電機與拖動(dòng)課程教學(xué)改革研究

   論文關(guān)鍵詞:電機與拖動(dòng);多媒體教學(xué);實(shí)驗實(shí)踐

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　　論文摘要:“電機與艷動(dòng)”是一門(mén)理論性與實(shí)踐性都很強的電氣專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎課。筆者通過(guò)近六年的教學(xué)實(shí)踐，提出從教學(xué)安排、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)內容、實(shí)驗實(shí)踐等方面加大教學(xué)改革力度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習的積極性和主動(dòng)性。

    “電機與拖動(dòng)”是電氣工程及其自動(dòng)化、機電一體化等專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎課。本課程由于牽涉到磁場(chǎng)的概念，使教學(xué)內容抽象、概念多、公式推導繁瑣復雜，難于理解;直流電機、變壓器、交流電機各部分相對獨立，但又有內部聯(lián)系;實(shí)踐性強，但又必須有理論支持，同時(shí)還必須具備高等數學(xué)、電路與磁路、大學(xué)物理等多門(mén)學(xué)科的相關(guān)知識，導致學(xué)習這門(mén)課程存在著(zhù)學(xué)生難學(xué)的情況。因此，必須從教學(xué)安排、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)內容、實(shí)驗實(shí)踐等方面加大教學(xué)改革力度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習積極性和主動(dòng)性，增強學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng )新能力，提高課程教學(xué)質(zhì)量。

    一、合理安排授課計劃和內容

    隨著(zhù)高校課程改革的深人進(jìn)往我們在教學(xué)內容上進(jìn)行了調整:現在工業(yè)應用的大部分是交流電機，直流電機的應用比重有所減小，所以在變壓器、交流電機的內容上可適當加大，直流電機所占的比例可適當壓縮。從講課反饋上來(lái)看，按照先講直流電機，再講變壓器，最后是交流電機的教學(xué)安排可能更合理些。因為學(xué)生在高中和大學(xué)物理等課程中已掌握了直流發(fā)電機和直流電動(dòng)機的工作原理，所以接受起來(lái)并不困難。變壓器的工作原理在“電路”的互感電路章節中有所涉及，它對“電機與拖動(dòng)”中的內容有所鋪墊，同時(shí)變壓器與交流電機也有聯(lián)系，可以把它看成是一臺靜止不動(dòng)的交流電動(dòng)機。對比變壓器的一次側電壓表達式和交流電動(dòng)機的定子電壓表達式，我們可以看到兩者的表達式非常相像，只不過(guò)交流電動(dòng)機多了.項基波繞組系數。當講到交流電動(dòng)機繞組的磁勢和電勢時(shí)我們會(huì )發(fā)現:變壓器采用的是集中整距繞組，因此;交流電機為了抑制諧波的磁勢和電勢，采用短距分布繞組，因此。所以，變壓器可以看成是一臺靜止不動(dòng)的交流電動(dòng)機。另外，從它們的T型等效電路上來(lái)看也很相像。當然，在講課過(guò)程中也要注意兩者的區別。筆者發(fā)現按照上述的講課順序進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生理解會(huì )更清晰些。

    二、理論聯(lián)系實(shí)際，突出重點(diǎn).體現課程教學(xué)中的主線(xiàn)

    “電機與拖動(dòng)”這門(mén)課程中概念很多，因此，教師在講課時(shí)需要把“電路”中牽涉到的概念和定律先復習一下，如左手定則、右手定則、右手螺旋定則、基爾霍夫電壓和電流定律、同名端和異名端等。在講課過(guò)程中理論聯(lián)系實(shí)際會(huì )使學(xué)生更易理解。如為什么轉子沖片采用硅鋼片疊片沖壓而成?目的是為了減少磁滯損耗和渦流損耗。轉子上為什么安裝風(fēng)扇?轉子沖片上為什么開(kāi)了小圓孔?目的是為了加強空氣對流和散熱。電機轉動(dòng)時(shí)風(fēng)扇吸風(fēng)，空氣從轉子的軸向通風(fēng)孔流過(guò)，可幫助散熱。這樣講述理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)生學(xué)習就不會(huì )感覺(jué)枯燥了。

    講完直流電機、變壓器和交流電機的每一部分后，要對該部分進(jìn)行總結，歸納出重點(diǎn)，幫助學(xué)生理解和復習。如直流電動(dòng)機部分里最重要的就是6個(gè)方程式和一個(gè)定律:(1)機械特性方程式;(2)轉矩平衡方程式，(3)電壓平衡方程式;(4)慣性定律:電機的轉速n不能突變;(5)動(dòng)力學(xué)平衡方程式;(6)電磁轉矩表達式;(7)感應電勢表達式。

    從這6個(gè)方程式和一個(gè)定律中我們可以分析出直流電動(dòng)機的啟動(dòng)、調速和制動(dòng)過(guò)程。如根據方程式(7)和方程式(3),可推導出電樞電流的表達式。結合慣性定律可分析直流電動(dòng)機的啟動(dòng)，由于電機的轉速n不能突變，在啟動(dòng)的一瞬間，轉速n二0，因此電樞電流為U/Ra。在一般情況下，電壓U為額定電壓UN，電樞中不串人附加電阻，只有內阻Ra，則電樞中電流過(guò)大，易燒毀電機。因此，工業(yè)用直流電動(dòng)機不允許直接啟動(dòng)，要限制啟動(dòng)電流在一個(gè)合適的范圍內。由電樞電流U/R。的關(guān)系可知，可減小分子或增大分母，因此，可采用電樞串電阻或降壓?jiǎn)��?dòng)這兩種方式。

    對于直流電動(dòng)機釣調速過(guò)程，根據方程式(1)可知，要想改變電機的轉速n，對于選定的電機，由于Ce和CT是常數，電機達到平衡狀態(tài)時(shí)T=TL，因此，進(jìn)行調速能改變的電氣參數就只有電壓U、電樞回路的電阻Ra和主磁通Ф。由此得到了三種調速方法:降壓調速、電樞串電阻調速和弱磁調速。

  對于直流電動(dòng)機的制動(dòng)過(guò)程，根據方程式(1)、方程式(S)和慣性定律亦可進(jìn)行推導。如能耗制動(dòng)過(guò)程的分析:電動(dòng)機本來(lái)在第一象限電動(dòng)運行，能耗制動(dòng)開(kāi)始時(shí)，機械特性方程立刻變化為方程式(8)，但根據慣性定律的結論，由方程式(8)可知電磁轉矩T為負值。根據方程式(2)可知電動(dòng)機進(jìn)入減速狀態(tài)，即能耗制動(dòng)過(guò)程。當n=0時(shí)，由方程式(8)可知，T=0，但負載轉矩一般不為0，因此在能耗制動(dòng)結束時(shí)需要采用機械裝置卡住轉子使之停車(chē)。

    學(xué)生掌握了這些方程式和定律，在不同的情況下分析和靈活運用，就可以抓住直流電動(dòng)機這部分的核心內容，它對后續課程的學(xué)習幫助很大。同理可歸納出變壓器和交流電動(dòng)機的核心要點(diǎn)，這里不再贅述。

    三、充分利用多媒體等教學(xué)手段

    本門(mén)課程如果僅靠板書(shū)來(lái)講解，不僅授課進(jìn)程緩慢，影響教學(xué)進(jìn)度，而且學(xué)生理解吃力，教學(xué)效果比較差。

    例如，三相旋轉磁場(chǎng)的產(chǎn)生過(guò)程，該部分比較難理解，學(xué)生容易產(chǎn)生厭煩情緒。為此我們精心設計和制作了PowerPoint圖片和Flash動(dòng)畫(huà)等教學(xué)課件來(lái)演示三相旋轉磁場(chǎng)的產(chǎn)生過(guò)程，同時(shí)采用電機實(shí)物進(jìn)行現場(chǎng)演示。在一臺去除了轉子的交流電動(dòng)機定子內部放置一個(gè)小磁針，在三相對稱(chēng)繞組上加上三相對稱(chēng)電源，將直觀(guān)地看到小磁針轉動(dòng)。將三相交流電源中的任意兩相電源線(xiàn)對調后，發(fā)現小磁針轉動(dòng)方向會(huì )改變。這樣，學(xué)生就直觀(guān)地看到了交流電機旋轉磁場(chǎng)的正反轉，便于理解交流電動(dòng)機的正反轉。由此我們就可以提出問(wèn)題:為什么小磁針能夠轉動(dòng)?采用這種方式在多媒體教學(xué)過(guò)程中解決問(wèn)題。即提出問(wèn)題一分析問(wèn)題一解決問(wèn)題。通過(guò)這樣的教學(xué)手段，能夠鍛煉學(xué)生獨立思考能力和獨立解決問(wèn)題的能力。

    采用多媒體等教學(xué)手段，結合理論知識進(jìn)行分析和講解，教師可將復雜、枯燥的內容變得直觀(guān)、容易理解，給學(xué)生留下深刻的印象，學(xué)習過(guò)程也變得輕松愉快，教學(xué)效果很好。

    但對于變壓器、異步電動(dòng)機的運行分析，采用傳統的板書(shū)教學(xué)模式比較好，因為這些部分需要進(jìn)行邏輯推導，采用板書(shū)教學(xué)有助于學(xué)生前后連貫地分析和理解。所以，在教學(xué)過(guò)程中要因地制宜，在適當的章節采用并加強多媒體教學(xué)。

    四、理論教學(xué)和實(shí)驗實(shí)踐教學(xué)相結合

    為了增強學(xué)生對電機結構的感性認識，我們在教學(xué)計劃中安排了一周時(shí)間進(jìn)行交流電機的拆裝實(shí)習。通過(guò)拆裝實(shí)習可幫助學(xué)生掌握電機內部結構及工作原理;掌握電機繞組拆卸、繞制及電機裝配過(guò)程;掌握電機測試和檢修的方法;掌握相關(guān)電工儀表使用。學(xué)有余力的學(xué)生可以向實(shí)驗室教師申請選做實(shí)驗。學(xué)生自已查閱資料選題，設計實(shí)驗線(xiàn)路和接線(xiàn)步驟，分析實(shí)驗數據，培養學(xué)生的獨立工作能力。

    此外，我們也積極開(kāi)展校外實(shí)習活動(dòng)，即組織學(xué)生到工廠(chǎng)進(jìn)行參觀(guān)實(shí)習，實(shí)際觀(guān)看各種電機和變壓器的接線(xiàn)和工作過(guò)程，了解各種電氣設備的功能和使用。經(jīng)過(guò)和廠(chǎng)方協(xié)調，讓工人師傅現場(chǎng)示范不同類(lèi)型電氣設備的操作，讓學(xué)生對各種生產(chǎn)機械的主要結構及操作情況有親身體驗，從而為講授相關(guān)生產(chǎn)機械的電氣控制打下基礎。通過(guò)校外實(shí)習可提高學(xué)生的工程意識與實(shí)踐能力，為將來(lái)的就業(yè)增加磅碼。

    五、通過(guò)網(wǎng)絡(luò )平臺與學(xué)生互動(dòng)，加強交流

    “電機與拖動(dòng)“這門(mén)課程已申報洛陽(yáng)理工學(xué)院精品課程。我們把很多教學(xué)資源放在校園網(wǎng)上供學(xué)生下載觀(guān)看。學(xué)生只要登錄校園網(wǎng)，就可以學(xué)習和觀(guān)看教學(xué)錄像。我們在網(wǎng)上提供比較新穎的資料:如歐美國家和我國的電機發(fā)展簡(jiǎn)史，西門(mén)子公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機和伺服電機，日本三菱公司的變頻電機的圖片和直流無(wú)刷電機的實(shí)際應用等。通過(guò)上述措施提高學(xué)生的興趣，從而提高教學(xué)效果。

    另外，我們在精品課程網(wǎng)站上建立了BBS，學(xué)生有任何關(guān)于“電機與拖動(dòng)”這門(mén)課程的疑問(wèn)都可以提出來(lái)，教師抽出時(shí)間集中進(jìn)行解答。通過(guò)這種形式與學(xué)生互動(dòng)，使學(xué)生能共享教學(xué)資源，加強對所學(xué)內容的理解，方便學(xué)生學(xué)習。

    六、重視習題課的作用

    在課堂教學(xué)中通過(guò)對學(xué)生的提問(wèn)，了解學(xué)生的理解程度和錯誤原因，幫助他們糾正錯誤。在習題課上精心選擇兩三道計算題讓學(xué)生進(jìn)行解答，然后對計算過(guò)程中出現的問(wèn)題進(jìn)行講評。在講評過(guò)程中，分析學(xué)生的解題步驟，了解學(xué)生的解題思路。爭取實(shí)現一題多解，從而有利于學(xué)生的發(fā)散性思維和演繹能力的培養。對學(xué)生解題中出現的錯誤及時(shí)指出，避免重復犯錯，起到事半功倍的作用。針對學(xué)生學(xué)習過(guò)程中的薄弱環(huán)節，適當調整教學(xué)安排，有的放矢，從而更好地完成教學(xué)任氛

    七、結束語(yǔ)

    筆者在近六年的教學(xué)實(shí)踐工作中，積極采用多種教學(xué)手段進(jìn)行教學(xué)改革實(shí)踐。“電機與拖動(dòng)”課程教學(xué)改革取得了顯著(zhù)的效果，達到了預期的教學(xué)目標。從學(xué)生的反饋來(lái)看，教學(xué)改革是成功的。當然，教學(xué)改革是一項長(cháng)期艱巨的任務(wù)，還需要任課教師不斷地完善。
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