趙 浩

(嘉興學(xué)院南湖學(xué)院機(jī)電與建筑工程系, 浙江 嘉興 314001)

引言

電機(jī)是電氣工程及其自動化專業(yè)的學(xué)生將來所要從事的工程設(shè)計、設(shè)備安裝、系統(tǒng)調(diào)試、維修保養(yǎng)等工作中面對的重要設(shè)備，作為介紹多種電機(jī)結(jié)構(gòu)、原理、性能的課程《電機(jī)學(xué)》，是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是學(xué)生由多年理論課學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)課學(xué)習(xí)的首門課程.該門課程與實際接觸緊密，理論性強(qiáng)、抽象概念多，講述的內(nèi)容不僅是后續(xù)專業(yè)課的理論基礎(chǔ)，也是電氣工程領(lǐng)域?qū)嵺`問題的理論依據(jù)，因此，如何讓學(xué)生在有限的時間內(nèi)掌握電機(jī)的基本理論，以及培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力，具有重要的現(xiàn)實意義[1].

課程中的多種電機(jī)工作原理都是建立在基本的電磁定律的基礎(chǔ)上，它們在基本特性上有許多共同之處，但又有各自的特點，因此在學(xué)習(xí)過程中要抓住主要矛盾，集中掌握基本規(guī)律和主要理論，將各種電機(jī)聯(lián)系起來，分析和掌握共同規(guī)律，并注意各自的特殊性[2].

本文結(jié)合嘉興學(xué)院南湖學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)的培養(yǎng)方案，以培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新人才為導(dǎo)向，對本門課程提出了幾點教學(xué)改革措施，包括課程的理論教學(xué)、實驗教學(xué)、考核方式以及注重實踐這幾個方面，并用于實際的教學(xué)過程中，取得了較好的成效，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)課程的積極性.

1 理論課程體系的合理優(yōu)化

在理論授課過程中，采用的教材是機(jī)械工業(yè)出版社編寫的《電機(jī)學(xué)》第四版，課程的主要內(nèi)容包括磁路、變壓器、直流電機(jī)、交流電機(jī)理論的共同問題、感應(yīng)電機(jī)和同步電機(jī)六大部分[3]，詳見表1.

本課程在本?，F(xiàn)有的電氣工程及自動化專業(yè)學(xué)科人才培養(yǎng)方案中設(shè)置的總課時為84，其中理論課72課時，實驗課12課時，在二年級第二學(xué)期一個學(xué)期內(nèi)完成，每周為5課時.由于課程知識點較多，理論性和實踐性較強(qiáng)，這么大的知識量對于學(xué)生來說很難在課后短時間內(nèi)完全理解；且部分理論性很強(qiáng)的章節(jié)在不影響整個知識構(gòu)架的情況下可以適當(dāng)刪減，但如果后續(xù)課程一定要用到某些理論知識或者數(shù)學(xué)推導(dǎo)，也要花力氣給學(xué)生講明白，基于此，首先對課程的時間安排和授課內(nèi)容作出如下調(diào)整.

表1 電機(jī)學(xué)理論課程內(nèi)容

1)課程時間安排 將課程分在兩個學(xué)期授課，第一學(xué)期講授磁路、變壓器、交流繞組和同步電機(jī)部分，共40課時，平均每周2.5課時；第二學(xué)期講授異步電機(jī)和直流電機(jī)部分，共32課時，每周2課時.與之配套的實驗課時也分兩個學(xué)期完成，第一學(xué)期6課時，第二學(xué)期6課時.這樣學(xué)生就會有更充足的時間來學(xué)習(xí)和掌握這門重要的專業(yè)基本課，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下扎實的基礎(chǔ).同時，在教學(xué)內(nèi)容上，應(yīng)與先修課程和后續(xù)課程做好合理的銜接，做到教學(xué)內(nèi)容不重復(fù)、不脫節(jié).對理論教學(xué)的課時和授課內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整.

2)理論課時的調(diào)整 理論課時的調(diào)整見表2.

表2 原大綱理論課時與優(yōu)化后理論課時的比較

從表2可知，調(diào)整后磁路、交流電機(jī)理論的共同問題、感應(yīng)電機(jī)和同步電機(jī)四大部分內(nèi)容的課時有了變化.對于磁路部分，磁路的概念基本貫穿整個課程的講解過程，適當(dāng)補充與磁場相關(guān)的物理量和基本的電磁定律，比如磁場強(qiáng)度H、磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁通量Φ、通電導(dǎo)體在磁場中受力、法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律等等，同時強(qiáng)調(diào)磁路基本定律的重要性，包括安培環(huán)路定理、磁路的歐姆定理和磁路的基爾霍夫第一、第二定理，這些基本定理是磁路計算的基礎(chǔ)，也是各種電機(jī)工作的重要理論支撐；定性介紹常用鐵磁材料的磁化過程、特性以及損耗的產(chǎn)生過程；重點講解直流磁路的計算步驟和方法，包括串聯(lián)磁路和并聯(lián)磁路，永磁磁路的計算不作要求；電抗與磁導(dǎo)的關(guān)系不作要求.對于交流電機(jī)理論的共同部分，著重講解氣隙磁場正弦分布時交流繞組的感應(yīng)電勢，以及通入正弦交流電時(單相和三相)繞組(單相和三相)的磁動勢，此兩項為講解感應(yīng)電機(jī)和同步電機(jī)的工作原理的理論基礎(chǔ)；其余部分內(nèi)容只作定性介紹.對于感應(yīng)電機(jī)與同步電機(jī)部分，感應(yīng)電機(jī)是工程實際中應(yīng)用最為廣泛的設(shè)備之一，主要用作電動機(jī)；而同步電機(jī)則是主要用于發(fā)電機(jī)或?qū)﹄娋W(wǎng)進(jìn)行功率因數(shù)補償，其應(yīng)用面相對感應(yīng)電機(jī)較窄，因此理論講解時應(yīng)向感應(yīng)電機(jī)部分傾斜.

2 改進(jìn)課堂教學(xué)方法

本門課程的特點是理論性強(qiáng)，概念比較抽象且涉及面廣，比如時間相量、空間矢量、電樞反應(yīng)、旋轉(zhuǎn)磁場、脈振磁場、磁勢平衡、槽電勢星形圖、基波和諧波等等，基本都是看不見、摸不著的電磁場關(guān)系；公式推導(dǎo)比較多和繁瑣，比如反電勢、電磁轉(zhuǎn)矩、繞組歸算、等效電路、電壓方程等等，學(xué)生看到這些公式心里就沒底；電機(jī)的工作原理是以其機(jī)械結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，而現(xiàn)有的教材中的平面圖形學(xué)生難以理解，想象不出具體的電機(jī)結(jié)構(gòu)，為學(xué)習(xí)電機(jī)的工作原理帶來了很大的障礙.基于此，對課堂的教學(xué)方式進(jìn)行了如下改進(jìn).

1)化抽象為直觀和形象 利用3D和VB編程技術(shù)，在課件中插入大量圖片和動畫，結(jié)合透明模型以及錄像，演示電機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)、繞組連接、磁場分布和變化、電機(jī)分析中等效電路、相量圖以及起動調(diào)速運行性能等不易為學(xué)生理解的知識.其次，多媒體課件插入大量特種電機(jī)模型，通過課堂演示，讓學(xué)生能夠認(rèn)識到課本上還沒有涉及到但應(yīng)用廣泛的特種電機(jī)，使教學(xué)更加適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展要求[4].

2)電機(jī)實物模型教學(xué) 模型教學(xué)可以加深學(xué)生對電機(jī)的感性認(rèn)識和學(xué)習(xí)興趣，模型在通電情況下，能短時間運行，能反應(yīng)電機(jī)運行中物理現(xiàn)象，如電機(jī)起動，發(fā)熱和溫升等.學(xué)生對模型有強(qiáng)烈的研究興趣，基于模型能提出不少問題，加深了學(xué)生對電機(jī)的感性認(rèn)識，同時還增強(qiáng)了學(xué)生對電機(jī)的學(xué)習(xí)熱情[4].

3)注重板書和定性分析 課堂理論教學(xué)除了要播放多媒體電子課件以外，還要采用交互性很強(qiáng)的“黑板+粉筆”這種傳統(tǒng)方式(對青年教師養(yǎng)成良好的教學(xué)習(xí)慣尤為重要)，以有效地抓住學(xué)生的思路，授課過程合理的“慢”下來，提高教學(xué)效果；弱化公式推導(dǎo)，掌握最終結(jié)論，注意哪些物理量對結(jié)論有影響；強(qiáng)調(diào)基本理論和基本概念，構(gòu)建一套采用電磁符號描述來闡述電機(jī)工作原理和特性的方法，對電機(jī)使用時的分析只作定性的描述，暫不要求做定量的計算.

4)注重啟發(fā)和引導(dǎo)教學(xué)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識 課堂教學(xué)中要注重啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行獨立思考，比如在講解直流電機(jī)的工作原理時，以通電導(dǎo)體在磁場中受力這一基本定律為切入點進(jìn)行問題設(shè)置，如果直流電機(jī)只有定子磁場和轉(zhuǎn)子繞組的話，是否可以實現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)？如果不能，是什么原因?qū)е拢拷鉀Q的方法和措施又是什么？電機(jī)轉(zhuǎn)子受力旋轉(zhuǎn)后是否會產(chǎn)生感應(yīng)電勢？為什么該電勢稱為反電勢？該電勢在電機(jī)的整個過程中起到了什么作用？如果在直流繞組中通入交流電會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？對原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，是否可以實現(xiàn)其它新的功能？又如異步測速發(fā)電機(jī)，為什么激磁繞組和輸出繞組在空間上是正交的？激磁繞組如果通入直流勵磁是否能夠達(dá)到原來的測速功能？測速發(fā)電機(jī)的誤差哪些是可以抑制的？為什么可以抑制？此外，可以根據(jù)課堂的講解內(nèi)容，引入相關(guān)科研成果進(jìn)行介紹，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識，鼓勵學(xué)生大膽質(zhì)疑，提出不同的見解和觀點，為學(xué)生提供發(fā)表自己見解的機(jī)會，師生互動研討，使學(xué)生變客體為主體，可培養(yǎng)、提高學(xué)生獨立思考的能力和對課程的學(xué)習(xí)興趣，并通過這樣一系列的啟發(fā)和引導(dǎo)，實現(xiàn)學(xué)生思維從基本的概念和理論到應(yīng)用創(chuàng)新的延伸.

3 加強(qiáng)實踐教學(xué)

實踐教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力十分重要，因此，要注重和加強(qiáng)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對學(xué)生進(jìn)行積極的指導(dǎo)和引導(dǎo).

1)增設(shè)實驗室開放項目 根據(jù)課堂上已經(jīng)講解過的理論知識，比如說交流異步電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，理論課已經(jīng)知道控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的關(guān)鍵在于調(diào)換任意兩相交流電的相序，而繼電器-接觸器可以實現(xiàn)開關(guān)的切換，且通過時間繼電器的控制可以設(shè)定開關(guān)的切換時間.然后由教師提出實驗?zāi)康摹⒁蠛妥⒁馐马椀?，實驗方法和步驟由學(xué)生自己擬定，如果實驗失敗，原因是什么，如何檢查線路連接的正確性，等等，達(dá)到提升學(xué)生解決實際應(yīng)用問題能力的目的.

2)鼓勵學(xué)生積極申報各類校級、省級學(xué)生科研項目 當(dāng)學(xué)生有了一定的創(chuàng)新意識和必要的知識儲備以后，鼓勵學(xué)生開展以解決實際工程問題為目標(biāo)的科研項目申報，比如說目前單相罩極電機(jī)存在啟動力矩小、轉(zhuǎn)矩脈動大的不足，是否可以找到解決這些問題的方法和措施？直流電機(jī)換向過程中存在轉(zhuǎn)矩波動，負(fù)載時更為明顯，能否對直流電機(jī)的換向進(jìn)行改善？

4 改革考核方式，注重過程并增加實驗考核比重

本門課程的原有考核方式為期末考試加平時考核，其中期末考試采用閉卷考試，占總成績的70%；平時考核占總成績的30%，其中10%為實驗成績，20%為平時作業(yè)和到課率情況考核.原有的考核方式中：期末考試成績的比重偏大，導(dǎo)致學(xué)生平時學(xué)習(xí)勁頭不足，考試前臨時突襲復(fù)習(xí)，甚至出現(xiàn)考試時帶小抄的作弊現(xiàn)象；實際操作技能部分的考核分量不足，導(dǎo)致學(xué)生在做實驗時課堂秩序較差，且實際操作時只是簡單的按照實驗指導(dǎo)書上的步驟進(jìn)行，沒有對實驗原理進(jìn)行深入的思考，實驗出現(xiàn)問題時只會向?qū)嶒灷蠋熐笾?，不能找出故障所在并將其解決，無法將理論課上的知識與實際操作和應(yīng)用有機(jī)融合，達(dá)不到本門課程的最終學(xué)習(xí)目的；學(xué)生的平時作業(yè)存在抄襲現(xiàn)象，以及點名時存在冒名頂替現(xiàn)象，無法真正的、客觀的反映出每位同學(xué)的平時學(xué)習(xí)情況.基于此，本門課程的原有考核方式需要進(jìn)行合理的調(diào)整和改進(jìn).

1)適當(dāng)減小理論考試成績所占考核比重 減小期末理論考試成績的比重至50%，期末考試的比重不宜過小，因為課程的基本概念、基本方法和基本理論要求學(xué)生務(wù)必掌握牢靠，此外考試內(nèi)容方面需增加一些與實際應(yīng)用相關(guān)的題目.

2)注重平時考核 平時作業(yè)和到課率所占總成績的比重仍為20%，但主要采用課堂提問(隨機(jī)抽點并讓學(xué)生到講臺上講解具體解題過程)和習(xí)題小測試(自編習(xí)題)的形式展開，增加與學(xué)生的互動過程，這樣既可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和到課率，又能較為客觀的反映出學(xué)生平時的實際學(xué)習(xí)狀況.

3)增加實驗考核比重 實際操作技能部分的成績比重增加至30%.以往一般只將課程的實驗單獨記分，現(xiàn)將實驗環(huán)節(jié)作為一門課程單獨考核記分，其成績可由三部分組成：一是實驗中的表現(xiàn)，主要表現(xiàn)在遵守實驗規(guī)則和實踐操作能力考核；二是實驗報告，要求學(xué)生實驗前按照規(guī)范認(rèn)真撰寫預(yù)習(xí)報告，并將實驗指導(dǎo)書要求的思考題先做出理論上的解答，試驗結(jié)束后，要求學(xué)生查看實驗數(shù)據(jù)是否合理，曲線繪制是否正確，實驗現(xiàn)象分析是否準(zhǔn)確等，并直接將實驗報告交至指導(dǎo)教師，防止學(xué)生課后抄襲實驗數(shù)據(jù).第一部分和第二部分共占總成績比重的15%.三是實驗考試成績，學(xué)期結(jié)束時增設(shè)一次實驗單獨考試環(huán)節(jié)，每個學(xué)生抽簽選題后，要求獨立完成，包括了解實驗的原理、接線、儀表使用、數(shù)據(jù)處理、故障的處理等，并回答1～2個相關(guān)的問題.

5 結(jié)束語

本文通過優(yōu)化課程體系、改善課堂教學(xué)方法、加強(qiáng)實踐教學(xué)、注重學(xué)習(xí)過程和實驗操作技能考核這幾個方面，對電機(jī)學(xué)課程進(jìn)行了改革，經(jīng)過實踐證明，上述教學(xué)改革能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，有利于增強(qiáng)學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力.

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