應用型專業轉型背景下電機及拖動基礎教學的改革研究

楊民生　李建英

摘要：電機及其拖動基礎是自動化及相關專業的一門專業基礎課程，課程內容與實際應用聯系緊密，在課程的教學過程中，如何對課程的教學內容進行有機融合，增強課程內容之間的有機聯系，并強化其應用性，為應用型專業轉型提供課程建設方面的支持，論文進行了相關的探討。

關鍵詞：電機及拖動基礎；應用型專業；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）41-0108-02

電機及拖動基礎作為自動化專業及相關專業的一門基礎性專業主干課程，在自動化、電氣工程及其自動化、建筑電氣與智能化等專業的人才培養過程中發揮非常重要的作用。傳統的教學過程及教學模式今生學生對相關理論知識的掌握，忽視了對學生創新能力的培養。在國家中長期教育改革和發展規劃綱要中提出：我國正處在改革發展的關鍵階段，經濟發展方式加快轉變，高等院校要優化結構辦出特色，重點擴大應用型、復合型、技能型人才培養規模。為響應國家的高等教育改革政策，作者所在的高校作為湖南省首批進行應用型轉型試點的兩所高校之一，大力推進學校向應用技術方向轉型發展。為響應學校號召，本文結合對自動化專業電機及拖動基礎課程多年的教學經驗，以培養具有創新意識的應用型人才為培養目標，發揮學生學習的主觀能動性，培養學生解決工程實際問題的能力，對電機及拖動基礎課程的教學內容、教學方法與手段進行改革研究。

一、電機及拖動基礎課程特點分析

電機及拖動基礎是我校自動化專業、建筑電氣與智能化專業的專業基礎課程，屬于專業必修課程。在當前版本的人才培養方案中，其理論課時為50學時，實驗課時22學時，理論與實驗獨立考核。從教學內容上看，該課程以《電路原理》、《大學物理》為先修課程，后續課程包括《計算機控制系統》、《運動控制系統》，電機及拖動基礎課程涉及到電路原理、磁路理論、電磁力學等，授課內容多，教學內容中包含一些較為抽象的概念，如磁路基本原理、磁動勢、電磁力、電磁感應、感應電動勢等等，學生的理解難度大；課程內容包括電機學原理及電力拖動兩大內容板塊，相關內容的相互銜接較為松散。

二、調整優化理論教學內容，突出工程應用的課程教學體系

電機作為電能與機械能之間的轉換設備，在當前的社會生產與生活中占有重要的地位，是現代化生產活動中最主要及最廣泛使用的動力設備，在國家大力推進應用型專業教育的轉型及重視對學生開展工程實踐能力培養的基本方針下，根據用人企業的實際需求，結合學校對專業人才的培養目標，即培養能為地方經濟建設服務的應用型高級工程技術人才，對課程的教學大綱進行修訂。按照對專業人才的培養目標，對理論教學內容體系進行調整，對相關知識點進行分類，對教學內容授課時數及授課重點進行規劃，突出對學生工程應用能力及實踐能力的培養，實現與企業的需求及行業資格考試內容的合理銜接。如直流電機的原理與組成結構部分的教學，對于直流電機的繞組結構及分布內容進行壓縮，只需要介紹磁極對數及極距兩個基本物理概念；對直流電動機的轉動原理進行較詳細的分析，而對電樞反應及直流電機的換向等內容，不對其產生原因進行深入分析，而只簡單介紹換向不良產生的危害，電樞反應的影響，將理論分析困難的內容進行壓縮，突出對工程應用能力的培養。

在電機及拖動系統的整體教學內容中，包括直流電機基本原理、變壓器基本原理、交流電機原理、交流電機拖動系統等內容。在常用的經典教材中，章節順序按直流電機的結構及原理、變壓器、交流電機的基本結構及原理、直流電機拖動系統、交流電機拖動系統等章節內容編排，在教學執行過程中，如遵循按章節順序進行教學的常規思路，即先講述直流電機結構及原理、變壓器、交流電機的原理及結構，再講述電機拖動系統的相關內容，則教學內容會出現銜接問題，學生在學完交流電機的結構及原理部分內容后，對直流電機的相關原理內容已經出現了部分遺忘的情況，此時再講述直流電機拖動內容，需要安排不少的時間對前面的運行原理部分的內容進行復習。對教學內容及教學順序進行合適的調整，將直流電機的拖動內容安排到直流電機的結構與原理之后，將交流電機的拖動內容安排到交流電機的基本原理之后進行講授，將整個課程的教學內容分成三大板塊，即直流電機及其拖動系統，變壓器，交流電機及其拖動系統。在教學過程中，講授了相關的電機原理之后即開始講授電機拖動系統，通過相應的電機拖動系統的實際應用案例強化對電機結構及運行原理的理解。

隨著電力電子變流技術的發展，交流電機目前占據電機應用領域的主導地位，直流電機因為體積大、價格高，其市場占比逐步降低，但在一些對調速性能要求高的場合具有不可替代性，結合當前電機及其拖動系統在行業中的應用狀況，對電機及拖動系統課程的整體教學課時進行分配，突出交流電機及拖動系統在整個課程體系中的核心地位，適當對直流電機及拖動系統的部分不常用的理論內容如繞組分布等教學內容進行刪減。

三、采用多種教學方法，教學過程中面向實際應用，提升教學效果

電機及拖動課程涉及到電學、磁學、動力學、熱力學等多門學科，電機拖動系統與實踐聯系密切，其先修課程主要包括電路理論、大學物理，課程中抽象性的概念內容較多，為了提高學生學習的積極性及學習效率，在教學過程中需要用到多種教學方法，善于運用對比教學法，如電路與磁路理論的關聯性強，并存在很強的對應關系，如表1所示，通過學生所熟悉的電路參數及歐姆定律，引導學生理解磁路的基本特性及磁路歐姆定律。

對重要及基礎的概念，在講述時既要做好基礎知識的鋪墊，又要做好知識點的凝練與歸納，要做到深入淺出，如直流電機的基本運行原理，涉及到能量的變換、電磁力學、運動力學等多個知識點，在電機的起動過程中，內部磁場、通電的電樞導體、電刷與換向片三個要素缺一不可。對知識點進行歸納時，根據電動機運行的三要素，總結出電機運行原理性口訣：電生磁；電磁生力；變磁生電。電生磁，即電機運行過程中，依靠勵磁電流產生氣隙磁動勢，形成空載內部磁場（運行要素一）；電磁生力，指載流導體在磁場中受到電磁力的作用（運行要素二）；變磁生電，即電樞繞組內的磁通變化時在繞組內部產生感應電動勢，完成電動機的能量轉換任務（將電能轉換為機械能）。結合電動機的電刷與換向器結構（運行要素三），歸納總結出電機在運行過程中的電磁關系及連續旋轉的基本要素。在后續的教學過程中，對相關的知識點進行放射式展開，如勵磁方式知識點的講授，可先復習直流電機運行的三基本要素，指明內部磁場屬于直流電機連續運行的三個基本條件之一，隨后則可引出電機的勵磁方式，指明內部磁場的必要性及內部磁場形成的技術手段，形成課程知識點的發散及串聯。

將相關的工程應用案例情景引入到課堂中，通過對案例的調查、閱讀、思考、分析、討論和交流等活動，加深對基本原理和概念的理解，培養學生分析問題和解決問題的能力。在電動機的運動方程平衡部分，有轉矩平衡公式：Te-TL=J■，在進行公式的深入分析之前，需要對電磁轉矩、負載轉矩及轉速正方向的定義，并根據公式確定系統運動的平衡狀態、過渡狀態，隨后引入負載轉矩特性分析內容，對不同負載的轉矩特性進行分析，按照恒轉矩負載、通風機類負載、恒功率負載三類分析負載轉矩與負載轉速之間的關系，在分析過程中，對于不同的負載，可結合專業的實際情況引入對應的實際生產機械圖片，增強學生對課程的興趣。

在對電機的基本運行原理及調速知識有了一定掌握之后，教師可結合專業定位情況，挑選一些實際應用中的相關案例，使得學生加深對課程理論知識的理解，同時能應用所學知識，并在教師的引導下對相關專業知識進行創新應用。比如結合目前國內電動助力車及電動摩托車等旺盛的市場需求與銷售情況，給學生提供一款用于電動摩托車的直流電機的銘牌數據，讓學生根據銘牌數據回答問題：降低電樞電壓時電動機的瞬時轉速及電樞電流數據是多少？穩定后有何變化（負載不變）？直流電動機的調速方式怎樣實現？調速過程中能量損耗及能量轉換關系有何變化？通過回答上述問題，使學生學會應用相關知識分析解決實際工程問題。在此基礎之上，可進一步拓展學生解決應用問題的能力，載人用的輕便電動自行車與主要用于載貨運輸用的“爬坡王”電動車的電機在選型上應該注重哪些方面的參數區別？對一些學習能力強的學生，則可繼續引導：為了提升一次充電的行駛里程，可否將回饋制動應用于電動自行車？并指導其設計一些小型的驗證性實驗裝置。通過以上的教學過程，將課程的理論教學與實際應用緊密聯系，增加學生學習的興趣，提升學生解決實際工程問題的能力。

四、結論

電機及拖動基礎課程是自動化及相關專業的一門專業基礎課，與實際應用聯系緊密，為滿足專業人才培養向應用型轉型的需求，在新的培養體制下，將專業課程的教學內容進行有機整合，采用多種教學方法與手段，打造重點突出、與應用密切結合的課程內容體系，增強學生學習的興趣，提升學生運用相關知識解決實際工程問題的能力，經過實際的教學試驗，驗證了改革的課程教學比常規教學效果顯著提升。

參考文獻：

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