杜世勤

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提升“電機設(shè)計”課程教學(xué)效果的探索

杜世勤

（上海電機學(xué)院，上海 201306）

目前，留有“電機設(shè)計”課程教學(xué)的專業(yè)已經(jīng)不多，其一般作為一門電氣工程類專業(yè)的選修課。在分析現(xiàn)有“電機設(shè)計”課程教學(xué)中存在理論難度較高、各類電機設(shè)計程序較多、教學(xué)課時較少這些問題的基礎(chǔ)上，對培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和對社會及工業(yè)的適應(yīng)性的教學(xué)目標、補充新知識點和降低理論深度的教學(xué)內(nèi)容、注重工程實踐思維的教學(xué)方法等方面進行了教學(xué)改革的探索，并通過課后反饋，對課程教學(xué)持續(xù)進行改進，以期提高“電機設(shè)計”課程的教學(xué)成果。

電機設(shè)計；教學(xué)改革；磁路；電路

1 概述

目前，留有“電機設(shè)計”課程教學(xué)的專業(yè)已經(jīng)不多，其一般作為一門電氣工程類專業(yè)的選修課，是電機理論、電機電磁場、機械制圖、金屬材料及處理和絕緣材料等多門課程的綜合應(yīng)用，其在電機行業(yè)中的實際應(yīng)用非常廣泛，是一門綜合性非常強、理論與實際緊密結(jié)合的課程。

“電機設(shè)計”對于學(xué)生而言是一門難度較大的課程，這是由于該課程的內(nèi)容多、涵蓋知識面廣、內(nèi)在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬于“難教難學(xué)”的課程[1]；且實踐性強，教學(xué)內(nèi)容與工程實際聯(lián)系緊密，對沒有實際經(jīng)驗的學(xué)生來說又比較抽象。課程中的電路和電機學(xué)是較為難學(xué)的內(nèi)容，外加學(xué)生對電機的電路和磁路組成的理解不夠深入，導(dǎo)致深化到工程數(shù)學(xué)模型時，理論與實際對應(yīng)不起來。目前，電機產(chǎn)品運用非常廣泛，同時，市場競爭非常激烈，電機企業(yè)積極采用新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝。針對以上在教學(xué)中存在的問題和電機設(shè)計發(fā)展的方向，應(yīng)及時、合理選擇課程的講授內(nèi)容。因此，對于本課程，筆者嘗試從教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面進行教學(xué)改革，以解決本課程難學(xué)難懂和理論與實際聯(lián)系的問題，切實提高教學(xué)質(zhì)量。

2 教學(xué)目標的確定和教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計

2.1 教學(xué)目標的確定

為了規(guī)范我國高等學(xué)校工程教育，全面提高工程專業(yè)教育質(zhì)量，教育部在全國開始實施工程教育專業(yè)認證。工程教育專業(yè)認證以學(xué)生為中心，關(guān)注全體學(xué)生，是一種合格評估，只要“產(chǎn)出”的人均實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標，即為合格。工程教育專業(yè)認證重視實踐教學(xué)，要求工程教育重點培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、實踐能力和對社會及工業(yè)的適應(yīng)性[2]。

如何在“電機設(shè)計”課程的教學(xué)過程中實現(xiàn)知識、能力和素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，使學(xué)生設(shè)計出電磁性能優(yōu)良的電機？筆者認為，該課程的主要特色是理論的完整性和指導(dǎo)性，理論教學(xué)與工程實踐教學(xué)并重，但該課程計劃學(xué)時只有48學(xué)時。因此，在授課的過程中，一方面，要加強該課程工程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的建設(shè)；另一方面，在選用教材方面，要選用全國優(yōu)秀教材，使課程授課內(nèi)容處于領(lǐng)先地位，且針對教材中的重點、難點要加強講解和輔導(dǎo)。

2.2 教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計

由于目前計算機輔助設(shè)計技術(shù)與電磁場數(shù)值解法的飛速發(fā)展，電機設(shè)計也隨之發(fā)展，教材的內(nèi)容也應(yīng)根據(jù)當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀不斷更新。教學(xué)過程中應(yīng)根據(jù)本課程的特點，精心選擇教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)補充新的知識點，使教學(xué)內(nèi)容與該領(lǐng)域的先進技術(shù)同步，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如，隨著學(xué)生計算機能力的提高，應(yīng)逐步增加程序計算的教學(xué)內(nèi)容，避免手工計算的費時費力，利用Matlab語言強大的圖形顯示能力，把電機設(shè)計要用到的工程數(shù)據(jù)查找圖示化。

由于“電機設(shè)計”課程的講授內(nèi)容豐富全面，有些教材甚至羅列了各種交直流電機和特種電機的設(shè)計方法，這就需要教師根據(jù)課時合理選擇講授內(nèi)容，處理好教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)課時之間的矛盾，做到由簡入繁，突出重點內(nèi)容。作為以培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用型人才為目標的技術(shù)本科院校，要降低理論深度，要以點帶面，以生產(chǎn)生活中應(yīng)用范圍最為廣泛的中小型異步電機的設(shè)計為著力點，解決這一種電機的電路和磁路設(shè)計，這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。

在上面提到補充新知識點和降低理論深度2個方面的基礎(chǔ)上，要注重“電機設(shè)計”是一門與工程實際聯(lián)系十分緊密的課程，在講授時應(yīng)多舉一些實例說明，比如氣隙主磁場、端部漏磁場等例子，激發(fā)學(xué)生的興趣。“電機設(shè)計”課程中應(yīng)抓住主線，以電機主要尺寸與氣隙的確定、繞組和鐵心的設(shè)計、工作和起動性能的計算為主線，提出每個電機設(shè)計環(huán)節(jié)要解決的問題，接著應(yīng)用電機設(shè)計理論分析問題，反復(fù)計算來解決問題，做到以電磁計算為主線，由簡入繁，由低到高地循序漸進，有利于學(xué)生的理解和掌握。

3 教學(xué)方法的改革

由于“電機設(shè)計”是一門學(xué)習(xí)難度較大的課程，教師在講授該課程時，一定要注意學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效果，課下及時與學(xué)生交流，最快地了解學(xué)生對于本課程知識的理解和掌握情況。除此之外，還應(yīng)在教學(xué)過程中注意教學(xué)的技巧與方法。

3.1 前后聯(lián)系，及時消化

在“電機設(shè)計”的教學(xué)過程中，由于該課程學(xué)習(xí)難度大，課程由簡到難，步步相連，在教學(xué)過程中，要處理好先修課程與本課程的關(guān)系。很多學(xué)生反映電機學(xué)學(xué)得不好，對“電機設(shè)計”課程感到擔(dān)憂，認為自己可能學(xué)不好該課程。其實“電機設(shè)計”課程中常用電機的導(dǎo)磁和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，但是計算過程中則要求仔細一些。因此，教師要鼓勵學(xué)生，使其有信心學(xué)好本課程，并通過本課程的學(xué)習(xí)，深化理解先修課程的內(nèi)容。學(xué)生一般制圖能力較強，電機的結(jié)構(gòu)理解也就有了基礎(chǔ)。對于涉及其他的一些先修課程的內(nèi)容，一般要在上下一次課涉及該先修課程內(nèi)容之前，要求學(xué)生課下先復(fù)習(xí)，再預(yù)習(xí)電機設(shè)計課程的內(nèi)容。在下次課時簡單復(fù)習(xí)，會有較好的效果。

由于“電機設(shè)計”課程的內(nèi)容前后相連、環(huán)環(huán)相扣，要求學(xué)生對每次課程講授的內(nèi)容進行課后復(fù)習(xí)，及時消化，不要影響之后的學(xué)習(xí)。

3.2 培養(yǎng)設(shè)計能力

電機設(shè)計的工程實踐中，人們以設(shè)計理論分析為出發(fā)點，運用了大量經(jīng)驗的、近似的、簡化的、類比的和旁推的方法，得出了各種在電機設(shè)計實踐中行之有效的計算辦法，進而形成了一整套程式化的計算公式，這也就是人們通常說的電機設(shè)計程序。所以，人們的電機設(shè)計實踐，實際上就是憑著設(shè)計上的工程實際經(jīng)驗，跟隨著電機設(shè)計程序中的一系列有序的計算公式，進行著一連串的初等數(shù)學(xué)運算[3]。

工程思維還要求學(xué)生把每一個具體電機設(shè)計當(dāng)作一項工程來做，比一般理論課程中的做習(xí)題要考慮的因素更多，要把電機運行性能和電機制造成本，以及對應(yīng)企業(yè)加工工藝結(jié)合起來。

在電機主要尺寸、繞組設(shè)計、鐵心設(shè)計、磁路計算、參數(shù)計算和性能計算方面，結(jié)合實際例子，使用Matlab計算機語言計算上述各方面，得到具體數(shù)據(jù)，使電機設(shè)計的理論與工程設(shè)計操作緊密聯(lián)系在一起。

3.3 持續(xù)改進教學(xué)方法

教學(xué)效果是檢驗教學(xué)方法是否得當(dāng)?shù)淖罴淹緩健？梢酝ㄟ^調(diào)查，查看學(xué)生能否將所學(xué)到的知識靈活運用到后續(xù)課程中，即教師不但要注意學(xué)生這門課的考試成績，還要關(guān)心他們后續(xù)課程的學(xué)習(xí)情況，向講授后續(xù)課程的教師了解學(xué)生對所學(xué)知識是否能夠靈活運用，并找出不足之處，有針對性地改變教學(xué)方法。有一部分學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計涉及電機設(shè)計，這門課程為其奠定了基礎(chǔ)，不少學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計中碰到問題，能夠通過查閱課本相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合文獻設(shè)計相關(guān)電機，較好地完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。另外，有一部分學(xué)生畢業(yè)后去了電機生產(chǎn)企業(yè)或電機驅(qū)動產(chǎn)品應(yīng)用公司，比如上海電氣、三菱電梯、ABB等，學(xué)習(xí)電機設(shè)計課程對他們的工作有較大的幫助，他們也把工程實際操作中的問題反饋到教學(xué)中來。我們需要加強計算機程序在電機設(shè)計中的應(yīng)用、使用軟件設(shè)計電機兩個方面的工作。

4 結(jié)束語

進入新時代，隨著我國工業(yè)化和信息化的逐步發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)由勞動密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)化，機器人被廣泛使用，電機除了作為傳統(tǒng)的動力驅(qū)動元器件，還被廣泛地使用在控制系統(tǒng)之中。學(xué)好“電機設(shè)計”課程，有利于技術(shù)應(yīng)用型本科學(xué)生的就業(yè)和深造。本文就如何提高學(xué)生理論應(yīng)用于實踐的能力，深化教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)方法的改革，提高教學(xué)效果進行了探討，旨在提高該課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)合格的技術(shù)應(yīng)用型人才。

［1］徐永明，孟大偉.“電機設(shè)計”課程教學(xué)改革與實踐［J］.中國電力教育，2009（19）.

［2］肖義平.基于工程專業(yè)認證背景下電氣工程專業(yè)教學(xué)改革探索［J］.教育教學(xué)論壇，2014（07）.

［3］戴文進，張景明.電機設(shè)計［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2010.

2095－6835（2018）23－0068－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.23.068

杜世勤（1967—），男，研究方向為電機及其自動化系統(tǒng)、電機設(shè)計。

〔編輯：張思楠〕