電機應用基礎課程教學改革與實踐

胡 濤

（上海大學 機電工程與自動化學院，上海200072）

1 教材的選擇與教學大綱的制定

一本合適的教材是教好與學好課程的捷徑。首先，教材應該能夠滿足本專業制定的畢業要求與培養目標；其次，教材中的例題及運用應該典型、精煉，講解細致且通俗易懂，并且教材有相應配套的同步參考與輔導書籍，方便學生自查自學，提高其自主學習的能力。本課程選擇了李發海與朱東啟編著的《電機學》教材。該教材能夠涵蓋電機學領域應有的重要內容，其內容闡述清晰易懂，習題也較為典型，能夠滿足自動化相關專業學生的畢業要求與培養要求。

教學大綱要求涵蓋電機學中的主要內容與關鍵要點。本課程是自動化類專業的重要學科基礎課，側重于學習電磁感應理論及技術、電機運行原理、電機工作特性等電機學領域的基本理論及實踐。由于本校施行的是小學期制（全年三大一小共四學期），因此本課程教學大綱側重于電機學重中之重的關鍵章節，主要有：變壓器、直流電機以及交流電機。大綱突出基礎知識的學習與運用，注重對學生理論聯系實踐的培養，增加了課程的實踐與實驗環節，并要求給出相應的書面報告，提高了學生理論聯系實際的能力和靈活運用專業知識解決自動化領域復雜性工程問題的能力。

2 課程主要內容的制定

2.1 課程目標的制定

根據教學大綱，科學合理地制定課程目標。結合電機學的基本特點，本課程制定的課程目標如下：

（1）了解電機學及其應用領域的發展狀況，掌握變壓器的基本理論與分析方法；

（2）掌握直流電機的工作原理、基本理論、運行特性與分析方法；

（3）掌握交流電機電動勢與磁動勢的基本理論與分析方法；

（4）掌握異步電機的工作原理、基本理論、運行特性與分析方法。

以上課程目標總體上涵蓋了電機學中重要的基礎與關鍵內容，為具體的教學內容指明了方向。

2.2 能力培養模塊的設置

基于本科專業工程教育認證的基本要求，根據本課程的特點制定了三個不同的能力培養模塊。具體模塊如下：

（1）“工程知識”模塊：與“課程目標（1）”相對應，主要體現為“了解與掌握電磁理論基本概念、數學模型及其在電機學中的應用”；

（2）“問題分析”模塊：與“課程目標（3）”相對應，其主要內容是“能夠熟練運用與電機學相關的電磁理論，分析電機的運行原理與工作特性”；

（3）“設計與開發方案”培養模塊：與“課程目標（2）與課程目標（4）”相對應，體現了“能夠根據電機的工作特性，設計與開發在不同場合及要求下對電機運行的控制方案”。

2.3 教學內容的制定

根據上述的課程目標及能力培養模塊的要求，具體制定各個章節的教學內容。教學內容將著重進行基礎知識講解，并合理增加難度。由于本校的學期安排相對較短，因此在教學內容上將突出重點。例如，“直流電機”部分的主要學習內容為“直流電機的構造、電磁方程、工作原理、繞組結構、工作特性”。針對“交流電機”部分的學習內容較多的特點，本課程重點圍繞“交流電機的構造、繞組電動勢與磁動勢方程以及異步電機”進行講解。此外，在實踐與實驗環節中安排了學習報告與軟件仿真報告的要求，強化學生自學能力的培養。

2.4 教學內容重點與難點分析

分析和總結教學內容的重點與難點，能夠在教學中明確困難、重點突破，使任課教師與學生在“教與學”的過程中能夠重視課程要點、掌握方法，并且有的放矢。以下抽選了《電機學》中的相關章節，對其主要內容進行了概括，分析和總結了相應的重點與難點。

在“直流電機”中，教學內容的重點為直流電機的主要結構、感生電動勢、電磁轉矩、運行原理與工作特性；他勵直流電動機的運行原理、機械特性及調速。難點是直流電動機的調速控制、電動機制動控制的方法與原理，以及直流電動機的各種運行方式的工作原理。

在“交流電機的繞組電動勢與磁動勢”中，教學內容的重點為交流電機的工作原理；電動勢與磁動勢的基本方程式；單相繞組產生的磁動勢、三相單層繞組、基波繞組系數。難點是三相雙層分布短距繞組的電動勢與磁動勢。

在“異步電機”中，教學內容的重點是異步電機的結構、額定參數與工作原理；電動機的轉子旋轉時電磁方程及工作特性；電動機的轉子堵轉時電磁方程及工作特性；電動機的轉子開路時電磁方程及工作特性；三相異步電動機的功率與轉矩。難點是三相異步電動機的機械特性與工作特性、三相異步電動機參數的測定。

3 教學方法與手段的改進

3.1 課堂教學環節

主要通過課堂講解，并穿插課堂例題與練習進行教學。充分運用多媒體教學的優勢，增加知識的傳授量與傳授效率，并在教學中增進與學生的互動。在教學中增加電機內部結構實物照片與實物模型的展示，可以提高學生的感性認識，從而更加有利于學生對深奧理論的理解。合理的多媒體圖片與動畫，可以形象地演示一些抽象的概念，并提高學生的注意力與關注度，增加其學習興趣，易于使學生從被動學習變為主動學習，增強其學習的主觀能動性，從而提高其學習效率并加深對學習內容的理解。

3.2 課外項目實踐環節

根據教學大綱的規劃，布置相應的課外學習與調研項目，并給出完整的學習報告。本課程課外項目安排如下：

（1）培養學生的自主學習能力，自學單相變壓器基本方程式、運行特性與工作特性，掌握基本的理論分析方法；

（2）了解和熟悉本行業相關的專用軟件，并初步掌握相關軟件的運用。例如，基于MATLAB的學習，引導學生掌握運用計算機軟件分析電機運行特性與工作特性的方法。

通過上述課外項目實踐環節，引導學生課外實踐與自主學習，獨立完成直流電動機工作特性的學習報告，以及完成變壓器的學習報告。通過課外項目環節，不僅能夠提高學生自學的主觀能動性、增強學生自主學習能力與理論分析水平，還能夠讓學生充分了解行業動態，提高其獨立的實踐能力與解決工程應用問題的能力，為其畢業后能夠獨立工作與自主研修奠定相應的基礎。

3.3 實驗環節

本課程的實驗環節安排如下：

（1）變壓器性能與參數的測定；

（2）測定直流電動機各種運行狀態時的機械特性。

通過課程的實驗環節，使學生在獨立得出實驗數據的基礎上，分析數據并給出相應的結論，再撰寫與提交書面實驗報告。實驗與實踐過程能夠大大增強學生的動手能力與應用能力，加深其對理論知識的理解，不僅可以提高學生的學習興趣與自信心，而且能夠較好地培養學生理論聯系實踐的能力。

4 課程考核方式的改進

本課程將課外實踐項目及報告、大作業、實驗報告、課后作業納入考核范疇。最終的考核包含卷面考試成績與平時成績兩部分，卷面考試成績占比為60%，平時成績占比為40%。

平時成績具體由課外實踐項目及報告、實驗報告、PPT、作業及大作業、課堂互動等環節組成。該環節可以將學生所面臨的“被動教”轉化為“主動學”，能夠激發班上學生的求知熱情，喚起其主動學習的能動性與積極性，從而大大提高了課程的學習效果。

5 結語

通過上述教學方式、方法、考核等環節的改革與改進，能夠激發學生的學習興趣，令學生的學習從被動轉變為主動，從厭學及畏學轉變為好學，從而提高了選課學生的綜合學習能力與總評成績，并在實踐中增強了他們解決實際問題的動手能力與分析能力，達到了理論聯系實際的培養要求。