“电机学”课堂教学质量的保障与实践

吴黎丽,姜卫东

(合肥工业大学电气与自动化工程学院,安徽合肥230009)

0 引言

高校提高教学质量是一个系统工程,课堂教学是教学过程中最重要的教学环节,课堂教学也是学生获取知识的最主要途径。把握这个教学环节,才能提高学生的学习质量。

“电机学”这门课程是电气工程及其自动化专业和自动化专业的专业基础课程,它对这两个专业的专业课程如“电气传动基础”、“电力拖动自控系统”、“电力电子技术”、“交流调速技术”等后续课程的学习非常重要,但是与学生前面接触的课程相比较,电机学课程概念繁多、理论抽象、牵涉工业产品、工程实践性很强。学生对各种电机、变压器的空间结构、电流和磁场在三维空间的分布以及这种分布随时间变化情况非常难以理解,而电机学研究的电机、变压器的基本工作原理又是建立在电流及磁场在空间分布并同时随时间变化的基础上,这就造成电机学难教并且难学的问题。如何保证课堂教学质量的基本要求,我们从四个方面作了实践。

1 教学大纲和教学日历

课程教学大纲是实施教育思想和教学计划的基本保证,是根据该课程在教学计划中的地位、作用以及课程性质、目的和任务而规定的课程内容、范围和教学要求的基本纲要。任课教师根据教学大纲了解前期课程与后续课程的衔接关系,把握教学深度。教学日历则对教学进度,平时作业,实验做了具体规定和要求。

“电机学”这门课程因为是专业基础课,面对着全院两个专业,对电机学的教学要求是不同的。如何把握教学的范围和深度,如何协调可以让不同专业的学生可以顺利选教,如何让教学的进度保持在同一时段来保证随课实验的正常进行等。所有的任课教师必须要认真研读教学大纲和教学日历。了解大纲的基本要求,了解教学进度,这样才能全面把握所授课程,使自己的教学活动符合专业培养目标。

2 教学方法和教学手段

在“电机学”多媒体可见的制作中,努力体现多媒体课件的优点。通过“电机学”多媒体课件详尽展现了各类电机的结构、原理、特性及应用。

2.1 坚持传统板书教学与多媒体教学相结合的模式

坚持板书授课与多媒体教学方法和教学手段相结合,加深学生对重点和难点内容的理解。传统教学方式就是黑板式教学,它的好处是上课时,引导学生跟着老师的教学思路,师生之间有互动效果;一个有授课经验的老师,在授课过程中能体现出很好的互动效应,能激发出学生的上课兴趣。但黑板式教学的最大缺憾就是对于专业图像、变化曲线、特性介绍、尤其是三维对象,几乎难以适合现代教学要求。

多媒体教学,能优化教学过程。在课堂实践过程中,把“电机学”中抽象的磁场,磁势波形,以人机交互的程序出现;在鼠标的点击选择下,使电机的结构在多媒体动画功能下一一分解逐步组装,或重复,几乎可以不用语言,就能使学生看清它们的外形和内核,定子、转子、线圈及磁场、电流走向等,图像化教学可以在段时间内让学生建立了感性认识,再对电势、电流的波形通过色彩效果分解出基波和谐波。而此时,屏幕上显现出同学们熟悉的公式、特性曲线等,使学生增强和丰富了正确理解和解释事物相互关系的能力。

2.2 学科研究前沿的介绍

在课程的教学中,经常性地引进课程教学中相关电机的应用场合和一些关于电机驱动与应用的新技术报道,如电动汽车与混合动力汽车中应用的驱动电机,磁悬浮列车等。在讲解异步电机时,引入风力发电机中双馈发电机问题等。课堂上3、5分钟的前沿知识讲解,可以大大激发起学生的学习兴趣,调节课堂气氛。使学生明白这一部分知识在今后学习与工程实践中的应用。

2.3 学科先进研究手段的介绍

目前在电机研究领域中具有很多的先进设计、制造和测试分析的手段与工具。例如在电机设计中的电磁场分析与电机设计软件Ansoft、Infolityca,电机测试中的Magtrol等工具。通过在课件中展示照片、给出分析与测试结果等手段,使学生充分理解这些手段在“电机学”科研究中的应用。

“电机学”学习中较为困难的一个问题是如何将磁场问题处理为磁路问题,通过引入Ansoft磁场计算软件所得到的结果,使学生掌握磁场向磁路的演化可能性和演化过程。

2.4 注重教学的过程管理

由于课程性质决定了“电机学”这门课程相对较难,前面知识的掌握程度在很大程度上决定了后续知识的掌握程度。因此在“电机学”的教学中,分段教学目标管理就显得格外重要。例如若对变压器部分的归算原理掌握不好,就难以理解异步电机的归算,从而无法深刻的理解异步电机的计算方法等更为深入的内容。因此在教学安排中,在变压器的规算这一部分内容中设定某一教学目标,教师与学生的教学活动中紧密围绕这一目标展开。

3 多媒体互动式教学方法的应用

“电机学”课程学习的难点:主要有“电与磁”、“静止与旋转”、“稳态与瞬态”、“线性与非线性”等内容,使学生难以理解和适应它的分析计算方法。如何应用教学方法和现代化的教学手段提高学生的学习兴趣?

教育部提倡使用多媒体教学课件。如何使用多媒体课件是目前高校专业课程教学中比较关注的,是教师按照课件授课,还是课件作为教师授课的主要辅助手段?如何克服传统教学方式的不足,如何增强教师与学生的互动作用:如何进一步发挥教师的积极性,培养学生的主动性?

传统教学方式就是黑板式教学,它的好处是上课时,引导学生跟着老师的教学思路,师生之间有互动效果;一个有授课经验的老师,在授课过程中能体现出很好的互动效应,能激发出学生的上课兴趣。但黑板式教学的最大缺憾就是对于专业图像、变化曲线、特性介绍、尤其是三位对象,几乎难以适合现代教学要求。

在授课中,两种教学方法交替使用。使课堂教学具有丰富的教学内容,非常有利于学生的学习,提高了教学效果,收到了较好的效果。在实践过程中,我们认为教学过程诸多因素相互作用、相互影响,要较好地完成教学任务,必须系统全面地设计教学。教学设计的理论与方法是每个教师都应掌握的知识和技能。我们就把多媒体教学与常规教学相结合;将概念理解与仿真相结合;全面改善教学效果,提高学生学习自觉性,充分体现了以学生为教学主体的教育思想。“电机学”课程教学中必须注重使用新的教学手段、加深课程的理论深度与广度、在课堂教学中注重理论联系实际就显得格外重要。在该课程的CAI课件的制作过程中,主要注重了以下几点:

3.1 理论联系实际

采用多个工程案例引入“电机学”中的理论问题,有意识的引导学生在学习中加深对电气工程这一学科的领悟与理解。在电机理论相关的课堂教学中注意理论联系实际,突出课程内容的实践性和生活性。比如,学生在上“电机学”课程前,均已进行过金工实习,操作过普通车床,感受过让车床快速停转的反接制动。联系这样一个实际操作,讲解异步电机反接制动的运行原理,生动有趣,有效地提高课堂讲授效果。又如,在讲解直流电动机的调速时,可以结合电动自行车的调速来讲授。

3.2 抽象问题形象化

“电机学”的理论问题较为复杂,通过采用Flash动画等手段,将复杂的理论问题形象化。电机学被认为是难度较大的专业课,主要由于课程中有很多三维的、抽象的概念在黑板上不易讲清楚。比如,有关脉振磁势和旋转磁势的理解、交流绕组的绕制等都是电机学中有相当教学难度的内容,上课时教师往往要画大量的图,并且要求画图相当准确,才能推导出相应结论。如果没有CAI课件,该内容至少需要20课时,并且有很多学生往往不能真正理解。应用CAI课件,这部分内容只用了16学时,加快了教学进度,并且将脉振磁势和旋转磁势随空间位置和时间的变化情况做成动态演示,使教学内容更加具体化和形象化,也加深了学生的理解,为后续内容的学习打下了坚实的基础。

3.3 注重多目标的学习引导

后续课程的学习中有的学生将陆续分为着重涉及电机控制、电机设计和电机使用运行等多个分支,因此在课件制作和讲课中更加注重与后续课程不同目标的联系。在电机学教学活动中,教师在课堂上教学时通过举例和介绍应用背景等手段,让学生明白电机不是孤立存在的,它肯定是运行在某一特定的系统中,培养学生能够从系统的角度来认识电机,这样就能使学生通过电机把多门学科联系起来,如电机与自控理论,电机与电力电子,电机与电力工程,电机与电气控制,电机与调速等。

3.4 课程内容启发与学生自主学习

首先从工程背景中提出问题,然后引导学生自主思考解决该问题的重要性,然后结合所学习的知识对问题加以分析找出解决方法,使学生在无形中掌握新的知识。多媒体课件等教学手段能够使得教学内容生动形象,展示的信息量大,但传统的板书授课则更容易抓住和引导学生的思路,因此各种方法是互补的,不宜过分强调哪一方面,而是应当配合教学内容的需要,综合运用合适的教学手段。

3.5 教学与科研相结合

在课件制作中,贯穿教学与科研相结合的思想,将教师所承担的一些科研项目以简明扼要的形式加以阐述,使学生意识到自身与科研的前沿问题相距并不远,培养学生对问题深入研究的兴趣。本科生经常反映,身处大学校园,除了在课堂上听教师讲课,对教师从事的研究工作尽管很想知道,但没有渠道。在“电机学”开放式教学改革中,我们觉得只有把最新的知识开放给学生,才能激发起学生的求知欲。例如,第一堂课除了讲述电机的发展史及能接触到的电机外,补充了一些航天与宇宙探测中应用的电机系统、庞大的三峡水轮发电机、微型的可进入人体血管工作的电机等,让学生明白电机既是日常生活中不可缺少的,又是与高新技术联系在一起的。

4 教材建设

课堂教学质量的提高也离不开教材的选用。我们教学小组成员参与编写的教材《电机及拖动基础》上、下册,从1980年出版到如今,已经是第四版。该教材在全国使用面很大,是同类教材的领头羊。现是国家“十一五”规划教材,并且有配套教材《电机及拖动基础实验》、《电机及拖动基础学习指导及习题解答》以及相对应的多媒体教学课件。对课堂教学质量的提高起到了很好的作用。

只有在教学工作中有强烈的质量意识和完整、有效、可持续改进的教学质量管理措施,就能够保障课堂教学的质量,进一步提高学生的学习质量。

5 结论

通过对2005和2006级的连续两届本科学生通过教学方法的改进,取得了令人满意的教学效果。较之以前的教学模式,学生能够更为深刻的认识电机的本质,认识电机在工程应用中应该注意的事项,为后续课程的学习奠定了坚实的基础。在教学过程中,教师反复改进教学方法和教育技术,收到了很好的教学效果。2006级学生对工程观念的理解比往届有了较大的提高。

[1] 张冰.保障课堂教学质量的实践与思考.高校教育研究,2008,4,第四期

[2] 刘晓芳,马波,罗应立.电机学教学综合改革问题研究.第一届全国高校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集,2002.5.