原理與應用并重的專業基礎課。該課程應用高等數學、電路、大學物理、電子技術、自動控制理論等前期所學基礎知識分析電機的運行原理、內部電磁過程、數學模型、外部特性以及電機起動、調速和制動等工程實際問題。學好這門課程可以為電力電子技術、運動控制系統等后續課程打下良好的基礎。當前的教育模式造成學生普遍擅長學習理論性強的知識，對于牽涉工程實際的內容學習起來很困難，學習興趣也不高。鑒于電機與拖動課程在自動化專業體系中的特殊地位，如何改革現有的教學模式，激發學生的學習興趣，進而取得較好的教學效果是亟待解決的問題。本文介紹筆者長期從事“電機與拖動”課程教學的一些經驗和探索，與各位同仁共勉。

一、根據課程設置，調整授課內容

為了適應社會需求，培養“寬口徑、復合型”人才[1]，整個本科階段的課程數量尤其是選修課越來越多，每門課程的學時數量都在減少。河南科技大學的“電機與拖動”課程也不例外，由雙學期授課，壓縮為單學期88學時，進而壓縮為80學時（其中實驗課12學時）。由于以前學時較多，可以對每個知識點進行全面的講授。為了達到學時壓縮情況下教學質量不下降的要求，必須對授課內容進行合理的調整。

1.適當壓縮電機原理的內容，強化電機拖動部分的內容

電機原理部分理論性較強，主要表現為概念多、理論推導多、電磁場的內容抽象，造成部分學生一知半解，影響學習的積極性[2]?？紤]到電機主要作為自動控制系統的執行機構出現，因此自動化專業更強調電機的外部特性，電機原理僅僅為了深化對外部特性的理解。我們對電機原理部分作了如下調整：電機的工作原理部分要求學生熟練掌握；繞組接法、感應電勢和磁勢的計算部分要求學生了解處理的思路，記住必要的結論；電機內部電磁場部分要求學生會定性分析。電機的外特性和機械特性部分作為重點，并入電力拖動部分講述。

2.根據課程設置情況，適當刪減部分的內容

通常情況下，同一專業的各門課程有很多重復的知識點。為了節省學時，強化重點內容，可以對重復的內容進行刪減。以劉錦波、張承慧編寫的“電機與拖動”教材為例，第四章“變流器供電下直流電機的機械特性”占了僅僅20頁的篇幅[3]，但后續課程“電力電子技術”對此問題有更詳細的論述，因此可刪除這一章不講。第12章主要講各種微特電機，但很多學校設置了專門的后續課程“微特電機”，因此這一章也可以忽略?！半姍C與拖動”與“自動控制原理”課程同時同步開設，有些學校甚至先開設“電機與拖動”課程，因此應刪除電機啟動、調速和制動部分的過渡過程分析，僅講授穩態分析。

3.講授順序的調整

將傳統先講電機學再講電機拖動技術的順序改為講完一種電機的原理，接著講這種電機的拖動技術[4]。例如：直流部分采取先講解電機學內容接著講述直流拖動的內容，這樣做可以使學生對剛掌握的知識從后續章節學習中得到及時的應用，既可以復習以往內容，又可以學以致用，從而達到較好的教學效果。最終形成了“直流電機-直流電機拖動-變壓器-交流電機-交流電機拖動”的教學主線。

二、改革課堂教學方法，提高學生學習的積極性和主動性

1.理論聯系實際

“電機與拖動”是一門實踐性很強的課程，主要表現在電機的廣泛使用性。教師在講授時應盡量與生活中的應用實例結合起來，使抽象、枯燥的理論變得具體、生動。例如，結合洗衣機頻繁正反轉的工作過程學習電動機的啟動、制動原理；結合變頻空調如何省電學習異步電動機變頻調速原理及其在節能技術中的應用等等[5]。這些工程實例能引起學生的好奇心，激發他們的學習興趣。學生能以好奇的心態去聽課，接受新的知識，變被動學習為主動學習，才能學好這門課程。

2.采用啟發式教學

灌輸式的教學模式往往造成學生的依賴心理，學習積極性和主動性不高。鑒于“電機與拖動”課程的知識連貫性和邏輯性很強，采用啟發式教學模式可以取得較好的效果。在講解新內容時，教師有針對性地提出問題，引導學生利用已有知識得出結論，最后由教師加以補充總結。例如在講授直流電動機的調速時，首先由教師簡述電機調速的實際應用以及電機調速的必要性，然后提出問題：直流電動機的速度與哪些參數有關？引導學生回憶直流電機的速度公式；接著提出問題：速度公式中哪些參量可以改變？從而使學生主動思考得到直流電動機的三種調速方式：改變電源電壓調速、改變電樞回路電阻調速和改變磁場強弱調速；最后由教師進行總結：雖然理論上可以提高電源電壓或者增強磁場調速，但是受直流電機耐壓和鐵磁材料磁飽和性的限制，通常采用降壓調速和弱磁升速的方式調速，使得問題得到完美解決。

3.采用對比的教學方法

“電機與拖動”課程概念多、公式多、內容繁雜，學生作為初學者，會感到沒有頭緒[6]。教師在教學過程中應采用對比的方法，引導學生發現各種電機在工作原理、繞組結構、數學模型、機械特性等方面的相似性和不同點，從而加深理解。不論直流電機、交流電機還是變壓器，其共同的理論基礎均為法拉第電磁感應定律、電磁力定律、安培環路定律等，因此采用對比法教學可以收到事半功倍的教學效果。例如：對于直流電動機和三相異步電動機，兩者的共同點是：理論基礎均為電磁力定律，即轉子受到單方向的電磁轉矩驅使轉子旋轉從而完成電能向機械能的轉換。兩者的不同點是：直流電動機采用直流電源，內部磁場是穩恒磁場。而三相電動機采用交流電源，內部磁場為旋轉磁場；直流電動機通過電刷和換向器把外部直流電流轉換為電樞導體的交變電流，穩恒磁場和交變的電樞導體電流相互作用產生單方向的電磁轉矩，驅使電樞旋轉此為直流電動機的運行原理，而三相異步電動機其定子磁場是旋轉磁場，而其轉子電流則是感應電流，通過轉子與定子旋轉磁場的相對運動感應產生的，該感應電流與旋轉磁場相互作用產生電磁轉矩，這是三相異步電動機的運行原理[4]。通過對比可以使學生理順知識的前后脈絡，從而加深對知識的理解與掌握。

三、合理利用多媒體教學手段，增強學生的感性認識

傳統教學方法主要是借助板書分析各種電機的工作原理，推導數學模型，分析等效電路。這種方式使得學生對于電機實際工作情境缺乏感性認識，抽象的理論與具體的對象脫節，無法激發學生的學習興趣和動力，教學效果比較差。運用多媒體技術可以很好地解決這一矛盾[7]。例如在講解電機結構和工作原理時，在講解完以后，通過播放視頻、動畫、圖片加強學生的感性認識。又例如，旋轉磁場的產生過程比較抽象，只進行書面的理論推導，學生難以理解。這時就可以利用多媒體動畫動態地演示單相電流時產生的脈振磁場和三相對稱電流時產生的旋轉磁場，同時播放物理實驗中相關磁場形成和工作的視頻，幫助學生理解旋轉磁場的形成過程。

雖然多媒體技術可以改善教學效果，但筆者認為應該合理利用。對于公式推導，電路的向量分析等內容還是采用傳統的板書方式比較好，因為這些部分采用板書教學有助于加深學生的理解。所以，在教學過程中要因材施教，在適當的章節采用并加強多媒體教學。

四、重視實驗實踐教學，鍛煉學生的動手能力

實驗教學是必不可少的一個教學環節。學生通過實驗不僅可以驗證課堂上學到的理論知識、深化理解、增強記憶，還可以訓練初步的操作技能、激發學習興趣[8]。對于“電機與拖動”課程的實驗教學，筆者有如下幾點體會：

（1）精心編制實驗指導書，明確實驗目的。要求學生做實驗時不僅按照步驟完成實驗，還要思考實驗過程為什么這樣設計。對于反?，F象，應啟發學生深入思考，找出答案。

（2）適當增加設計性、綜合性實驗。引導學生對現成的實驗內容、步驟、要求等提出質疑，引導學生提出不同的設計方案和解題途徑。

（3）實驗室對學生開放，學生可到實驗室做實驗，搞小發明、小革新、小制作等，指導教師予以熱情指導、幫助，并提供保障條件。

五、改進考核方式，提高教學反饋的實效性

為了調動學生的學習積極性，改善學習風氣，提高教學質量，應改變以往應試教育的考核方式?！彪姍C與拖動”作為一門實踐性較強的課程，不僅要求學生理解理論知識，而且要求學生能夠利用理論知識分析工程問題，能夠掌握必要的操作技能。因此，應綜合考慮每一個學生的卷面成績、實驗操作技能以及應用理論解釋工程現象的能力，給出科學合理的評價。筆者認為，考核應遵循：全過程考核的原則，即從開始到結束，從課內到課外均考核；重能力、重素質的原則，即將學生能力和素質作為較大的權重系數在考核時加以體現；公開考核的原則，提前讓學生知道本課程的考核方式，從而制定相應的學習方案，改變以往只注重卷面成績的應試教育模式。筆者的教學實踐表明，以上考核方式能夠及時有效地了解學生對所講知識的掌握水平，從而有的放矢的地調整教學進度，提高教學質量。

六、結束語

教學實踐證明，通過以上幾方面的教學改革實踐，調動了學生學習積極性，培養了學生的綜合素質和創新能力，達到了預期的教學目標。從學生的反饋來看，教學改革是成功的。當然，教學改革是一項長期艱巨的任務，還需在今后教學實踐中進一步總結經驗，不斷完善。

參考文獻：

[1]曾麗，姚裕安.“電機與拖動”課程教學改革的探索[J].中國電力教育，2011，（18）.

[2]宋曉燕，王泳.“電機與拖動”課程教學改革的探索[J].中國科技信息，2008，（10）.

[3]劉錦波，張承慧.電機與拖動[M].北京：清華大學出版社，2011.

[4]梁云朋，張松燦.電機與拖動課程教學改革的研究[J].中國現代教育裝備，2010，（19）.

[5]王繼強，仲偉堂.“電機與拖動”教學改革的研究與實踐[J].中國電力教育，2009，（5）.

[6]厲虹，張巧杰，祁鯤.以創新能力培養為目標的“電機與拖動”教學改革研究[J].中國電力教育，2010，（4）.

[7]張麗，王振種.“電機與拖動”課程互動式教學的探討[J].中國電力教育，2010，（3）.

[8]沈華靜，朱永紅.“電機與拖動”課程教學改革初探[J].中國電力教育，2010，（12）.

（責任編輯：韓曉英）