工程应用型“电机与拖动”课程改革初探

2011-04-26许晓峰

电气电子教学学报 2011年1期

许晓峰

(沈阳工程学院电气工程系,辽宁沈阳 110136)

0 引言

“电机与拖动”课程是自动化、电气工程及自动化等专业重要的专业基础课,它既是一门理论性很强的技术基础课,又具有专业课的性质,涉及的基础理论和实际知识面广,是电学、磁学、动力学和热力学等学科知识的综合。电机与拖动课程概念抽象,电机内的磁场摸不着,看不到,使学生在学习这门课程时存在着教师难教、学生难学的两难现象。传统电机及拖动课程教学过程强调的是知识的系统性和理论的完整性,缺乏学习的针对性和应用性,这种学术型的教学模式不能适应应用型人才培养目标的要求,和其它课程一样,电机与拖动课程的学时数大大减少,必须进行改革,对教学内容进行适当的取舍,并采取先进的教学手段。

另外,电机与拖动系统的发展真可谓是日新月异,电机的发展趋势是:①大型化:单机容量越来越大,电压等级也越来越高,如600MW及以上的同步发电机和500kV及以上变压器应用越来越多;②微型化:为适应设备小型化的要求,电机的体积越来越小,重量越来越轻;③新原理、新工艺、新材料的电机不断涌现,如直线电机、开关磁阻电机、无刷直流电机、超声波电机等。

电力拖动系统的发展趋势是:①随着电力电子技术、控制理论和微处理器技术的发展,电力拖动系统的性能指标已有较大提高;②电力拖动系统正朝着网络化、信息化方向发展;③各种新技术、新方法在电力拖动系统中得到广泛应用,如现场总线、智能控制策略以及因特网技术等。因此,为了适应工程应用型培养目标的要求,工程应用型本科“电机及拖动”课程改革势在必行。

结合自动化和电气工程及自动化专业教学改革,我们对本科“电机与拖动”课程从课程体系、课程内容、教学方法和手段以及数字资源建设等方面进行了探讨,经过几年的教学改革实践,该门课程的教学质量有了很大的提升,教学改革取得初步成效。

1 “电机与拖动”课程定位与课程目标

1.1 “电机与拖动”课程在专业培养目标中的定位

“电机及拖动”课程是电气信息类相关专业重要的专业基础课,它在整个专业教学中具有承上启下的作用,本课程在学习“电路”等课程的基础上进行学习,并为后续专业课程(如交直流调速、工厂供电、供用电系统、电力系统分析和电气控制系统等课程)、创新活动、毕业设计、以及今后工作提供专业技术基础知识、基本分析方法和基本实验技能。

1.2 “电机与拖动”课程的课程目标

(1)素质教育要求(目标)

①培养学生的自学能力;②培养学生的逻辑思维、分析问题和解决问题的能力;③培养学生的团队意识和合作能力;④培养学生运用电机与拖动技术解决实际问题的能力。

(2)知识和技能教学要求(目标)

①掌握各种电机的结构和工作原理;②掌握电机的故障处理和维护维修的原理、方法;③掌握电力拖动及控制系统工作原理、特性及应用;④熟悉电机技术要求和选型依据;⑤了解电机及电力拖动系统的发展方向;⑥培养学生熟练的运算能力;⑦通过实验、实习等教学环节,深化专业理论,增强动手能力,具备一定的电气工程领域电力拖动系统调试、维修管理的能力。

2 课程体系改革

建立了理论实验单列课、技能训练实训周、工程实践进企业的“三阶段”工程实践教学模式。

2.1 理论、实验单列课

将电机学、电力拖动和控制电机三门课整合成“电机与拖动”一门课。将实验单设一门课程,重点开设综合性、设计性实验内容。

2.2 技能训练实训周

增设两周的电机的绕线、嵌线、装配等生产工艺操作、电机的起动、正反转控制、调速等电机拖动的实际运行实训。

2.3 工程实践进企业

到企业进行两周的生产实习。这种实践教学模式有效地培养了学生的工程实践能力。改革后的课程体系结构体现了应用型本科人才培养要求。

3 课程内容的改革

3.1 课程内容的改革以应用为目的

课程改革的基本思路,即以工程应用能力培养为主线,强调以掌握电机及拖动系统的基本原理、基本概念、基本特性和以培养应用能力作为教学的重点,并将理论与实践的有机结合为突破点,加强理论教学与实验教学,从而培养学生的分析问题、解决问题的能力。具体体现在两个方面:一是知识结构上,表现为:与专业有关的知识面力求宽广,而在知识的深度上不宜要求过高,对于繁琐的推导、证明则适当省略,注重结论性和应用性,这里有别于研究性本科层次;二是能力结构上表现为,强调实践应用能力和综合能力,强调对操作技能的理解和规范化。在能力培养上,减少验证性的实验内容,增加带有综合性和设计性的实验内容。

课程的内容体现与现代科学技术的发展相适应。增加了一些工程中已经应用且较为成熟的新技术内容,如增加了全密封变压器、Y3系列异步电动机、直线电机、交直流两用电动机、直流无刷电动机和开关磁阻电动机等新技术内容,课程中增加了各种电机应用内容的比例。

3.2 遵循电机原理是基础,电力拖动是目的原则

遵循电机原理是基础,电力拖动是目的原则,对直流电机的换向、交流电机的电磁场等内容做适当删减,加重电力拖动内容等。

4 教学方法与手段的改革

采用多种教学方法与先进的教学手段,其目的就是启发学生积极思维、培养学生的逻辑思维能力、联想推理能力、分析判断能力、自我学习能力等。为此我们在教学中采用了以下几种教学方法。

4.1 采用研究性教学方法

在讲授绪论和某些教学内容时,要求学生到图书馆或上网查阅电机及拖动系统的发展概况;了解新型电机的应用情况;了解国内外有哪些主要的变压器制造厂和电机制造厂;了解电机及拖动系统的未来的发展趋势;了解电机及拖动系统运行中的常见故障。

4.2 采用案例引入教学法

在讲授某些内容时,采用案例引人教学方法。如在讲解变压器电压变化率的内容时用一台配电变压器的实际运行情况来引出;在讲授异步电动机变频调速的内容时用发电厂内风机风量的调节来引出;在讲授直流电动机回馈制动的内容时用电车下坡的运行状态来引入。即采用提出问题、分析和解决问题、最后总结出结论并推广到一般的教学方法,得到较好效果。

4.3 采用探究式教学法

将探究式教学法引入到“电机与拖动”课程教学中,取得良好效果。

探究式教学方法主要是在问题教学法的基础上发展而来的,它的教学过程主要分为三个阶段:一是激疑设疑,二是强化动机,三是分步探究,这种教学方法能够启发学生创新思维,挖掘学生的学习兴趣和潜能。例如,在讲授变压器电压变化率时,先把变压器带各种不同性质负载时二次端电压变化的现象告诉学生或通过实验演示给学生,并且提出这是什么原因造成的?学生就非常感兴趣,都希望尽快找到答案,学生的学习积极性就上来了,然后,告诉学生本节课就来搞清楚这个问题,告诉学生这是因为变压器内部存在阻抗的原因。使学生对将要学习的内容非常感兴趣。探究式教学法的基本描述如下:

阶段名称内容目的作用要求一激疑设疑提出问题明确解决什么问题定方向具有吸引力二强化动机强调问题明确为什么要解决这个问题明意义具有感染力和激发力三分布探究解决问题明确怎样解决问题懂方法具有说服力

第三个阶段——分步探究阶段又分为四步。

第三阶段内容作用分步探究阶段授法明确怎样解决问题接受方法探究逐步深入解决问题试用方法应用学习自行解决问题学会方法小结今后如何解决问题牢记方法

探究式教学法的基本特点是:①重视问题,即以教材为例子,问题为中心;②重视能力,即以知识为基础,能力为目标;③重视学法,即以教法为引线,学法为主线;④重视动机,即以诱发为手段,动机为保证。

4.4 采用对比式教学法

在教学中,采用对比式方法将各种不同的电机联系起来进行比较,将达到事半功倍的效果。如在讲授异步电动机内容时,采用和变压器对比的讲授方法。

项目变压器异步电动机磁路结构无气隙有气隙主磁场性质脉动磁场旋转磁场绕组结构整距、集中绕组短距、分布绕组频率一、二次相同定、转子不同能量形式电能传递机电能量转换主要用途改变电压与电流拖动生产机械

又如,将电量、电路定律和磁量、磁路定律对比讲授,是学生对磁路的理解更加深刻。

4.5 充分利用现代化教学手段

为了增加课堂信息量,也为了应对学时减少的实际情况,采用多媒体教学手段授课是一种有效的方法。

为了提高教学质量,我们进行了立体化数字资源建设,并将成果应用于教学中。例如,除编写工程应用型本科适用的《电机与拖动》教材外,还编写了《电机与拖动学习指导》辅助教材,学习指导中包括内容提要、基本要求、重点与难点分析、典型例题分析、思考题与习题解答和自测题参考答案等六个部分。还制作了与主教材相配套的电子教案、自测学习系统和配套的实验指导等相应材料。录制了重点、难点内容教学录像(说课录像),制作了《电机及拖动》课程动画库和图片库(电子挂图),还编写了《电机及拖动》词汇库和中英文词汇对照表等。

我们还建立网络教学平台,并将课程教学大纲、教学日历、电子教案、习题解答以及上述的相关数字教学资源上网,另外,在网络教学平台上进行网上答疑,与学生进行沟通,取得了良好的效果。