知識元法在電機學教學中的應用探討*

趙鐵英　王玉梅（河南理工大學電氣學院，河南焦作454000）

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知識元法在電機學教學中的應用探討*

趙鐵英王玉梅
（河南理工大學電氣學院，河南焦作454000）

摘要：電氣專業電機學課程知識點多、涉及面廣，學生不好理解，給課堂教學帶來了一定的困難。通過總結多年教學經驗，將知識元法引入教學中，對電機學中知識點進行分解，通過知識元之間的相互鏈接構成知識網絡，從整體上揭示出各個知識點之間的相互聯系關系，為電氣類專業課程的教學改革進行了有益的探索。

關鍵詞：知識元；電機學；教學改革

王玉梅（1963-），女，河南輝縣人，河南理工大學電氣學院，教授。

Abstract:Electromechanics is one of the most important professional courses in Electric major. It has numerous knowledge points and covers a wide range，so it is very difficult for the students to understand，which brings certain difficulties in classroom teaching. Thus the course group introduces Knowledge Element into daily teaching through a summary of teaching experiences. Each knowledge point in Electromechanics is disassembled into some knowledge elements. It can constitute a knowledge network through the interlinking among knowledge elements and reveal interrelationship in every knowledge element as a whole，which makes some beneficial explorations to the teaching reforms in courses of Electric major.

Keywords:knowledge element；electromechanics；teaching reforms

“電機學”是電氣專業必學的一門專業基礎課，內容廣知識點多，涉及電路、磁路部分，學習中需要用到“電路、電磁場”等前邊課程知識，同時“電機學”與后續課程聯系緊密，如“電力系統分析、電機與拖動”等課程，都用到“電機學”學習的內容，所以其在電氣專業教學中的地位尤其重要。但是“電機學”課程中知識點多，理論性強，內容抽象難以理解，因此學生在學習、老師講授時都遇到了很多的困難，授課效果不理想，學生學習后往往只學會單個孤立的知識點，很難做到前后連貫，往往是只見樹木不見森林，一葉障目，只知道電機學書本中的問題，不會相互聯系，難以做到前后知識的連貫，更不能做到融會貫通，影響后續課程的學習。所以文章結合教學實踐，將“知識元法”引入電機學教學中，并進行了一定的實踐探索。

圖1　知識元鏈接示意圖

一、知識元法簡介

（一）知識元

知識元是數據庫中常用到的一個概念。所謂知識元，是指不可再分割的具有完備知識表達的知識單位。從類型上分，包括概念知識元、事實知識元和數值型知識元等。

知識是人們對客觀事物及其發展規律的一種準確描述，知識本身可以用文字給出一個簡潔明確的描述，這種描述在數據庫中可以作為一種知識信息元素，即知識元。知識元就是一個知識的完整描述，是知識表達的一個最小完整單位［1，2］。知識元之間通過內在的相互關系，聯系成新的知識體系，組成各種知識，其鏈接方式如圖1所示。

由此可見，知識元具有以下特點：（1）知識元是描述知識的最小單位；（2）知識元是有一定結構的；（3）各個知識元通過一定的關系連接在一起，通過知識元鏈接搜索，可以聯系其他的知識元。

（二）知識元法在教學中應用的可行性

“電機學”中有很多的知識點抽象難以理解，即使學生理解了單個的知識點，卻無法完全掌握這些知識并進行應用，更無法找到這些知識點之間的聯系，這樣直接影響了后續課程的學習。

知識元法就是采用“化整為零”的方法，利用知識元的特點，對相關知識進行分割，將知識分解為一個個的知識元，學生在學習時，首先學會每個知識元所表達的知識，然后根據知識元之間的鏈接關系，掌握整個知識，實現“由此及彼”、“由點到面”的學習過程。

二、知識元法在“電機學”教學中的應用

“電機學”所選用的教材一般都由若干章節組成，每個章節包涵相關聯的若干個知識點，通過把這些知識點分解成知識元，然后按照知識元鏈接關系，組合成知識點，使學生掌握知識點。采用知識元法有利于選擇最佳教學方法，使知識系統化，從而有利于學生找到各知識點之間的聯系，發揮學生在教學活動中的主體作用和教師在教學活動中的主導作用。

（一）知識元的劃分確定

知識元是知識的最小單位，所以正確的設定知識元是知識元法教學的關鍵。在“電機學”教學過程中，我們根據教材各章節的論述，找出每小節的關鍵內容，提煉出1-2個知識元，對這些知識元進行詳細講述，重點使學生能夠掌握單個知識元所表達的含義。若干個知識元組成每小節的知識點，再進一步組成每個章節的內容［3］。

（二）知識元的相互鏈接

當學生掌握單個知識元后，根據知識元鏈接關系圖，由已知知識元出發，逐漸向四周擴展，學習與之相聯系的新知識元，最后形成一個完整的知識網絡［4，5］。以“電機學”為例，“電機學”中同步電機部分，根據同步機的結構不同，可以分為凸極式和隱極式同步電機，然后應用前邊學過的磁路、電路基本定律，可以分析推導出隱極式同步機的電壓方程，畫出等效電路和相量圖；應用磁路的歐姆定律和不同材料的鐵磁性能進行分析，可知凸極式電機d軸、q軸方向上氣隙不均勻，沿d軸、q軸方向磁阻不同，需要用雙反應理論，將電樞磁場分解到d軸、q軸方向，再進行分析，得到凸極式電機的電壓方程、相量圖等，由此得到凸極式電機的d軸、q軸同步電抗和其他參數，繪出隱極式、凸極式同步機的等效電路。這是一個各知識元依次推導的過程，由前一個知識元推導出后邊的知識元點，其知識元鏈接推導如圖2所示。

“電機學”中很多內容與其他課程聯系緊密，采用知識元法可以明白清楚的顯示出“電機學”中內容與其他課程之間的聯系。例如電氣專業另一門重要的基礎課——“電力系統分析”，其中許多內容都與“電機學”密切相關，直接應用了“電機學”的相關知識點。以同步機突然短路的暫態過程為例，首先用到的知識就是“電機學”中學過的同步機的基本結構，由其基本結構、定轉子繞組位置關系，可以列出同步機的定轉子之間磁鏈與電勢、電壓的原始方程，實現由“電機學”中一個已知的知識元“同步機基本結構”鏈接電力系統分析中知識元“同步電機基本方程”的過程。學生在學習“電力系統分析”的過程中，首先從同步機結構出發，分析推導出基本方程；然后根據定轉子上繞組位置關系，分析定轉子之間電感系數，得到結論除轉子上各繞組的自感、互感為常數外，其他繞組間的電感系數均為變量；為了解決磁鏈方程中的變系數電感，采用了電機中的雙反應理論，將電樞次磁動勢進行分解，同時采用帕克變換，對定子電流也進行分解，將a、b、c三相坐標系轉換為d、q、0兩相坐標系，推導出同步電機的基本方程，其知識元相互鏈接如圖3所示。

圖2　同步機知識元鏈接圖

圖3　電機學與電力系統分析知識元鏈接示意圖

（三）課后總結

完成課堂教學后，及時對課堂教學中的知識元鏈接進行總結，使學生能夠從一定高度上對所學的知識有個整體認識，掌握知識點之間的聯系規律，不斷拓展知識面，完善知識結構；教師從學生反饋的問題中也可以考查教學中哪些方面還有不足，從而不斷改進教學方法，獲得更好的教學效果。

三、結束語

采用知識元法對“電機學”中的基本知識點進行分解，利用知識元鏈接揭示出不同知識點之間的相互聯系規律，使學生有一個整體的認識，便于學生掌握知識點之間的相互聯系，最終形成一個完整的知識網絡。教學實踐表明，采用該方法有助于學生快速、扎實掌握“電機學”的基本理論，同時理解電機學與其他課程之間的聯系，為后續課程的學習打下良好的基礎。

參考文獻

［1］鄭邦坤.網絡化知識元數據庫建設研究［J］.西華大學學報（哲學社會科學版），2004，8（4）：96-97.

［2］陳文清.關于“知識元教學”的探究［J］.安慶師范學院學報（自然科學版），2003，9（2）：110-111.

［3］溫有奎.基于“知識元”的知識組織與檢索［J］.計算機工程與應用，2005，1：55-57+91.

［4］陶善菊，劉清堂，王凡，等.基于知識元的教育技術學科資源庫構建［J］.現代教育技術，2011，5（21）：115-120.

［5］畢經元，顧新建，呂艷，等.基于知識元鏈接的汽車零部件知識管理系統［J］.浙江大學學報（工學版），2009，43（12）：2208-2212.

中圖分類號：G642

文獻標志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）10-0116-02

*基金項目：河南理工大學博士基金（項目編號：60807/008）；河南理工大學2015年校級教改項目（項目編號：672307/070）

作者簡介：趙鐵英（1977-），女，河南焦作人，河南理工大學電氣學院，講師。