基于Flash的電機(jī)學(xué)教學(xué)重難點(diǎn)動畫演示課件的制作

李 勇 胡建輝 連春星 劉承軍 徐永向

哈爾濱工業(yè)大學(xué) 黑龍江哈爾濱 150001

電機(jī)學(xué)是電氣工程領(lǐng)域非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，該課程的主要目的是使學(xué)生既能深入地了解電機(jī)內(nèi)部的基本電磁關(guān)系和基本分析方法，又能掌握一定的電機(jī)系統(tǒng)工程應(yīng)用知識。在我校電氣工程系現(xiàn)有的8門專業(yè)基礎(chǔ)課中，電機(jī)學(xué)學(xué)時(shí)最多，其重要性可見一斑。從課程的銜接上看，電機(jī)學(xué)是學(xué)習(xí)專業(yè)課的先導(dǎo)課程，沒有電機(jī)學(xué)，學(xué)生無法完成后續(xù)相關(guān)主要專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。

盡管電機(jī)學(xué)課程如此重要，但學(xué)生普遍反映該課程比較難學(xué)。這其中的原因，除了電機(jī)學(xué)本身原理復(fù)雜、機(jī)種繁多、很多知識不易理解外，其知識體系的多學(xué)科交叉也是主要原因。電機(jī)學(xué)綜合了電學(xué)、機(jī)械學(xué)、磁學(xué)等多學(xué)科知識，尤其是磁學(xué)，很多物理模型不能被精確描述，像旋轉(zhuǎn)磁場這樣的基本現(xiàn)象又不能直觀顯示，因此學(xué)習(xí)起來確有難度。

基于上述原因，各個(gè)院校都想了很多方法和措施來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂授課效果，其中比較有特點(diǎn)的是：

(1)哈爾濱理工大學(xué)電機(jī)學(xué)，國家精品課程，PPT比較完備，個(gè)別內(nèi)容還采用GIF動態(tài)演示，如感應(yīng)電機(jī)的工作狀態(tài)。

(2)華北電力大學(xué)電機(jī)學(xué)，國家精品課程，采用Authorware制作了一些動畫，但由于課程內(nèi)容關(guān)系，多側(cè)重于同步發(fā)電機(jī)。

(3)山東大學(xué)電機(jī)學(xué)，省級精品課程，采用圖片的方式，把各類電機(jī)的結(jié)構(gòu)、特性描述得很完備，但動畫演示不多。

(4)東南大學(xué)電機(jī)學(xué)，省級精品課程，PPT課件較好，有一些動畫演示，但不全面，如交流繞組部分。

(5)西安交通大學(xué)電機(jī)學(xué)，省級精品課程，動畫演示較多，畫面特色突出，但內(nèi)容也偏重于同步電機(jī)部分。

因此，現(xiàn)有電機(jī)學(xué)動畫演示課件的不足主要是：

(1)內(nèi)容不全面，沒有充分體現(xiàn)出電機(jī)學(xué)課程的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

(2)范圍不適合，很多學(xué)校側(cè)重于同步電機(jī)，但我校的平臺課中不包括同步電機(jī)部分。

(3)重點(diǎn)不突出，現(xiàn)有的動畫課件畫面簡單，沒有要點(diǎn)的文字說明，不利于學(xué)生理解。

(4)動畫文件比較零散，各自為戰(zhàn)，不成系統(tǒng)。如單相交流繞組和三相交流繞組以及感應(yīng)電機(jī)原理和同步電機(jī)原理，都有相關(guān)性，可以用一個(gè)文件演示，便于比較和理解。

因此，研制一套具有我校特點(diǎn)、適于教師課堂授課和學(xué)生自學(xué)、基于動畫演示的多媒體課件系統(tǒng)是很有必要的。上述工作的完成，將對電機(jī)學(xué)的學(xué)習(xí)、提高學(xué)生的綜合素質(zhì)起到很好的促進(jìn)作用。

結(jié)合我校電機(jī)學(xué)課程的具體情況，提出了電機(jī)學(xué)教學(xué)中的若干重難點(diǎn)問題，設(shè)計(jì)并研制了基于Flash的動畫演示課件，實(shí)際應(yīng)用效果良好。

1 電機(jī)學(xué)授課中的重難點(diǎn)問題

重難點(diǎn)指的是教學(xué)大綱要求的重點(diǎn)和學(xué)生認(rèn)為的學(xué)習(xí)難點(diǎn)兩部分內(nèi)容。因?yàn)檎n件著眼于動畫演示，所以一些很重要但又不適合用動畫來演示的知識點(diǎn)我們沒有選取，如變壓器的參數(shù)測試、直流電機(jī)的工作特性、感應(yīng)電機(jī)的T-s曲線等。根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和學(xué)生的反饋，我們將如下內(nèi)容作為本課件的主要演示對象(見表1)：

表1 電機(jī)學(xué)中的重難點(diǎn)問題

2 動畫演示課件的設(shè)計(jì)原則

本課件的研制既要適于教師課堂授課，又適于學(xué)生自學(xué)，因此課件的設(shè)計(jì)原則為：

(1)操作簡明，可以連續(xù)運(yùn)行，也可以單步運(yùn)行，便于學(xué)生仔細(xì)體會。

(2)畫面力求簡潔形象，既能反映出電機(jī)學(xué)問題的本質(zhì)，又絕不能把一個(gè)電機(jī)學(xué)問題變成單純的數(shù)學(xué)問題和計(jì)算機(jī)問題。

(3)圖文并茂，對所涉及的重難點(diǎn)問題給出必要的文字說明，把問題的要點(diǎn)以簡潔的文字闡述清楚。

(4)軟件的圖形功能和嵌入功能應(yīng)該比較強(qiáng)，尤其是電機(jī)學(xué)中的數(shù)學(xué)符號和公式比較多，軟件應(yīng)當(dāng)與Word，AutoCAD，Powerpoint等有很好的交互與嵌入引用。

為此，筆者選擇了Macromedia公司的二維動畫制作軟件—Flash。Flash是以流控制技術(shù)和矢量技術(shù)為代表，能夠?qū)⑹噶繄D、位圖、音頻、視頻和交互動作有機(jī)靈活地結(jié)合在一起，從而制作出美觀、新奇、交互性更強(qiáng)的動畫效果。使用Flash制作本課件具有以下優(yōu)勢：

(1)使用矢量圖和流式播放技術(shù)，可以任意縮放畫面尺寸而不影響質(zhì)量，動畫可以邊播放邊下載。

(2)擁有共享圖庫的功能。在Flash動畫中多次重復(fù)出現(xiàn)的同一幅圖片，在編輯時(shí)可以重復(fù)使用共享圖庫中的這一圖片，這樣就可以使課件更加小巧，便于播放、下載、攜帶、異地修改等。

(3)與Authorware和Powerpoint等軟件相比，F(xiàn)lash在修改課件方面更加方便。比如要修改課件中所有按鈕的顏色，只需要在庫中修改按鈕元件的顏色，所有按鈕的顏色就都會改變，這就提高了課件的可擴(kuò)展性和再使用率。

(4)可以方便地把課件做成可執(zhí)行文件，教師演示和學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)，不需要Flash的軟件環(huán)境，在Windows中直接運(yùn)行就可以了。

3 動畫制作與運(yùn)行效果

根據(jù)上述原則，設(shè)計(jì)并制作了相關(guān)問題的演示課件，對應(yīng)的要點(diǎn)和主要畫面為：

(1)變壓器的T型等效電路。文字介紹要突出離散參數(shù)的集中化問題、歸算的基本原則和二次側(cè)電流方向問題。主頁面和中間過程如圖1和圖2所示。

圖1 演示課件的主頁面

圖2 變壓器的T型等效電路中間過程

(2)變壓器的阻抗三角形。文字介紹要突出阻抗三角形的概念、負(fù)載性質(zhì)和負(fù)載電流變化時(shí)阻抗三角形的變化規(guī)律問題。兩種情況下的動態(tài)過程如圖3和圖4所示。

圖3 負(fù)載性質(zhì)變化時(shí)阻抗三角形的動態(tài)變化

圖4 負(fù)載電流變化時(shí)阻抗三角形的動態(tài)變化

(3)不同負(fù)載性質(zhì)時(shí)變壓器的電壓變化率。文字介紹要突出負(fù)載性質(zhì)不同時(shí)電壓變化率的正負(fù)問題、電壓變化率的最大值與最小值問題。運(yùn)行過程略。

(4)直流發(fā)電機(jī)的工作原理。文字介紹要突出線圈電勢的波形、換向器的整流作用和元件多少的影響3個(gè)核心問題。中間過程如圖5和圖6所示。

圖5 直流發(fā)電機(jī)線圈電勢的性質(zhì)

圖6 直流發(fā)電機(jī)原理演示的中間過程

(5)并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的自勵(lì)過程。文字介紹要突出剩磁的作用、正反饋過程和臨界電阻的概念。中間過程略。

(6)單相和三相交流繞組磁勢的性質(zhì)。文字介紹要突出單相交流繞組磁勢的分解與性質(zhì)、脈振磁場特征、三相交流繞組合成磁勢的性質(zhì)、旋轉(zhuǎn)磁場特征。中間過程如圖7和圖8所示。

圖7 單相交流磁勢的性質(zhì)

圖8 三相合成磁勢的性質(zhì)

(7)感應(yīng)電機(jī)與同步電機(jī)的工作原理。文字介紹要突出同步電機(jī)的運(yùn)行原理、感應(yīng)電機(jī)單邊勵(lì)磁結(jié)構(gòu)的特殊性、轉(zhuǎn)子繞組連接方法的特殊性以及感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)行原理。中間過程如圖9～11所示。

圖9 永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)對比

圖10 感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)行原理

圖11 不同轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩變化

4 結(jié)束語

電機(jī)學(xué)課程有其特殊性，以旋轉(zhuǎn)磁場為代表的一類問題具有原理復(fù)雜、形象不直觀、難以理解的共同特點(diǎn)。以大綱中的一些重難點(diǎn)問題為研究對象，設(shè)計(jì)并研制了基于Flash的動畫演示課件，并輔以必要的文字說明，使得課件圖文并茂，要點(diǎn)突出。所研制的課件實(shí)際使用效果良好，非常受學(xué)生歡迎。

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