關于《電機學》課程教學的探討

引言

《電機學》是電氣工程及其自動化專業的一門重要的專業基礎課，該課程研究的內容理論性強且注重工程實踐，是電氣工程專業系統知識中重要的承上啟下的環節。該門課程涉及電、磁、運動學等理論，具有理論較為抽象深奧，具體研究對象種類繁多的特點，要求學生除了有扎實的理論基礎知識外，還應有較強的動手能力。因此學生普遍感覺這門課程學習起來比較困難。

為了在有限的課時內幫助學生吸收消化課程的內容，培養學生分析解決工程實踐問題的能力，結合筆者的教學實踐，簡單談一下個人的體會。

一、 精心選擇教學內容，注意使用對比的方法

電機出現迄今已有二百多年的歷史，其基本原理沒有改變。但是經過眾多科學家和工程技術人員的不斷努力，各種新技術、新材料、新工藝、新方法不斷應用在電機的設計、制造和控制上。這就使電機學這門課程的內容既有理論上的經典性，又有實踐上的創新性。這就要求教師在對教材內容研究的基礎上，既要保留經典理論的知識體系要點，又要結合專業知識的新發展，對教學內容進行合理的取舍，使學生既能汲取到百年理論積淀的精華，又能感受到科學技術蓬勃發展的活力。

教師既要選擇一部內容充實而且能及時反映電機領域新技術發展的教材，又要對教材中的教學內容進行合理選擇，注意協調理論深度和應用廣度的關系，注意滿足學生后續專業課的學習要求，注重培養學生的工程意識和解決問題的能力。

電機學中有關直流電機部分的內容就比較有代表性。由于傳統結構的直流電機本身存在一些固有的缺點，例如結構復雜，換向困難，又隨著電力電子技術的發展，交流電動機的調速性能日益提高，直流電機賴以生存的調速優勢也消失殆盡，因此實際生產中除了一些特別場合之外，幾乎沒有直流電機的身影。從技術發展的角度來看，壓縮直流電機部分的內容和課時成為必然，有些高校就是這樣做的。但是，不同情況要區別對待。筆者面對的學生是船舶電氣專業方向，其后續的專業課程涉及船舶電站、船舶電力拖動，經過研究發現，為了滿足專業課教學的需要，必須要把直流電機部分講透，尤其是串勵直流電機（包括電動機和發電機），船舶上用的較多，本來是略講的內容，反而成為必講的重點內容。由此可見合理取舍授課內容的重要性。

教師在分析電機基本理論時，要注意理清主線，將各種電機的結構和原理進行聯系和對比。例如變壓器的工作原理相對容易理解，那么可以在講解異步電動機時將電機的定子和轉子分別對應變壓器的原邊和副邊；這兩種電機的T型等效電路具有高度的相似性，可以放在一起，讓學生對比兩個電路結構和參數上的異同點，加深學生的理解。

學生畢業后從事電氣方面的工作，大部分內容都與電機拖動即電機的實際使用相關聯，對于電力拖動部分的內容，教師一定要理論聯系實際，仍然可以采取對比的方式進行講授。例如直流電動機和交流電動機都存在電力拖動系統的穩定性判斷問題，判斷條件的結論相同，但是涉及電動機的機械特性不同。又比如電動機的制動問題，直流電動機和交流電動機都可以使用反接制動、能耗制動和回饋制動，制動方法名稱相同，但是具體的實現方法不同。

二、 合理運用多媒體手段，化抽象為具體

傳統教學方法主要是借助于黑板書寫，對各種電機進行理論分析，介紹原理，尤其是偏重建立數學模型，分析等效電路。這種方式對于電機實際工作情境的表達無能為力，抽象的理論與具體的對象脫節，無法激發學生研究電機的興趣和動力，教學效果不好。

運用多媒體技術是解決這一矛盾的最佳途徑。 筆者通過購買、網上下載等方式，獲得了直流電機、交流電機、變壓器和各種控制電機的視頻資料、圖片和動畫，根據授課內容，對這些素材進行選擇性的編輯，制作成為筆者所需要的多媒體資料。

在講解電機結構和原理的過程中，對應教材的文字描述，有針對性地播放視頻、圖片和動畫，素材的時間不一定要長，前后不一定要連貫，但是一定要重點突出，單元內容完整，能夠使學生獲得對電機結構的整體認識，使學生對涉及的電磁原理的認知由抽象變為具體，由不可見變為可見。例如交流電機內部產生的旋轉磁場是一切交流電機的基礎，但是磁場是看不見摸不著的一種物質，只進行書面的理論推導，學生難以理解，這時就可以利用多媒體動畫動態地演示單相電流時產生的脈振磁場和三相對稱電流時產生的旋轉磁場，同時播放物理實驗中相關磁場形成和工作的視頻，幫助學生理解旋轉磁場的形成過程。又比如電機繞組部分的內容，只看教材中的平面展開圖效果不好，這時可以通過多媒體動畫和電機制造視頻完整地演示電機繞組的布置過程并配以解說。

合理使用多媒體技術，可以在短時間內將抽象的理論轉變為學生感興趣的影音信息，有利于學生的接受和理解，提高教學了效果。

三、 重視實驗實踐環節，了解電機故障與維修的知識

與其他專業技術課程相比較，《電機學》課程的實驗學時比較多，很明顯地體現出本課程與工程實踐密切聯系的特點。分析實驗內容的設置就會發現，驗證性的實驗內容占據了主導地位，這也能體現出本課程理論性強的特點。正是因為“驗證”的性質，所以學生往往是機械地按照實驗指導書的步驟去操作，記錄相應數據，完成實驗報告，而不去思考實驗過程為什么這樣設計，不去動腦分析實驗現象、實驗數據表達出來的意義，這樣根本就沒有達到“驗證”的目的。

要充分實現實驗環節對理論教學的重要作用，筆者有如下幾點體會;

（一）充分利用實驗設備，增大設計性實驗的比例，引導、鼓勵學生創造性的思維，提高學生分析和解決問題的能力。但是驗證性實驗必須要選擇性地保留，不能因為過分強調學生的主動性而忽視對基本理論的掌握，畢竟只有“先會走，才能跑”。

（二）實驗就是一個認知的過程，學生實驗過程出現問題和錯誤在所難免，在保證不損壞實驗設備和學生人身安全的情況下，老師要大膽放手，不要干涉學生的操作，允許學生的多次失誤，充分信任學生自己解決問題的能力。從筆者指導實驗的經歷來看，大多數學生完全有能力也很樂于自己分析解決問題，老師僅僅是在關鍵問題上進行提示。

（三）筆者所在實驗室專門購置了2-3kw的電機讓學生進行拆裝練習，加深對電機結構的認識。通過參觀企業，把電機的生產制作過程展示給學生；通過播放視頻，把電機的故障現象、故障原因判斷和維修過程介紹給學生。盡可能利用各種方式使學生接觸工程實踐的內容，鍛煉學生的動手能力，為從事電氣專業工作打下基礎。

四、展望

隨著科學技術的發展，在《電機學》課程的教學中，計算機仿真技術愈來愈多地被引入課堂教學，借助EDA、Matlab等專業軟件，建立電機不同工作情況的模型，通過仿真來模擬電機的實際工作狀態，分析實驗數據反映出的電機運行的狀況，可以有效地彌補實驗設備不能完全表達實際生產工況的缺憾。

【參考文獻】

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