“电机学”教学改革探讨*

2011-03-17陈学珍

湖北理工学院学报 2011年4期

陈学珍

(黄石理工学院电气与电子信息工程学院，湖北黄石435003)

0 引言

“电机学”是电气工程及自动化专业的一门重要技术基础课，“高等数学”、“大学物理”和“电路”等课程是它的基础，而电机又是后续“电气传动控制系统”和“电气控制PLC”课程的控制对象。“电机学”主要讲授直流电机、变压器、异步电机和同步电机的结构、工作原理、基本电磁关系和稳态特性等，理论性强，既要用电路知识又要用磁路知识，既抽象又具体。学生普遍认为这门课难懂难学，因此“电机学”教学改革一直是从事“电机学”教学的教师研究的课题之一［1－4］。

1 传统的理论教学

传统的理论教学主要是以教师讲授为主，基本上是满堂灌，学生被动接收，课堂上学生没有思考时间，不能消化吸收，课后如果没有及时复习，下次课基本就跟不上，接着就不感兴趣了，逐渐形成恶性循环。传统教学忽视了分析问题的能力和工程实践能力的培养。围绕我校应用型人才的培养方案，对“电机学”教学作了大量改革。

2 理论教学改革

2.1 反馈比较法

“电机学”课程的理论涉及的知识面很广，概念抽象。要重讲概念，少推导公式。由于直流电比较容易理解，一般先讲授直流电机、变压器，后讲授异步电动机。在讲授异步电动机知识的时候，采用反馈比较法，即后面学的内容与前面所学的知识进行比较。如忽略摩擦转矩，电机的运动方程式为:

方程式(1)对于初学者来说觉得较复杂，其实结合动力学中运动方程式:

将式(1)和式(2)作比较，发现它们是一致的，式(1)中J反映转动体的惯性，式(2)中m反映平动体的惯性，J和m之间的关系为:

式中G=mg。其他的物理量:

Ω——机械角速度，v——线速度;

Tem——牵引转矩，F——牵引力;

TL——负载转矩(阻转矩)，f——阻力。

这样比较讲述会获得较好的效果。

再如电磁转矩，从公式上看，直流电机和异步电机的电磁转矩计算式不同，学生记公式很困难，考试时经常张冠李戴。犯错的主要原因就是概念不清楚。电磁转矩，顾名思义就是电流和磁场相互作用产生的使电机转动的力矩，因此电磁转矩计算式必须含有电物理量和磁物理量，其中电物理量是电流或者电压，磁物理量是磁通、磁链或感应电动势(是磁的函数)。直流电机励磁电流和转矩电流是解耦的，电枢上的电流就是转矩电流，因此计算式直接就是电枢电流与主磁场相互作用产生的，公式简单。异步电动机励磁电流和转矩电流没有解耦，电枢上的电流是两者的矢量和，因此是有功电流与旋转磁场作用产生电磁转矩，至于异步电动机电磁转矩的另2种表达式都是由基本式演变来的，结合等效电路，将电物理量用相应的表达式代入即可。

又如:变压器是一种静止电机，学生比较容易理解它的工作原理，电机和变压器也可进行比较，可以把电动机定子看成变压器的原边，转子看成变压器的副边。由于电动机转子要转动，因此电动机的定子和转子之间有气隙，这也是电动机的功率因数比同容量变压器低的原因。通过这样比较，概念清楚了，记公式也容易多了，教学效果显著。

2.2 动画嵌入法

传统板书教学方法，想把理论的东西讲得生动、有趣很难。随着现代技术的发展，多媒体教学手段基本普及，给教师上课带来了极大的方便，少写少画，学生感觉也好。如果通过多媒体把电机的工作原理做成动画，就更形象逼真，而且学生容易接受，上课的兴趣也高。可以用3D CAD软件SOLIDWORKS制作电机的零部件模型、装配过程、电机旋转演示动画等［5］。通过感性认识，学生清楚地了解电机的结构部件、装配过程及工作原理。学生非常喜欢这种教学方法，把本来枯燥无味的讲解变得生动直观。当然，这样教师做课件要花费很大精力，但一劳永逸，而且为课程建设打下坚实的基础。

2.3 克服满堂灌

每次课要预留15～20 min给学生答疑，大学课程不像中学，内容多，学时少，一般以教师讲为主，没有很多时间留给学生思考，自觉的学生课后温习老师讲的内容，进行消化吸收。不自觉的学生课后不碰课本，接着下次上新课，积累的疑问越来越多，最后失去了对这门课学习的热情。通过上面的方法教学，可以节余很多时间给学生看书，在看书过程中有不清楚或不懂的问题提出来，教师当场答疑。还可以通过习题训练的方法加强概念理解，或小组讨论的方法，提高学生独立思考和解决问题的能力，避免学生过分依赖老师。这种方法比满堂灌好得多，起到了事半功倍的效果。

2.4 充分利用二课堂

二课堂教学也是不可缺少的，学院建立了“电气讲坛”，聘请国内外知名专家来院讲学，让学生开阔视野，激发专业兴趣，同时也丰富了学生的课外活动，提高了学生的综合素质和创新能力。比如:有的学生在第二课堂对某个问题产生了一些想法，想通过自己的学习与思考来论证想法的可行性，这样带着问题上课，学习效率明显提高。有的问题直接与老师一起讨论，通过老师的指导，提高了分析问题及解决问题的能力。

3 实践教学改革

3.1 实验改革

传统的电机学实验一般分组进行，经常只有部分学生动手，其他学生在旁观看。没动手操作的学生就没动脑，理论不清楚的也不能通过实验过程加强理解。针对这个弊端，学院将实验室设为开放式，学生课余时间都可以进实验室做实验，减少了每组的学生人数，尽量使每个学生都有动手操作的机会。不仅如此，每个实验完成后，通过答辩的方法了解学生对本次实验掌握的程度，这样，学生就不敢偷懒，每人都会做实验。

3.2 加强生产实习环节

我院培养的主要是应用型人才，基本技能的训练是很重要的。通过生产实习一方面让学生进一步理解课本上的理论知识，学以致用;另一方面为学生就业打下坚实的基础，培养的学生受到用人单位的好评。为了做到这一点，主要从以下几个方面进行改革。

1)维修电机。维修电机是与教学配套的一种实习方式，学院购买了10台小型旧电机，让学生拆装维修。首先学生到实习室，要感觉到自己不是在教室，而是在生产车间，要严格遵循车间的规章制度，就像一线工人一样，然后通过视频，让学生根据视频的每一规范操作进行。学生自己维修的电机经过检测，通电试机效果好，他们一个个就会很高兴，觉得这一环节真正学到了不少东西。

2)校企合作。学院与黄石市和湖北省外的一些企业进行了校企合作和实习基地的建设。与学校合作的企业有:鑫马电子有限公司、黄石科威自控有限公司、温州育才有限公司。实习基地有:大禹电气科技股份有限公司、江苏林洋新能源公司、华兴玻璃有限公司。通过校企合作，学生有更多机会参与实际生产，切身体会到电机的用途，提高了学生的学习兴趣，由被动变主动，学得轻松，学得愉快，学习效果可想而知了。另外与学校合作的企业提供给教师的科研课题也多了，部分对科研有兴趣的学生还可以参与到课题中去，真正做到了产、学、研相结合，对电机的理解更深、更透。