電機與拖動基礎課程教學改革探討

朱凌云 孫培德 姚飛

[摘 要] 電機與拖動基礎課程是自動化專業的一門專業基礎課，在課程設置中具有重要地位，其教學質量也會影響許多后續課程的學習。在電機與拖動基礎教學改革中，教師主要從體現現代教育思想入手，運用現代教育技術與方法，使教學具有科學性、先進性。課程內容經典與現代相交融，并把學科最新科研成果引入教學，取得了較好的教學效果。

[關鍵詞] 教學改革;現代教育思想;電機與拖動基礎;多媒體動畫;開放性實驗

[作者簡介] 朱凌云（1962—），女，湖南郴州人，學士，副教授，碩士生導師，研究方向為電氣工程及其自動化;孫培德（1961—），男，上海人，學士，副教授，碩士生導師，研究方向為電氣工程及其自動化。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）35-0307-02? ? [收稿日期] 2019-07-27

電機與拖動基礎這門課程的教學改革需要優化課程內容，利用多媒體教學手段，增強實驗課程內容的技術性、綜合性和探索性，開展相關的校內外實習，使課程具有基礎性、研究性、前沿性。

一、優化課程內容

電機與拖動基礎課程是由電機原理和電機拖動基礎兩部分組成，內容多，涉及面廣。為適應在學時壓縮情況下培養質量提高的要求，精簡該課程的理論知識，形成了以磁路、機電能量傳遞、各種電機的工作原理、機械特性、電力拖動、各種運轉狀態、電動機的選擇為教學主線，通過試點，教學效果較好[1]。

（一）壓縮電機原理的教學內容

對于自動化專業學生，學習電機原理目的是為了應用電機，為學習電機拖動打基礎，關于電機原理方面的內容夠用即可。因此，對電機原理內容進行了一些壓縮。例如壓縮有關電機結構的內容，減少變壓器和交流電機諧波問題的講解，這些內容對電機的應用影響不大，既降低了學習難度，減輕學生的學習負擔，也不影響教學效果。增加拖動的教學內容：在電機與拖動基礎教學中，將重點放在各種電機的機械特性、起動、制動和調速過程中各個物理量的變化情況及穩態分析上。增加了當前廣泛應用的三相異步電機變頻調速等內容。詳細分析三相異步電機調頻系統，既分析不同頻率下電機機械特性，又分析不同性質負載情況下，調頻以后電機轉速、電流等物理量的變化趨勢。

（二）增加新型電機教學內容

隨著電力電子技術發展，帶動了電機及其拖動技術發展，一批新型特種電機相繼出現，并迅速在工業和民用產品中大量使用。如同步電機、直流無刷電動機、開關磁阻電動機、控制電機等，由于這些電機的機械特性與直流電機相仿，控制比三相異步電機簡單，以其獨特優勢迅速發展，在講課過程中適當增加這部分內容，使教學更加適應新技術發展要求。

（三）科研成果融入教學

把教師科研成果作為教學案例講解，使學生更加深入的理解電機與拖動原理，利于培養學生工程實踐能力、激發學生科技創新能力。在講課中適時地介紹當前有關電機及拖動基礎的最新科技成果及有待解決的問題，使學生了解與本課程相關的國內外先進水平和最新發展動態，培養學生的創新激情與創新思維，調動學生的學習積極性。為學生推薦相應的參考書及參考網站，以擴充學生的知識面。在講授每一章時，將與本章內容有關的新理論、新技術介紹給學生，并引導學生利用互聯網自行查找有關本課程的新理論、新技術、新進展。今年還邀請了國內高水平的電機學者和大公司研究電機控制系統的高級研究員為本專業學生做學術講座。

二、制作和應用多媒體教學動畫

電機與拖動基礎課程中概念抽象，有大量的公式推導和插圖，采用傳統教學方法，學生理解不深刻，教學效果不是很好。因此從多媒體課件的制作方面進行了改革。課堂教學講授與多媒體相結合，充分利用動畫、圖片、視頻及網絡資源，使課堂教學變得生動有趣，易于對電機復雜工作原理的理解。采用3D動畫、VB編程技術，開發多媒體課件。在課件中插入大量動畫、圖片、視頻，演示電機繞組連接、磁場分布和變化、電機等效電路、相量圖以及起動調速運行性能等不易為學生理解的知識，使教學更加適應新技術發展要求，提高教學質量[1]。

制作的多媒體動畫舉例如下：借助圖1動畫可以理解電樞反應對電機磁場的影響，按繼續鍵，可看到從一個線圈的磁動勢和磁場強度曲線慢慢增加到多個線圈合成的磁動勢和磁場強度曲線的變化。也可看到飽和及不飽和時的不同合成磁場。

圖2動畫可以幫助理解三相電流通入對稱三相繞組后是如何建立合成磁場，定子上的線圈流方向按正弦波規律變化，合成磁場相應旋轉，右邊的三相電流波形隨著向右移動。

三、增強實踐教學

電機與拖動基礎課程采用課堂教學與實驗教學相結合的教學方式，通過對直流電機、變壓器、交流電機、變頻調速系統等設備的直觀認識和動手實驗，培養學生理論聯系實際的能力和動手能力。引導學生將所學專業知識運用到實際工程實踐中。電機與拖動基礎課程實踐環節主要包括課程實驗和實習，在課程實驗和實習兩個環節都進行了改革，在培養學生的創新意識和工程能力方面，收到良好效果。課程實驗是整個課程教學中的一個重要環節，學生通過實驗不僅能驗證理論，訓練操作技能，而且在接觸實際的過程中加深理解，增強記憶，激發學習興趣，同時促進學生主動思考、探索，進一步從理論和實踐中汲取知識，開拓思維，培養學生的創新能力。在實踐教學中，通過開設綜合性、創新性設計實驗，激勵學生學以致用，在實踐中加深對教學內容的理解。通過教學與實驗相結合、課堂理論實驗室驗證、創新實驗設計，激發了學生學習熱情的良性循環。

（一）改被動實驗為主動實驗

在教改中將實驗教學分為常規性基礎實驗、創新性實驗兩部分。在原來必做實驗基礎上開發了一些創新性電機設計選做實驗，讓學生根據自身能力自主選擇選做實驗。在開放性實驗中，變被動實驗為主動實驗，教師只提出實驗目的、要求、注意事項等，不規定條條框框，實驗方法、步驟由學生自己擬定，學生有充分自由度，有助于培養學生創新意識[3]。實驗室在課余時間對學生開放，使學生按需進行實驗，鞏固了所學專業知識，提高了學習知識及運用知識的能力。

（二）增加校外實習環節

針對高等工程教育中校外實習環節有所弱化的情況，本課程特別增加了實習環節，以加強學生工程應用能力。組織學生到電機、變壓器、電機控制系統研制和生產的大公司參觀與實習，增強學生對電機結構、電機原理、電機控制系統的研制和生產流程的感性認識。今年組織學生到上海電氣集團臨港重裝基地、施耐德電氣中國公司上海研發中心、正泰電氣集團參觀和實習，了解了各種發電機、異步電機、直流電機、變壓器、各種電機控制系統的生產及應用研究過程。實習結束后，很多同學在實習報告中反映，通過到公司參觀與實習，眼見為實，提高了自己的動手能力，拓寬了知識面，受益匪淺。

參考文獻

[1]張新華，楊澤斌，朱熀秋.《電機與拖動基礎》精品課程建設改革與實踐[J].中國電力教育，2008（18）：120-121.

[2]李文輝，丁守成.電機類課程教學改革的研究與實踐[J].電氣電子教學學報，2004（5）：18-20.

[3]楊澤斌，孫玉坤.電氣工程及其自動化專業實踐教學的探索與思考[J].電氣電子教學學報，2007（1）：69-71.