“電工學”課程研究型教學模式的探索與實踐

吳鵬?尹力?冷欣

摘要：傳統型、探究型和研究型教學模式是目前最具代表性的幾種教學模式。在“電工學”教學中應轉變傳統的教學理念，把計算機仿真技術引進“電工學”課程，為傳統型教學到研究型教學模式的運用提供廣闊的仿真空間。長達4年的教學實踐證明，利用計算機仿真技術是實現“電工學”由傳統型教學到研究型教學的良好手段。

關鍵詞：電工學；傳統型教學；探究型教學；研究型教學；計算機仿真

作者簡介：吳鵬（1980-），男，吉林延吉人，東北林業大學機電工程學院，副教授；尹力（1961-），男，黑龍江依蘭人，東北林業大學機電工程學院，講師。（黑龍江 哈爾濱 150040）

基金項目：本文系省教育科學“十二五”規劃省青年專項課題（課題編號：GBD1212007）、2011年度東北林業大學“電工學”重點課程建設項目（項目編號：A0019）的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）09-0049-02

“電工學”作為高校非電類專業的一門專業基礎課，教學內容幾乎涉及電工與電子學各個領域，在高等教育本科教學中占有很重要的地位。[1]近幾年來，我國高等教育的改革與發展取得重大進展，社會各方面都對高等教育人才培養的質量提出了新的高層次要求。為了使學生在校期間能夠接觸和了解先進、前沿的科學技術，同時使他們在畢業后能夠盡快適應經濟建設和社會發展的需求，必須不斷對傳統的教學模式進行改革。

傳統型教學模式主要以教師為中心，學生只是被動的參與者。這種教學模式在方法上是灌輸和強制的，是一種學生被動參與式的教學模式。[2]

探究型與研究型教學模式是近年來最具代表的兩種教學模式。探究型教學模式指教師指導學生對當前所學內容以“自主、探究、合作”的方式進行深入學習的一種教學模式。[3，4]

研究型教學是對探究型教學的深化與拓展，[5]是以培養學生能力為主要的內容，將學習、研究、實踐有機結合，培養學生在研討中學習知識，培養能力和創新思維，達到培養高層次、復合型、多樣化的高素質創新型人才為目標的一種教學模式。

筆者結合近四年的教學改革實踐，針對“電工學”課程的特點，[6]把計算機仿真技術引進“電工學”課程，為研究型教學模式的運用提供廣闊的仿真空間。通過教學實踐證明，利用計算機仿真技術是實現“電工學”由傳統型教學到研究型教學的良好手段。

一、傳統型教學、探究型教學和研究型教學簡單總結

傳統型教學模式突出教師在教學中心的地位。在這種教學模式下，教師既是教學活動的中心，同時又是教學活動的主導者，教師對學生的教學是灌輸和強制的，學生被動地參與教師教學。而且教師與學生之間的交流非常少，學生大多機械地記憶教師課堂上所講內容，甚至機械地背下教師所留的題目。

傳統教學模式的特征是單一地考試，學生背的多，得分就高，學生沒有時間也沒有心思在學習的過程中進行創新。這種教學模式把分數作為衡量學生成績的標準，忽略了其他方面的培養。

探究型教學模式因為采用“自主、探究、合作”的學習方式，因此教師在教學過程中要強調學生在自主學習和探究的基礎上進行小組交流合作。教師所起的作用是引導，而學生應該努力發揮學習的積極性。

在研究型教學模式中，學生是學習的主體，而教師只是教學過程中的引導者，[7]它能夠引導學生在學習過程中運用科學的研究方法去求取知識、理解知識。因此這種教學模式由傳統的灌輸式教學轉向學生自主式學習，學生在整個教學過程中都會積極參與和探索交流。

例如，在講解一些基本元件或較為復雜的器件時，教師視情況可以作現場拆裝，向學生展示其內部結構，讓學生了解其性能、使用環境、主要參數、注意事項以比較與其他同類產品的異同。對于書本上一些難以理解的電路，教師可以利用計算機仿真技術對其進行仿真演示。例如，教師可以在課堂講解一部分計算機仿真技術基礎知識，接著指導學生在課內上機進行模擬仿真。通過仿真結果顯示，學生會形象地“看”到所建立模型的運行過程，幫助學生更好地明白其工作原理及工作過程。

二、計算機仿真技術輔助教學是實現研究型教學的良好手段

在“電工學”教學過程中，如果筆者借助先進的計算機仿真技術構建虛擬實驗平臺，緊密結合多媒體課件教學，不僅可以有效調動學生自主學習的積極性，激發學生求知欲和創新性，而且可以彌補學校實驗條件不足；同時也不受學時限制，從而更能進一步確立學生在教學過程中的主體地位。通過自己動手設計電路、進行仿真實驗并分析其結果后，學生能夠有所收獲，有所提高，與被動接受相比，這種熱情是自發的、內在的，具有長久和深刻的效果。

下面通過實例探討Matlab/Simulink仿真方法在“電工學”電動機部分的應用。

本文首先給出電動機的數學模型，然后應用Matlab中的Simulink建立三相異步電動機的仿真模型，為以后研究三相異步電動機的工作特性、機械特性、起動與調速方法的研究奠定基礎。

1.三相異步電動機的數學模型

異步電動機[8]的電磁功率和電磁轉矩分別為

式中為電動機的同步角速度。

由近似等效電路可得

式中。

將式（1），（3）代入式（2）可得異步電動機的電磁轉矩為

式中p為電動機的磁極對數；L1為定子漏電感；L2為折算到定子側的轉子漏電感。

其中r1為定子電阻；x1為定子漏電抗；rm為勵磁電阻，模擬鐵芯損耗；xm為勵磁電抗，對應于氣隙主磁通的電抗；r2為折算到定子側的轉子電阻；x2為折算到定子側的轉子漏電抗；s為轉差率；為電子電流相量；為電子電壓相量；為折算到定子側的轉子電流相量；為勵磁電流相量。

2.基于Matlab/Simulink的三相異步電動機的仿真模型

由三相異步電動機的機械特性方程可得到靜態的電機模型，其結構如圖1所示。圖中虛線表示三相異步電動機靜態模型。

三相異步電動機的相關數據如下：，，，，，，，，，。

基于Matlab/Simulink的三相異步電動機拖動系統的仿真平臺如圖2所示，電動機運行的速度曲線如圖3所示。

由圖3所示，可以直觀地觀察到電動機的速度變化曲線。

通過對Simulink在三相異步電動機教學過程中的應用研究，可讓學生在Matlab環境下，動手搭建三相異步電動機的仿真模型；并從所搭建仿真模型中，直觀地學習三相異步電動機的工作特性、機械特性、起動與調速等相關知識。

教學實踐表明，將計算機仿真技術引入“電工學”教學，是開展研究型教學的良好手段，學生反映良好。在“電工學”教學引入計算機仿真技術有以下優點：

（1）使學生們對所學知識感到形象直觀，能更好地理解和掌握所學知識。通過學生自己設計電路模型，能極大地調動學生的積極性，同時能夠激發創造力和創新性，讓學生參與到科研過程中。

（2）計算機仿真技術所提供的功能非常強大，且不存在燒壞器件的現象，因此學生在利用計算機仿真技術搭建模型時，不必擔心像在實驗室里把電路板燒壞一樣，可大膽進行分析、建模、編程、仿真，在學習過程中培養了動手、研究及解決問題的能力。

（3）計算機仿真技術只需在電腦上進行操作，學生可以通過課后自行上機進行設計，可緩解實驗設備緊張，解決教學過程中課時有限的問題。

（4）計算機仿真技術輔助教學的應用，可使學生在學習專業課之前掌握一些仿真軟件工具，為學生將來做一些較為復雜的綜合性設計題目及畢業設計奠定基礎。

由此可見，引入計算機仿真技術是實現“電工學”研究型教學的一種行之有效的方法。

三、結論

隨著時代的發展，“電工學”的內容不斷更新，新理論與技術不斷涌現。傳統型教學模式的教學已經不能滿足培養綜合型和創新型人才的需要。培養學生掌握新知識、新技術的能力，是目前社會和企業對高校教學提出的迫切要求。本文以“電工學”教學為例，較詳細地闡述了傳統型、探究型和研究型教學模式在該門課程中的特點。

通過筆者近四年的教學實踐證明，把計算機仿真技術引入到“電工學”教學中，能有力地培養學生分析和解決問題的能力，激發學生學習和研究的積極性。計算機仿真技術是一種可以實現“電工學”教學由傳統型到研究型教學模式的教學方法。

參考文獻：

[1]唐介.電工學[M].北京：高等教育出版社，1999.

[2]劉堅.論經典學習理論對“以教師為中心”傳統教學模式的影響[J].湖南醫科大學學報（社會科學版），2009，11（4）：187-190.

[3]唐彬.發現式、探究式和研究式三種教學方法在經濟理論課中的應用[J].湖北財經高等專科學校校報，2007，19（3）：43-48.

[4]籍建東.研究型教學模式與傳統教學模式的比較[J].職教論壇，2011，（5）：43-45.

[5]陳琦，劉儒德.當代教育心理學[M].北京：北京師范大學出版社，2007.

[6]劉廷文，唐慶玉，段玉生.EDA技術是實現電工學研究型教學的良好手段[J].實驗技術與管理，2006，23（8）：65-68.

[7]陳琦，劉儒德.當代教育心理學[M].北京：北京師范大學出版社，2007.

[8]顧繩谷.電機及拖動基礎[M].第四版.北京：機械工業出版社，

2007.

（責任編輯：王意琴）