高職高專“電機與拖動”一體化課程體系構建

王映紅

高職學生有著比較扎實的理論基礎,但是缺乏探索、好奇的精神,將理論知識應用于實踐的欲望不足,而一體化的教學模式能比較好地刺激學生的探索欲望。高職教育的目的不只是為了培養流水線工人,更重要的是培養智能型的技術人才。理論知識和實踐經驗是相互交替鋪墊、螺旋形上升的一個過程[1]。它不僅要求學生在最短的時間內掌握夠用的理論、實用的技能,還要能適應基本設備的維護、維修及技術改造的要求。

“電機與拖動”是一門職業性和專業性都很強的技術基礎課,涉及的基礎理論和實際知識面廣,在分析各種電機與拖動問題時,必須采用工程觀點和工程分析方法,實踐性很強,要求具備完成中等復雜程度電機的改造、維修能力。電機廣泛應用于制造、過程控制等領域,本課程是機電一體化、電氣自動化等專業必開的課程。

1 內容分析

筆者作為“電機與拖動”課程一體化教師,在長期的一體化教學過程中深有體會,通過反復的探究,對高職教育“電機與拖動”的課程體系做了一點分析。事實上,從機電能量轉換的角度來看,不管是直流電機、交流電機還是變壓器在本質上都類似于交流電機,用“矢量控制”的理論可以證明三相對稱靜止繞組、兩相靜止對稱繞組和兩相旋轉繞組之間可以等效,可以把一臺具有三相靜止繞組的三相感應電動機等效成一臺旋轉坐標系中的直流電機。所以不管何種電機,都可以用旋轉磁場的理論去解釋其工作原理,但是各種電機在運行的過程中,電樞各參量、勵磁各參量、工作磁場之間的相互影響卻是截然不同的。

在一體化授課的過程中,筆者嘗試將理論課與實踐課重新整合[2],把所有的知識點分為3大板塊。

1)單邊勵磁電機。三相異步電機、單相異步電機和變壓器同屬單邊勵磁的電機(變壓器看作是靜止的電機)。單邊勵磁電機的特點是,當負載發生變化時,不會影響到它的工作磁場,但是它的勵磁各分量會自動隨之發生變化。所以這類電機負載參量的折算、等值電路的分析、負載參量和勵磁參量之間的相互影響都是要著重分析的內容。尤其是在過載時,非常容易使勵磁側繞組產生各種故障,所以這類電機的勵磁繞組是主要的故障點之一。

在結構上,電樞鐵芯往往具有實心轉子的特點,相對來說力矩大、慣性大、效率低;而定子繞組一般是隱極式結構,磁場氣隙小而均勻。定子繞組的嵌線方式及嵌線質量決定了電機的運行狀態及使用壽命,故而對繞組展開圖的分析非常重要,要學會研究繞組展開圖。對沒有經驗的電機、串線嵌線等故障點較少的新工藝,要學會從展開圖中獲得嵌線的基礎規律;對極數較多,容易發生過橋線繞線的情況,要結合實際反復練習的結果去驗證和完善所獲得的嵌線規律。

2)雙邊勵磁電機。直流電機和同步電機同屬于雙邊勵磁的電機,它們的共同特點是,當負載參數發生變化時,勵磁各參量不會自動隨之發生變化,它影響的是工作磁場,而磁場性能的變化直接影響到電機的運行狀態和各項性能指標。所以這類電機中電樞磁場對主極磁場的影響(電樞反應)是必不可少、要著重分析的一個理論內容。當然,電樞反應在不同的應用領域中可以被放大,也可以被抑制。

在轉子結構上它們同屬于有刷類的結構,尤其是直流電機,還存在換向的問題,所以對于這類電機,電樞繞組的結構、分布、展開圖是研究的重點,轉子部分的電刷和滑片處是這類電機的主要故障點之一。它們的定子鐵芯大都是凸極式的結構,定子繞組的結構比較簡單,工作磁場的氣隙不均勻,反映在電勢平衡方程式上,就要同時考慮直軸分量和交軸分量所產生的不同影響。

3)控制用電機。控制電機作為一種機電元件,它在各類自動控制系統中具有執行、檢測和解算的功能。跟普通旋轉電機比較注重于力能指標的要求不一樣,控制電機更注重于系統對它提出的高精度、快速響應方面的要求。不可能從課程中學習所有類型的電機,但多數控制電機的原理跟普通旋轉電機一樣,都建立在基本電磁規律的基礎上,都可看作是上述2種基本電機的拓展。所以在掌握前面2種基本電機的基本規律和主要理論之后,注意到每種控制電機的特殊性即可學好。

2 教法分析

2.1 體現學訓交替、工學結合、“做中學,學中做”的一體化行為導向教學理念在每一個學習項目中,把實訓內容和相對應的理論教學有機地結合,真正做到一體化教學,不僅更有利于知識的掌握,而且直觀,大大縮短教學時間。電機維修中的一部分是繞組重繞,這種維修跟其他電氣控制線路的維修有所不同,除了能修、會修以外,還有一個維修的質量問題,這直接關系到它的使用壽命,而這一點是真正的“熟能生巧”的手藝,這必須、也只能靠工作以后無止境的磨煉。

2.2 “做中學,學中做”的典型實例掌握了交流電機的結構和原理之后,在學習比較艱澀難懂的直流電機的換向、電樞反應等一系列的概念時,可以分小組按照圖1所示流程去進行本知識點的學習。

3 結論

基于上面對內容的分析和對一體化教學教法的分析這2點考慮,嘗試把原先的結構進行整合[1](表1)。

4 結束語

高職教育的特點是,理論與實踐結合得比較緊密,它比較側重于實踐的應用和生產性教學。如果實踐弱于理論,那么科研成果就很難在生產中發揮作用;反過來,理論又可以指引實踐發展的方向[3]。當然,本文所指的理論并不是那些為了應付考試而背下來的課本知識。

上面所探討的這種格局很適用于高職教育,它能讓學生在最短的時間內迅速了解各種電機、變壓器的結構及工作原理;了解它的主要故障點、基本的維修、電氣改造的著眼點;為學習后續課和今后的工作準備必要的基礎知識,同時也有助于培養在電力拖動、自動控制系統方面分析和解決問題的能力。

參考文獻

[1]姜大源,吳全全.當代德國職業教育主流教學思想研究——理論、實踐與創新[M].北京:清華大學出版社,2007

[2]張健.高等職業教育理論與實踐課程的整合[J].中國高教研究,2008(1)

[3]徐國慶.實踐導向職業教育課程研究[M].上海:上海教育出版社,2005