《微特电机》课程的教学与实践①

刁小燕， 朱熀秋， 杨泽斌， 张 多

(江苏大学电气信息工程学院， 镇江 212013)

《微特电机》课程的教学与实践①

刁小燕， 朱熀秋， 杨泽斌， 张 多

(江苏大学电气信息工程学院， 镇江 212013)

《微特电机》是电气工程及其自动化专业的一门专业课。为提高教学质量，培养高素质复合型人才，本文从教学内容、方法、手段以及实践环节几方面提出了《微特电机》课程建设的改革与实践。主要措施有：增加预备知识；引入最新科研成果，丰富教学内容；将多媒体技术与黑板书写相结合；引入现场直观教学，提高学生的参与性；开放实验室，培养研究分析的能力；加强实习训练，增强动手能力。实践表明，学生学习微特电机的积极性和主动性提高，激发了创新思维，取得了较好成效。

微特电机； 教学改革； 实践； 能力培养

微特电机通常指结构、性能、用途或原理等与常规电机不同，且体积和输出功率较小的微型电机和特种精密电机。微特电机所涉及的技术包括电机、电力电子、控制、微电子、计算机、材料等。微特电机产品广泛应用在工业控制、家用电器、汽车、机械、制造、半导体、纺织、包装以及国防等各个领域。

《微特电机》课程作为电力系统及其自动化专业本科和电机与电器专业研究生的一门专业课，主要讲解常用的伺服电动机、测速发电机、步进电动机、自整角机、旋转变压器、无刷直流电动机等。其特点是理论性强、概念多、公式多、图形多、与工程实际紧密联系。《微特电机》课程学习的难点在于与常规电机不同的结构、内部旋转磁场、抽象的概念以及学习本课程前要求掌握电机学的一般基础知识。

几年来，对改革《微特电机》课程的教学、实验和实践环节进行了一些探索，取得了一些较好的效果，以下总结了笔者在教学和实践方面的一些做法和体会。

1 教学内容的改革

1.1 增加预备知识

微特电机在开课时要求学生已经掌握电机学的基础知识，在分析微特电机原理和特性时，大多以电机学的理论为依据。但有些同学电机基础较差或已经忘记了一些重要的知识点，因此在微特电机课程开始的第一次课，将电机学中磁路的基本概念、基本定律、电机重要参数以及交流电机的旋转磁场分析等作为预备知识先详细讲解。例如，脉振磁势可以分解为两个旋转磁势，这样就为后面分析伺服电动机等电机的工作原理打下基础。

1.2 补充实际应用知识

在微特电机的教学中，若适当增加最新应用的例子，更能激发学生的兴趣。

在第一章绪论中除讲述微特电机的基本用途和分类，还补充微特电机在航空和军事上的应用。例如，在导弹发射装置中的瞄准机，需对高低和方向两个方面进行自动瞄准，这就需要两套由伺服电动机为主构成的随动系统，并采用多媒体动画演示雷达天线和显示管偏转线圈的随动系统，让学生形象地了解其中力矩电动机、自整角机和伺服电动机等微特电机在其中所起的作用。又如，一艘军事潜艇仅导航用的仪表就要90多台微特电机，测速发电机在控制系统中可以作积分和微分元件，旋转变压器可以应用在数控机床测量装置中等。听到看到这些生动的应用例子，使学生在课堂上兴趣高涨，明白微特电机不仅用途广泛，而且和高新技术紧密联系。

1.3 压缩不重要内容

对于电气专业学生，学习微特电机的目的主要为了应用，关于电机原理方面的内容够用就行。因此，对电机详细原理内容进行适当压缩；同时，有些复杂公式的推导过程也省略，直接根据公式阐述电机的特性。这样，既考虑教学计划的学时数，又降低了学习难度，减轻学生的负担，也不影响教学效果。

1.4 自学补充其他微特电机知识

课堂学时毕竟有限，不可能将所有的微特电机介绍得面面俱到，有些章节就不在课堂教学，如交流同步伺服电机部分，要求学生课后自学，并与交流异步伺服电机进行对比，写一份小论文来说明它们在结构、原理、应用等各个方面的相同点和区别。并要求学生在课程将要结束时根据自己的兴趣，选取某一种新型微特电机，写一篇综述论文加以详细阐述，如永磁无刷直流电动机、开关磁阻电机、直线电动机、超声波电动机、悬浮电动机、超微电机以及分子电机等。通过自学，学生提高了阐述、归纳和总结的能力，同时更深入地掌握了这几种微特电机的特点。

2 教学方法的改革

2.1 互动法教学

在课程教学时采用互动式教学，让学生积极思考。例如，在讲交流异步测速发电机时，它的工作原理和已经讲过的交流伺服电动机原理类似，这时有选择地提问学生，让学生回忆前面内容的同时，再分析出两者的不同，这样就启发了学生的思维。

同时，针对某些章节的重点内容，组织课堂讨论。例如：讨论直流力矩电动机转矩大、转速低的原因。学生在讨论并推导公式后，得出两点结论：第一，在转子体积、电枢电流、电流密度和气隙磁通密度相同的条件下，电磁转矩基本和电枢直径成正比；第二，当电枢体积和导体直径不变时，在电枢电压和气隙平均磁通密度相同时，理想空载转速与电枢直径近似成反比。所以，其他条件相同时，增加力矩电动机的直径、减小其轴向长度可以增加电动机的转矩和降低电机的转速。通过热烈的讨论和归纳，学生一下子就明白了直流力矩电动机为什么做成扁平型。

2.2 多媒体和黑板板书相结合

微特电机内部结构复杂，理论比较抽象，不但在黑板上难以表达，有些内容即使借助于实物也难以理解，如交流异步伺服电动机中的脉振磁场、旋转磁场等。如何展现这些看不见的内容呢？多媒体教学就弥补了传统教学模式的不足。

在多媒体课件中插入了大量微特电机的实物照片、电机绕组连接等，结合透明模型详细演示微特电机内部的电磁分布和变化过程等。比如直流伺服电动机空心杯转子，特别展示制造过程、励磁绕组的结构以及它们是如何嵌放的，内部磁场如何分布等，使学生建立起一个清晰的概念。同时，由于多媒体课件制作得还不够丰富和完善，教师就鼓励学生参与到制作中来，将丰富的计算机知识用到微特电机中来，使学生成为学习主体，提高了学生的学习兴趣和动手技能，激发了学生的创新意识。

但是“尺有所短、寸有所长”，多媒体只能作为一个工具，教师不能对着课件做读报员。黑板板书具有即时性强、逻辑性强、表现力重等优点，在推导公式以及阐述一些难点时，教师有效结合黑板板书，一步一步地推导、总结出结论或公式，学生理解了公式的来龙去脉，才能更深入地理解微特电机的机械特性、调节特性以及动态特性等知识。

2.3 实验室现场教学

学生对微特电机的认识过程是一个从感性认识到理性认识的过程。进了实验室，学生对电机有了个直观认识，在实验中穿插课堂教学，不但对实验起到辅助作用，而且让学生将微特电机结构、工作原理以及特性等完整结合，对电机认识上升到理性，进一步巩固了知识点。

3 实践环节的改革

3.1 严格要求实验预习报告

在实验前，要求学生写一份详细的预习报告，包括以下问题：该类型电机有什么特征、若改变励磁电压转速会如何变化、会观察到什么现象、需要用到哪些电器和仪表以及实验的具体步骤等。学生通过做预习报告，在做实验时心里就有数，想着该如何接线，可以改变哪些变量和通过实验应得到什么结论等。

3.2 增加综合型和开放型实验

以前的单一验证型实验，学生看完就忘了，有的甚至不需要接线，看一下电机转动就行了，不动脑筋，自然没有印象。因此，将实验内容扩充为综合型，增强学生的工程概念。同时，江苏大学以申报国家级电工电子实验示范中心为契机，建立了开放型的Ansoft电机设计和微特电机数字控制实验室，给对电机方向感兴趣的学生提供了很好的平台，增加了学生的动手能力和科研能力。

3.3 加强校外电机实习的训练

在电机学和微特电机课程结束后，安排学生去上海电机厂、长江电气集团等实习基地实习，除了参观各种电机的结构、生产工艺以外，还要求每人完成一台电机，从绕制线圈到整机装配整个过程独立完成，直至测试合格。

4 结语

微特电机是一门内容丰富、理论抽象、实践性又很强的课程。在课程教学中，应该进一步丰富内容，采用多种灵活的教学方法，注意理论联系实际，加强实践环节，尽可能提高学生的学习积极性和主动性，拓展知识面，培养学生的创新意识和动手能力，从而取得令人满意的教学效果。

[1] 黄文新，朱学忠，刘闯(Huang Wenxin,Zhu Xuezhong,Liu Chuang). “电机学”开放式教学的创新探讨(A creative discussion about open teaching of electric machinery)[J].电气电子教学学报(Journal of Electrical and Electronic Education)，2006,28(6):109-111.

[2] 肖鸿杰，宋金煜，韦钢(Xiao Hongjie,Song Jinyu,Wei Gang). 《电机学》课程教学改革探讨与实践(Exploration and practice of teaching reform approach for "electrical machines" course)[J].电力系统及其自动化学报(Proceedings of the CSU-EPSA)，2001,13(5):75-77.

[3] 杨泽斌，孙玉坤, 朱熀秋，等(Yang Zebin,Sun Yukun,Zhu Huangqiu,etal).“电机学”课程教学改革与实践(Teaching reform and practice of the electrical machine course)[J].电气电子教学学报(Journal of Electrical and Electronic Education)，2008,30(5):5-6.

[4] 肖金凤，龚学余，王有香(Xiao Jinfeng ,Gong Xueyu, Wang Youxiang). 电机学精品课程建设的实验教学改革研究 (Experiment teaching reform for constructing excellence course of electric machinery)[J].电力系统及其自动化学报(Proceedings of the CSU-EPSA)，2007,19(5):125-128.

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TeachingandPracticeof"SmallandSpecialElectricalMachine"Course

DIAO Xiao-yan， ZHU Huang-qiu， YANG Ze-bin， ZHANG Duo

(School of Electrial and Information Engineering, Jiangsu University,Zhenjiang 212013, China)

"Small and Special Electrical Machine"is one of professional courses of electrical engineering and automation.In order to enhance teaching quality and cultivate creative talents,reform and practice on the course construction are put forward on the contents,methods,means and teaching practice.The primary methods taken in the teaching is increasing prepared knowledge,introducing more latest research achievements,combining multimedia and blackboard,adopting intuitional introduction to make all students involved in;opening the laboratory to train students'ability of analysis ad creation;strengthening the practice and manipulative ability.In practice,the reform has achieved good results.

Small and Special Electrical Machine; teaching reform; practice; ability culture

2009-12-10

2010-02-05

TM383； G642

B

1003-8930(2011)04-0158-03

刁小燕(1979-)，女，讲师，博士研究生，研究方向为电机及控制、PLC应用技术等。Email:xiaodiao79@163.com

朱熀秋(1964-)，男，教授，博士生导师，研究方向为无轴承电机，磁轴承支承高速电机传动系统，特种电机非线性智能控制等。Email:zhuhuangqiu@ujs.edu.cn

杨泽斌(1976-)，男，讲师，研究方向为电机及控制等。Email:zbyang@ujs.edu.cn