基于工業工程問題學習的電機教學探討

毛衛紅

（青島市即墨區第一職業中等專業學校，山東 青島 266000）

0 引言

電機學的課程內容十分龐大，為此在教學當中一定要抓住重點，本文希望通過這樣的方式完成知識框架及教學內容的搭建，提升教學的實際效果。

1 教學中的難點

1.1 電機學中電機結構難點

電機學教學當中的難點首先體現在其結構方面是十分復雜的，電機結構中所涉及的內容有隱級電機、凸級電機、換向磁極、主磁極、補償繞組、單波繞組、分布繞組、三相繞組等多個部分內容，上述內容在教學的過程當中分布較為細碎，同時盡管教材在內容上使用圖片對其進行講解，但是學生使用教材當中的圖片對電機的真實結構進行想象往往也是有一定難度的。其中最為復雜的則是各種繞組鏈接方式會使得學生很難獨立進行理解，由此難點產生的實際問題則是學生會對電機結構及繞組鏈接缺乏足夠的認識，最終對后續的學習產生進一步的影響[1]。

1.2 電機學中專業概念難點

在電機學的教材內容當中其后面會有專用的名詞索引附錄，此附錄當中的內容則是將教材當中所涉及的概念及術語進行一一對照的羅列，具體的羅列項目超過500項。其中例如時空相矢量圖、勵磁電抗、磁動勢、諧波分布因數等內容都是電機學的專有詞匯，由此能夠發現電機學中專業概念也是一項重要的難點，而在一項學科的內容當中出現如此多的新概念對學生而言無疑是一項巨大的挑戰。其術語所涉及的范疇十分廣泛，當學生無法對其中的內容進行準確的理解時就會導致學習困難的情況出現，同時教師很難在短時間內完成所有概念的逐一講解。

1.3 電機學中模型分析難點

電機學所涉及的內容往往包括內部電磁的關系及相關的具體電機類型及運行狀態情況，其狀態不僅包含發電狀態、電動狀態同時也包括空載狀態及負載狀態等內容，同時除了上述內容之外其同樣包含電機各個方面的分析例如動靜態分析、諧波基波分析、電路磁路分析等方面的內容。在完成分析的過程當中所使用的方式包含基本方程式、波形曲線圖、等效電路圖等形式，由此能夠發現電機學的教學內容構成是十分復雜的，且其中所涉及的知識點方向也是十分龐雜的，這就使得其對學生及教師的電磁理論基本內容掌握有相當的需求[2]。

1.4 電機學中特性曲線及實踐難點

電機學當中的難點同樣體現在特性曲線及實踐方面，其中特性方面包括空載特性、負載特性、短路特性等方面的內容，而具體的狀態則是包括電動發電狀態、制動狀態等內容。在實際的工程技術應用過程當中電機的運行情況控制需要通過對各種特性曲線進行分析來完成，但是對于其特性曲線而言往往教材中所涉及的內容較少，這就使得學生在學習此方面內容的過程當中往往會出現迷茫的情況，無法對固定特性曲線作用有足夠的認知，而在工程試驗方面的難點則是體現在參數測定、試驗多路方面，此方面的內容可能導致學生掌握困難[3]。

2 基于PEPBL的教學模式改革

基于PEPBL的電機學教學模式可以將其內容劃分成為兩個部分，其第一部分的內容較為簡單入門主要包括磁路、變壓器、直流電機、交流電機方面的內容，同時其中可以涉及感應電機及同步電機基本結構的內容，主要側重于運行特性方面的分析。而在第二部分的內容當中則可以添加變壓器及交流螺旋電機諧波或不對稱運行方面的內容，通過PEPBL完成工程問題的引入，同時在此過程當中來對教學方式進行進一步的開發。在課堂內容當中可以使用教學模型及對應的實物課件來完成復雜架構的講解，以此面對由于教材平面性導致的缺陷。例如在對應用沖片結構進行講解的過程當中，就可以使用三相繞組的教學模具來對其工作過程進行具體分析，而且在之后的實驗環節當中可以盡量添加計算機仿真設計方面的內容，此方面的內容可以在學生擬好相關題目后由教師進行審查，此后由學生獨立完成[4]。

3 問題思考及工程方法研究

3.1 問題思考

通過上述內容的分析后能夠發現在電機學教學的過程當中所出現的問題往往具有相當的普遍性，在對其普遍性問題進行反思后，應當對傳統的教學思路進行轉換，在教學的過程當中培養學生的教學觀點。很多學生在前期學習的過程當中會養成過分重視理論而對實踐忽視的情況發生，這對于電機學的學習無疑是一個巨大的阻礙。也正是由于這樣情況的存在使得部分學生在學習電機學時展現出了無所適從的表現[5]。

電機學當中的理論知識是由長期的工程實踐總結出的，因此其與實際裝置的結合度很高。在對待電機裝置方面的問題時通常會使用工程處理的方式來完成問題的分析，由此其中部分的次要因素可以忽略，而其中的主要因素則應當重點研究。可以使用物理學當中的推導方式來用于電機學的學習，將電機學立于課程等級中的基礎層級，由此展開完成學生工程觀點的養成[6]。

3.2 工程方法研究

電機學的教材內容是十分復雜且龐大的，因此學生在學習的過程中需要對其中的各項細節特別注意，否則無法完全掌握電機學的整體脈絡。即使在學習的過程中能夠記住對應的知識內容，但是如果缺少特定的工程觀點培養其學習到的知識也是十分有限的。由此能夠發現培養工程觀點是電機學學習的重要目的之一。

其具體的工程分析方法首先是構建物理模型，其首先需要根據電機的具體情況對其進行抽象及簡化，所有的電機都是一個復雜對象，因此對其進行分析的過程當中很難完成全方位分析。只有由某個角度進行出發對其進行簡化后完成具體關注參數的抽取并建立簡化模型后續的分析才有所依據。在建立物理模型的過程當中由于關注的角度有所不同，其抽象出的參數及建立的模型自然也有所不同。在建立物理模型的過程當中所使用的理論包含數學理論、電磁理論及電路理論，通過這樣的方式能夠完成參數邏輯推理并建立方程，最終得出的結論才能具有實用價值。而在對理論進行分析的過程當中其可靠性一定要經過實踐的反復檢驗，此后才能進行實用。例如在進行異步電機學習的過程當中就可以通過設置模型的方式對基本參數的關系進行確認，詳情為：

由此基本參數能夠發現其定子的電流受到定、轉子的漏阻限制，為此其大部分的損耗都出現在定、轉子當中：

由于I0≈0，因此可知I2=I1=I1K，所以：

4 解決方法

4.1 結構問題解決方法

在上文的內容當中本文就其難點進行了總結及思考，而由工程方法方面出發首先需要解決的問題則是電機結構方面的問題。對于此方面的問題首先應當使用動畫、圖片并用的方式來解決，由此能夠對實踐教學進行豐富，工程實踐教學的主要內容包含電機的拆卸、電機的裝配及電機的修理，由此學生對于電機的認識能夠上升到更加感性的層面當中，且在對學生進行此方面內容教學的過程當中不要涉及過多的理論方面的內容[7]。為了使學生能夠掌握結構方面的問題，其對應的參數應當制成表格供其使用，下文以異步電機為例進行展示，詳情見下表1。

表1 異步電機參數對照表

4.2 術語及過程問題解決方法

解決概念與術語方面的問題是一項核心內容，此部分的教學主要為了提升學生對于電機的理解能力，也可以說是學生對于電機學相關的概念及參數的理解能力。因此對其進行研究要有概念及術語的來源進行研究，不僅要將其理論意義進行完整的講解，其工程意義角度也需要進行透徹的講解，為此實際的解決方式可以設置專業的討論課程來強化學生此方面的能力[8]。

而在分析過程方面的教學重點應當落實在電機分析方面，使用具體有效的分析方式及相關的公式完成分析，此部分的內容當中可以不對數據計算做出特別的要求，使學生能夠在繁重的數學公式當中脫離出來，將學習的重點放在分析思路當中。而在長期的教學經驗當中能夠發現大部分學生的學習都由于理論內容而產生了一定的固定模式，其更多的是使用大量的時間來進行公式穩定演算，這在電機學的學習當中是一個誤區，尤其是在電機學學習的過程當中更是錯誤的。為了擺脫此誤區所造成的影響可以在教學策略上對其進行積極地引導，甚至在電機學考試時可以在題目上變得更加靈活，但是使用開卷考試的方式對學生進行考察[9]。

4.3 特性分析及其他問題解決方法

最后特性分析及其他問題的解決方法上，在特性方面該部分內容的學習是需要落實在特性曲線方面的，而在電機學教材當中其會對各項特性曲線的內容進行詳盡的介紹，但是其理論推導會使得工程意義存在的價值受到相當的影響，在此之后的學習會出現更大的難度，為此在前期的理論教學過程當中可以對特性曲線理論方面的內容有所忽略，例如在進行空載試驗的過程當中要對其進行具體的電路分析，詳情見下圖1。

圖1 空載試驗電路分析圖

而在其他方面的問題上容易出現問題的環節則是例如參數的測定、短路試驗及并聯運行試驗的進行，這些問題都是客觀存在的工程問題，其重點應當落實在如何對試驗平臺進行搭建且使用正確的方式完成實驗并合理地測量出對應的參數，為此其在理論教學的過程當中教師可以對相關方面的內容進行忽略，而在此后的實踐教學環節來重點講解[10]。

5 結論

通過本文的論述能夠發現由工業工程問題向外進行電機學相關的教學方式研究能夠使得其研究內容更加有跡可尋，同時希望通過本文的內容能夠相關專業的教務人員提供一定的參照性，教育工作不再僅僅依靠教材完成而是能夠在教材內容當中完成重點知識內容的提煉，以此根據工程問題完成教學框架的搭建，使學生能夠更好地完成電機學學習。本文已經就此完成了難點的分析，同時提出了對應的解決方法，但是其內容更是希望能夠起到拋磚引玉的作用，為后續的研究提供一定的參考。