應(yīng)用型本科“電機(jī)與拖動”課程的教學(xué)改革與實踐

牛綠原

（南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院智能制造學(xué)院，江蘇泰州225300）

應(yīng)用型本科“電機(jī)與拖動”課程的教學(xué)改革與實踐

牛綠原

（南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院智能制造學(xué)院，江蘇泰州225300）

《電機(jī)與拖動》課程的理論性和實踐性均很強(qiáng)，難教又難學(xué)。為提升應(yīng)用型本科學(xué)生的綜合素質(zhì)，課題組設(shè)計了一個“課堂、仿真或報告、實驗、網(wǎng)絡(luò)課程、期末考試”五位一體的綜合評價方式。實施效果顯示，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣得到提高，綜合素質(zhì)得到提升。

電機(jī)與拖動；教學(xué)改革；評價方式

“電機(jī)與拖動”是電氣工程及其自動化、自動化、電氣工程與智能控制等幾個專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，先修課程包括電路、大學(xué)物理等，后學(xué)課程包括電力系統(tǒng)分析，交流調(diào)速技術(shù)等，在整個課程體系中起承上啟下的作用。該課程理論性和實踐性都很強(qiáng)，盡管在以往的教學(xué)中，為契合應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的需求，課題組對一些很深的理論進(jìn)行了弱化，但通過幾年的教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，學(xué)生學(xué)習(xí)起來難度仍然很大，學(xué)習(xí)的積極性并不能讓人滿意，對知識的理解和掌握程度也不能對“電氣現(xiàn)場工程師”的培養(yǎng)起到令人滿意的支撐作用，這說明現(xiàn)存的教學(xué)模式依然存在一些問題，亟待解決。

一、“電機(jī)與拖動”的教學(xué)現(xiàn)狀分析

（一）教學(xué)內(nèi)容

從教學(xué)內(nèi)容上看，我校人才培養(yǎng)的定位就決定了課程設(shè)置以及課程內(nèi)容的取舍必須充分考慮與工程實際接軌。從現(xiàn)在的教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容上看，和這一點基本是吻合的，但是又有差距，因為新型電機(jī)在教學(xué)過程中所占的比例過少，有些甚至未有涉及；傳統(tǒng)電機(jī)部分，實際應(yīng)用層面還是不夠突出。

（二）教學(xué)形式及效果

從教學(xué)形式及效果上看，因主要是板書、PPT相結(jié)合的傳統(tǒng)授課形式，很難充分調(diào)動學(xué)生的積極性，讓學(xué)生的潛能得到完全釋放，所以盡管歷年期末考試成績還不錯，但學(xué)生對電機(jī)學(xué)習(xí)的積極性并沒有提高多少，對知識點的理解和掌握完全談不上深入和良好。

因此，修改教學(xué)大綱，更新教學(xué)內(nèi)容，同時改變這種學(xué)生被動接受的授課方式勢在必行，構(gòu)建以學(xué)生為中心的新型授課模式和實施全方位的課程考核方式就顯得尤為重要。

二、應(yīng)用型本科“電機(jī)與拖動”課程的主要教學(xué)目標(biāo)

（一）知識方面

通過教學(xué)，使學(xué)生掌握直流電機(jī)、變壓器、三相異步電動機(jī)、三相同步電動機(jī)、三相同步發(fā)電機(jī)等幾類傳統(tǒng)電機(jī)的基本工作原理、結(jié)構(gòu)、特性，以及相應(yīng)的調(diào)速、起動和制動方法，同時對永磁同步電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)等新型電機(jī)的基本工作原理、結(jié)構(gòu)以及控制方法有所了解。

（二）能力方面

通過教學(xué)，使學(xué)生具有設(shè)計、操作電機(jī)基本線路的能力以及排查常見故障的能力，具有初步的應(yīng)用電機(jī)基本理論進(jìn)行分析的能力以及提升學(xué)生的表達(dá)能力、團(tuán)隊合作能力以及調(diào)研能力。

（三）素質(zhì)方面

經(jīng)過一系列環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，使學(xué)生的綜合素質(zhì)得到極大提升。

三、加強(qiáng)過程管理，實施“五位一體”的綜合評價方式

為了完成所設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)，課題組首先修訂了教學(xué)大綱，并確立了教學(xué)方法改革的基本思路，即以CDIO工程教育理念為指引，突出工程教育。

1.進(jìn)一步弱化理論推導(dǎo)、分析與計算，課堂上嘗試引入仿真技術(shù)，課外布置相關(guān)仿真課題，全面實施“以用為主”的教學(xué)理念，大力提倡虛擬的“做”，讓學(xué)生在“做”中充分理解各種電機(jī)的基本原理與特性。

2.豐富工程背景強(qiáng)的案例，對核心內(nèi)容盡可能采用“項目教學(xué)法”，同時優(yōu)化實驗項目和內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生對工程項目的掌控能力；比如，對于電動機(jī)在運行時有異聲的問題，教師就可以講述一下可能產(chǎn)生這個問題的原因以及相應(yīng)的解決辦法——如果是因為定子轉(zhuǎn)子相擦，那就檢查軸承、轉(zhuǎn)子是否變形；如果是因為電動機(jī)兩相運行，那就檢查相應(yīng)的接線處以及故障點等等。這樣以來，就大大開拓了學(xué)生的知識面，從而為將來的工作打下一個良好的基礎(chǔ)。

3.增加新電機(jī)的內(nèi)容。絕大多數(shù)教材都把重點放在了直流電機(jī)、交流電機(jī)以及變壓器上，即使提到了其他新型電機(jī)，也是用了很少的篇幅。而事實上，一些新型電機(jī)，特別是控制電機(jī)的應(yīng)用非常之廣，因此很有必要對常用的控制電機(jī)進(jìn)行原理性的介紹。在課時有限的情況下，可以重點講述諸如永磁同步電動機(jī)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器以及無刷直流電機(jī)等新型電機(jī)的基本工作原理與大體的應(yīng)用范圍。并告訴學(xué)生這些電機(jī)的形狀，結(jié)構(gòu)，價格，常見的品牌；讓學(xué)生了解矢量控制技術(shù)和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)。

4.充分利用多媒體技術(shù)。多媒體課件具有形象生動，易于理解，直觀效果好，條理清晰的特點，把它引入到《電機(jī)與拖動》教學(xué)之中可以有效地解決部分教學(xué)難題。例如，三相異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生，是電機(jī)學(xué)中的重點與難點，對于如何確定通入三相電流產(chǎn)生的磁場方向、定子與轉(zhuǎn)子之間的關(guān)系以及導(dǎo)體如何切割磁力線產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)等等這些問題，如果一味用文字描述，學(xué)生常常難以理解。而如果根據(jù)它的特點制作出相應(yīng)的多媒體課件，使之能通過動畫的形式形象地表示出線圈中通入電流產(chǎn)生的磁場方向、轉(zhuǎn)子電磁轉(zhuǎn)矩的旋轉(zhuǎn)變化，從而使學(xué)生感覺很抽象的感應(yīng)電勢變化的關(guān)系非常清晰的體現(xiàn)出來，那么，通過這種直觀的演示，學(xué)生就能夠很快的掌握電機(jī)的工作原理，并且印象深刻。

然后，設(shè)計了一種“課堂、仿真或報告、實驗、網(wǎng)絡(luò)課程、期末考試”五位一體的綜合評價方式，并提出了實施細(xì)則。各項目在學(xué)生總成績中所占的比例如圖1。

圖1 考查分項比例示意圖

（1）課堂方面

理論教學(xué)時，首先隨機(jī)抽取三名學(xué)生上臺講課，講的內(nèi)容由學(xué)生自己組織，主要涉及上次課堂內(nèi)容復(fù)習(xí)、作業(yè)點評、本次課堂要講的內(nèi)容、仿真演示、關(guān)于電機(jī)應(yīng)用以及新型電機(jī)的調(diào)研等等，學(xué)生講完后，教師當(dāng)堂點評并隨機(jī)抽取該組學(xué)生針對所講內(nèi)容回答問題，最后教師再講課。

（2）仿真或報告方面

調(diào)研部分，要求學(xué)生對電機(jī)方面的應(yīng)用、新型電機(jī)以及其他和電機(jī)有關(guān)系的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)研，形成綜合報告，并做調(diào)研匯報（匯報時，課題組全體教師參加）。

仿真部分，要求學(xué)生利用MATLAB軟件搭建相關(guān)電路，對電機(jī)方面的啟動、調(diào)速以及制動等特性進(jìn)行仿真，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)分析，形成綜合報告，并做匯報（同上）。

（3）實驗方面

實驗教學(xué)時，首先讓學(xué)生根據(jù)實驗指導(dǎo)書以及相關(guān)實驗視頻，要求學(xué)生進(jìn)行實驗預(yù)習(xí)，寫好實驗預(yù)習(xí)報告（即實驗報告中的預(yù)習(xí)部分，不要求學(xué)生單獨寫）在檢查預(yù)習(xí)報告合格后，方可進(jìn)行實驗，實驗結(jié)束后，由實驗教師隨機(jī)抽取實驗項目對學(xué)生單獨考核。

（4）網(wǎng)絡(luò)課程方面

充分利用泛雅網(wǎng)絡(luò)平臺，建立網(wǎng)絡(luò)課程，突出交互性、共享性、開放性、協(xié)作性和自主性。所建立的網(wǎng)絡(luò)課程，不僅包含“電機(jī)與拖動”的教學(xué)內(nèi)容，而且包含網(wǎng)絡(luò)課程小測試，網(wǎng)絡(luò)作業(yè)，話題互動，電機(jī)應(yīng)用視頻、結(jié)構(gòu)視頻等等一系列優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源。

（5）期末考試方面

組卷時，要求教師從實際的角度出發(fā)。比如，如果要考察學(xué)生對三相異步電動機(jī)掌握的情況如何，那么可以從下面幾個方面出題，三相異步電動機(jī)的基本工作原理是什么？起動瞬間，轉(zhuǎn)子電流是大是小，其原因是什么？星型-三角型起動的基本思路是什么？它有什么局限性？又有什么優(yōu)點？有哪幾種改變轉(zhuǎn)速的方法？變頻調(diào)速的基本思想以及基本分類是什么？諸如此類，不勝枚舉。這樣出題，既考查了學(xué)生對這些最基本的核心概念的掌握情況，又讓學(xué)生在考試中對這些概念有了進(jìn)一步的認(rèn)識，可以深化教學(xué)效果。

四、實施效果

課題組以CDIO工程教育理念為指引，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的工程能力是理論知識和技能的有機(jī)融合，而非單純的理論或者是簡單的操作，大力推行“做中學(xué)，學(xué)中做”教育模式，強(qiáng)調(diào)“理論與實踐并重，理論為應(yīng)用服務(wù)”。自改革實施以來，課題組教師發(fā)現(xiàn)，這種綜合評價方式不僅增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)習(xí)效率，而且也使學(xué)生的實際動手能力得到了很大鍛煉。

［1］萬忠民.案例教學(xué)法在電機(jī)與拖動教學(xué)中的應(yīng)用研究［J］.電子技術(shù)，2014，11.

［2］牛綠原，劉增元.《電機(jī)與拖動基礎(chǔ)》教學(xué)初步探討［J］.2008，51.

［3］曾繁玲.項目教學(xué)法在《電機(jī)拖動與控制》教學(xué)中實施的探討［J］.成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校學(xué)報，2009（1）：54-57.

［4］唐立偉.項目教學(xué)法在《機(jī)床電氣控制》課中的探索與實踐［J］.中國科技創(chuàng)新導(dǎo)刊，2008（9）：32-35.

［5］榮軍，丁躍澆，張敏，等.計算機(jī)仿真軟件在“電力電子技術(shù)”教學(xué)中的應(yīng)用［J］.中國電力教育，2011（12）：173-174.

"Electrical Machine and Drive"is a theoretical and practical discipline which is difficult to learn and teach.In order to enhance the comprehensive quality of the applied undergraduate talents，the research group designed a comprehensive evaluation method which included five aspects such as classroom，report or simulation，experiment，network course and final exam.The implementation effect shows that the students'learning interest is improved，and the comprehensive quality is improved.

electrical machine and drive；reform in education；evaluation way

G642

A

2096-000X（2016）19-0135-02

牛綠原（1982-），男，河南周口人，碩士學(xué)位，助教，主講《電機(jī)與拖動》、《電子線路CAD》、《電路》，從事電機(jī)、控制、調(diào)速等方面的研究。