《電機與拖動基礎》一流課程建設改革與實踐

摘要：《電機與拖動基礎》這門專業課程被普遍認為已經是目前我校電氣工程及其自動化專業的一門特殊性和專業性較強的專業基礎課，在其專業教學教材設置中一直占據著重要的主體地位，其對于專業教學質量的影響好壞直接也會影響著其涉及面廣到許多后續課程學習。本文以打造一個精品項目為研究方向，在整個課程結構與教學內容、實踐環節和在提高科研技術創新能力等各個方面都不斷進行了重大改革和創新實踐，并且也取得了一些不錯的科學研究成果。

關鍵詞：電氣工程及其自動化;電機與拖動;課堂教學改革;創新型人才

引言

《電機與拖動基礎》課程是電氣工程及其自動化特色專業的主干教學類的一門課程之一，它的課程教學質量的整體好壞將可能會直接程度影響至涉及后續的其他課程。它所要研究的對象普遍都擁有一定的實用性、普遍性，對于與它相關聯的課程，它是判斷的依據，在課程設置中有著十分重要的地位。以校級以精品一體化課程的建設工作為重點和契機，打造省級優秀精品一體化課程作為教學目標，根據需要培養“厚基礎、寬口徑、增強能力、高素質”的創新型人才精神，針對性課程在相關專業人才的培養中扮演著重要的地位和角色，在其課程結構與教學方面、實驗實踐的各個環節以及在科研創新能力方面都進行了深入的改革和實踐，為培養高水平多方面新型人才提供了合適的平臺與保障。

1、優化課程體系，調整教學內容

自動化專業《電機與拖動基礎》課程是由《電機學》和《電力拖動基礎》這兩門電力專業的基礎課程共同組織構建，內容豐富，涉及知識范圍廣。為了完全適應而重新設計的。學時為了在壓縮的情況下滿足培養質量和能力提高的需求，精簡了該專業課程的基礎理論知識，根據不同電機的基本工作原理和機電系統之間的能量傳遞，形成了以各種穩態系統分析為主，動態分析等以知識點為輔的課程結構體系。最終形成了"磁路一變壓器—直流電機—感應電機"這樣一條教學主線，經過試點來看，起到了很不錯的教學成果。

1.1壓縮電機原理的教學

電機原理是新課程《電機與拖動基礎》重點學科的教學內容之一。很久以來，為了突出顯示學科體系的完整程度，結合課時進行分配，對電機運行的原理進行了非常細致的分析。而對于自動化專業的學生來說，學習電機原理的目的主要是掌握和使用電機，為學習電機拖動方法奠定了堅實的基礎，對電機原有理論的了解就足夠了。因此，對發動機工作原理中所涉及的內容采取了較大的壓縮，例如在電機換向原理中比較困難地了解的是直流驅動電機的換向，長期以來都是電機課程是教學過程中的一個重要難點，因為電動機的換向和使用有多種影響因素，它的理論分析很難，電機用戶只要知道如何將換向器與電刷之間的火花降到零，他只簡單介紹換向造成的危險和減少火花的方法，并將原來兩個小時的教學內容壓縮到十分鐘左右。這樣既降低了學習難度，減輕了學生的學習負擔，又不影響教學效果。對交流電機的電磁場也采用了類似的處理方法。

1.2強化拖動內客的教學

《電機與拖動基礎》這門課程的教學質量優劣直接決定了它是否適合后續上課程學習。想要學習好后面的課程，必須熟練地掌握常用交直流電機的基本結構和工作原理以及電力拖動系統的運行性能分析、計算方法和實驗方法。因此，在《電機與拖動基礎》的教學中，將重點放在各種電機在其機械性能、起動、制動和調速工作過程中不同物理矢量的變化和穩態分析上。目前廣泛使用的電機，結合實際重點。如目前在我國的數控機床、輕紡機械和家用電器等產品中廣泛使用。用的三相異步電機的調頻控制系統，可以需要花費大量的時間進行詳細的分析，既有效性分析不同的頻率下調速發動機的機械性能，以及不同性能對荷載的影響。調頻后，隨著電機轉速、電流等各種物理測量值的變化趨勢，為接下來的課程進行學習奠定基礎。

1.3科研融入課程，增加了新型風力發動機的教學內容

近幾年來，隨著現代我國的綜合電力和利用電子信息科學工程技術的快速發展，它推動了中國風力發電機械和風力驅動技術的發展。一批新型特種動力電機相繼出現，并迅速應用于工業和民用產品中。如無刷直流電機、開關磁阻電機等，由于這些電機的機械動力學特性與直流電機相似，其控制價格高于三相異步電機簡單，因此以其獨特的優勢迅速發展，在我國的傳統課程中，這兩個方面內容很少，但卻充分利用了自身的電氣工程專業一級課的優勢，為了使教學內容更加適應新技術發展要求，可以在授課的過程中適當增加這部分內容，同時也為那些有意向進入這一方向的大學生本、碩、博相結合的教育工作者打下了堅實的基礎。比如，在無軸承永磁動力發電機領域是處于國內領先水平的回國學者作為本專業同時學生們舉行了多次的講座，都取得了很大的良好效果。

2、創新教學模式，完善平臺建設

2.1"翻轉課堂"的設計

“翻轉課堂”（也或者可通過簡譯簡稱為“顛倒課堂”、“反轉課堂”）主要是在當前教育信息化的教學環境下，課程教學老師向廣大學生學校提供以課堂教育過程視頻等主要作業課件為主要教學媒介和各種形式的作業學習回憶資源，學生老師可以在課堂上課前一起共同完成對于課堂教學過程視頻等主要作業和形式學習回憶資源的視頻收集與播放觀看，師生在整個課堂上一起共同完成對于作業學習回憶、協同教學探究和師生互動討論交流等各種新型實踐性教學活動的一種新型課堂教學模式。圍繞這種視頻教學模式，我們專門組織開展了"翻轉課堂"的視頻教學模式設計，大力地積極推進了作為精品課的視頻網絡直播視頻微課平臺的教學建設，按照"慕課"教學模式將各個教學章節的主要重難點教學內容以視頻微課的網絡直播教學形式實時呈現，最終在聽課學生手中利用二合一微碼視頻掃描儀的方式與視頻課件直接相連，當引導學生在網上預習本課各章節的重點內容時，采用了PBL的教學法，以老師提出來的問題分析作為教學理論依據的方式學習，遇見困惑或者問題時學生可以直接觀看視頻微課，如有困難則學生無法及時得到問題解決，可以通過翻轉課堂直播平臺及時進行問題解決及并在微信公眾社區群可以發布關于尋找貧困幫扶者的信息。

美國富蘭克林學院羅伯特塔爾貝茨教授通過多年的反轉課堂教學工作實踐，他總結并提煉出目前大家都比較普遍認可的一種翻轉式課堂模型，以此種教學流程作為基本框架，在其教學實踐中，根據其課程屬性和教學要求，探索并建立了一套新的逆向課堂教學工作組織過程框架體系。教學過程包括五個步驟：自主學習、平臺探究學習、課堂提問探究、學習成果報告和總結反饋。課堂平臺上教師作為活動的組織者，學生們都帶著課堂上的共同問題，教師通過收集總結，總結出整合的共同問題，然后給出討論的內容，總結出課堂的難點，在本課上對全校師生進行了討論和分析，提出了教師協調理論與學生實踐之間解決問題的方法。

實踐平臺主要依托省級教育實驗示范服務中心和全國大學生自主創新實踐平臺，教師帶領學生自學制作實驗大綱的全部規則，實驗內容和方法在實驗儀器等都是以視頻或視頻的形式，學生需要事先觀看有關設備的實際使用說明，教師會根據實驗結果自動給出評價;這種練習主要分為課內練習和課外練習。課堂實習在省實驗示范中心舉行，將在電機所有課程完成后舉行。課外實踐活動由教師組織安排，充分利用大學生的創新實踐平臺，在課余時間開展一系列的科學研究活動，最終確保課程結束后的考核能夠達標。如果學生在實習期間遇到困難，可以通過參加課堂會議或在線視頻平臺查找材料，平臺為他們提供電機專業知識和應用的參考文獻、成熟電路框圖及編程代碼，學生們登錄后就可以去平臺上下載并參考自己的設計，遇到疑難就可以和集體群內的教師進行交流，實現了平臺之間互動的契合機制。

2.2考核方式的改革

《電機與拖動基礎》作為學校電氣工程及其自動化專業的核心課程之一，多年來一直被期末考試卷作為衡量學生成績的唯一尺度，這使得它不能很好地適應大學生綜合素質的培養，我們將是其中的一個理論，實驗班和實踐班進行了全面評估，理論班的成績占全部學生總分的60%，實驗班的成績占全部學生總分的60%，實踐班20%，理論班的考核內容是包含了預習時間績和期末考試成績，分別是30%和70%的百分率。實驗班考核了學生在課內進行實驗時的表現，由班主任課堂老師負責指導。實踐班通過考核學生在課外參加科技操作等活動時的表現情況，圍繞在電機操作等方面的實際運行和應用進行了設計，要求學生利用實際操作進行演示，根據結果提供的總評分數，三人一個操作小組，內部的組員確定各自所獲得的評分數量平均值。

3、改革教學手段，提高教學質量

在我國現代信息化社會已經到來的今天，通訊科學技術和媒體等手段正在得到迅猛發展，使得課堂教學的方式與手段也在不斷地改變。傳統的教學模式主要包括：黑板+粉筆。這種方法費時費力。此外，電機與拖動的基本概念是抽象的，有大量的計算公式可供推導和說明。采用傳統的教學方法，不僅浪費時間，而且學生的理解不夠深刻，教學效果差。因此，本次改革的重點是多媒體課件的制作和模型教學，效果顯著。

3.1采用電機模型教學，提高學生感性認識和學習熱情

在課堂教學中，模型化的教學極大地加深了小班學生對于電機的情緒感性認知和學習興趣。在近幾年的課堂教學工作和實踐中，我們充分利用我們所有的學科資源，以國家電氣工程系的一個項目為契機，逐步增加風電機組的新型教學模式。該模型在無線電源條件下運行時間短，能反映電機運行的物理現象，如電機啟動、發熱、溫升等。學生對模型有濃厚的研究興趣，可以根據模型提出許多問題，這不僅加深了學生對運動的接觸性和知覺意識，也提高了大學生對運動的興趣和學習熱情。

3.2采用ANSYS進行電機磁場模擬，提高學生對"場"抽象概念的理解和認識

電機的磁場本身就是一個很抽象的觀點，學生們在進行這個運算的過程中常常會覺得很難有人能夠充分地理解與接受。針對這種情況，在教學過程中，采用ANSYS模擬電機磁場，并結合多媒體課件展示電機內部磁場的產生過程。例如，在講解三相異步電機在高速旋轉中磁場所以產生的問題時，利用這個方法，不僅能夠加深學生的感性認知，而且極大地增強了學生對于電機理論和實踐的興趣。

4、注重課內外實踐結合，創新實踐能力培養

4.1創新實踐教學內容

為了培養學生的理論和實際操作技能，在第五學期學習電機課程后，我們依托省實驗示范中心安排了電機制造實踐課程。在設計了異步電動機的設計要求后，向所有學生講授該課程。在配備了機械部件和相關的原理材料后，學生可以自主選擇電機參數，并且自己動手做好的繞組、并且完成了繞組的下線、絕緣敷設、發電機的安裝、絕緣性能測試、空載性能測試、滿載性能測試。通過這種實踐，學生一方面提高了對電機結構和原理的認識，另一方面，鍛煉了大學生的實際操作能力和綜合設計技術。在這一實踐活動中，翻轉課堂的教學模式得到了體現，真正讓學生做到了自主學習。

4.2提高學生的綜合應用能力

在訓練學生綜合應用能力的過程中，以控制理論和現代電力與電子技術作為教學基礎，注重培養學生應用實際操作能力。在對傳動系統進行了綜合設計和應用技術方面的訓練。以降壓變換器為主控制電路，以STM32單片機為控制核心，實現了直流并聯電動機定子串聯電阻起動控制系統;由單片機驅動控制的發電機逆時運行的控制器;鼠籠式異步直流電動機改變極調速自動控制器;鼠籠式異步電動機Y-△起動控制器;設計了以DSP為控制器的異步電機變頻調速系統、開關磁阻電機控制系統和無刷直流電機控制系統的專用電機控制系統。

5、結束語

近年來，通過對《電機與拖動基礎》課程教學實踐與改革，加大了我們在教學課堂上的各類教學資料收集數量，調動了我們的優秀學生積極自主學習參與課堂學習的主動積極性，培養了我們的優秀學生創新的意識與動手操作能力。當然，教學改革仍然是一項長期而艱巨的工作，還有大量工作需要去做。希望以電氣工程一級學科現具有自身的優勢與特色，以適應科技進步和社會、國際化而提高的人才需求為導向，以培養國家級創新一流人才為最終目標，以學院精品項目建設計作為研究契機，經過3～5年的實踐和建設，使本項目的師資力量、教材、課程系統、教學技術手段、互聯網資源、現代化的實驗性教學和研究基地等眾多方面達到國內領先水平，將《電機與拖動基礎》課程建設成為省級質量工程，推動各類素質教育課程相關項目的實施。

參考文獻

[1]劉啟新，張麗華.改革《電機與拖動》教學培養合格本科應用型人才[J]南京工程學院學報，2003，3（2）：27—28.

[2]李文輝，丁守成.電機類課程教學改革的研究與實踐[J]電氣電子教學學報，2004，26（5）：18—20.

[3]李培根.主動實踐——新能力培養的關鍵[N].華中科技大學周報，2006，（215）：1.

[4]楊澤斌，孫玉坤.電氣工程及其自動化專業實踐教學的探索與思考[J].電氣電子教學學報，2007.29（1）：69—71.

項目保留

本文為湛江科技學院“品牌提升計劃”2021年校級一流課程建設項目：“電機與拖動基礎線下一流課程”（項目編號：PPJH202112YLKC）;湛江科技學院2020年校級教育教學改革研究項目：“新工科視域下應用型本科高校電氣類專業人才培養模式創新研究與實踐”（項目編號：JYJX2020039）的研究成果。

作者簡介

全發（1971-2），男，漢族，廣東湛江人，本科學歷，湛江科技學院，副教授，研究方向：機電一體化技術。