《机电传动控制》课程实验教学改革探讨

朱晓翠　张新戈　王继利

【摘 要】《机电传动控制》是机械电子工程专业的一门必修的专业基础课，是电知识结构的躯体。通过该课程的学习，学生不但能够掌握电机、电器等的工作原理、特性及应用，而且能够了解最新控制技术在机械设备中的应用，为日后的学习和工作做了充足的准备。其中开设的实验课是该课程主要的实践环节，针对以往只注重理论知识的传授，轻视实验教学这一问题，探索在实验教学内容、教学方法等方面进行改革的尝试，在实验教学中取得了良好的教学效果。

【关键词】机电传动控制；实验教学改革；实践探索

0 前言

《机电传动控制》是一门理论性及实践性都非常强，且具有重要工程应用价值的课程。该课程主要以电机、电器等的基本理论和基本知识为支撑，本着原理与应用两者并重，元件与系统二者紧密结合的理念[1]。课程的讲授过程须要有相应的实践教学环节与之配合，即实验教学环节。通过该环节，不但能消化、理解学生课堂上学到的理论知识，提高其动手能力，而且能培养学生分析问题与解决问题的能力，为日后进一步学习深造及毕业后从事专业工作打下坚实的基础。

在讲授《机电传动控制》课程开设的实验课“直流他励电动机机械特性实验”时，我发现存在以下几方面问题：第一，电机的内部结构较复杂，工作原理抽象，学生难于理解；第二，授课内容单一、枯燥无味，调动不起学生的学习兴趣；第三，实验装置老套，没有过载保护；第四，学生们的学习态度不积极，忽视实验教学环节，部分学生只是为了应付，取得学分。因此，对《机电传动控制》中开设的“直流他励电动机机械特性实验”课进行教学改革势在必行。

1 教学内容的改革

机械工程类专业是实践性很强的专业，其动手能力的培养尤为重要。实验教学是其实践性的主要环节，该环节既能提供理论知识应用于实际的机会，又能充分发挥和提高学生们的动手能力[2-3]。由于该实验课涉及电机的内部结构较复杂、工作原理较抽象，实验课时又有限，如何在有限的时间内让学生熟练地掌握电机的相关知识，电机性能的测量方法，培养学生的解决问题、分析问题的能力，成为该实验教学改革的关键。因此，依据本实验的授课特点，结合当前学生的就业需求，对实验内容进行了筛选，既保证学生对电机及其特性测试原理有全面的了解，又着重讲解学生日后在实际工作中将要用到的知识。

实验进行的整个过程中，首先是要规划一条课程主线，将各知识点用这条主线串联起来，这样使实验课的授课内容变得条理清晰，具有很强的逻辑性[4-5]。将该实验课的内容划分为三大部分：（1）直流电机的结构介绍；（2）直流电机结构虚拟拆装及工作原理动画；（3）电机特性测量及实验装置改进。

1.1 直流电机结构虚拟拆装及工作原理虚拟动画

直流电机具体结构包括两部分，分别是定子和转子。定子的主要作用是产生主磁场，而转子的主要作用是产生感应电动势，并产生机械转矩，以此实现能量的转换。其中，定子由主磁极、换向极、机座和轴承等组成；转子主要由电枢铁芯、电枢绕组、换向器等元件组成。由于电机的结构较复杂，讲起来很空洞，故将其结构的虚拟拆装内容增添到实验课上，这样将空洞的问题实体化。其工作原理较抽象，这部分单凭老师依照课本去讲，学生理解起来较苦难，故课程内容添加工作原理的虚拟动画，不但让学生对该部分内容有了感性认识，还加深了学生对该理论的理解，达到事倍功半的效果！而且为实验课内容的创新开辟了先河！

1.2 直流电机机械特性测量

该实验装置是以电机作为被测对象，通过测功机的动力加载，完成直流电机机械特性的测量。实验中的被测电机额定电压是220V、额定电流是1.2A、额定转速是1600r/min、额定功率是185W。整个实验需要测量电机的固有机械特性及人为机械特性。

1.2.1 固有机械特性

固有机械特性是电机的自然特性，指在额定条件下电机转矩与转速之间的关系。理论上通过两点法就能绘制电机转矩与转速关系曲线。这两点分别是额定转矩、转速点和空载点。

1.2.2 人为机械特性

人为的机械是非额定状态下，电机的转矩与转速之间的关系。有三种改变方式：电枢回路串接附加电阻；改变电枢电压；改变磁通。

1.3 实验装置改进

本套实验装置是10年前为开设该部分内容购置的实验系统，经过几年实验下来，发现如果操作有误，系统中的电阻就会烧毁，整个实验台就不能继续工作，并且检测烧毁电阻的具体部位很麻烦，这样就很费时，严重影响实验教学。故在原实验台的基础上，加上过载保护，当出现误操作时，系统报警，使本科实验能正常进行。

2 教学方法的改进

2.1 多媒体技术的应用

鉴于该实验的特点：直流电机结构及工作原理抽象，而这些抽象的问题单凭老师的讲解，学生不容易理解。将多媒体技术融入到实验课上，上述问题迎刃而解。将直流电机的拆装动画、工作原理的视频等多媒体结合在一起，使直流电机的结构、及工作中的励磁过程活灵活现的展现在学生面前，不但加深了学生对直流电机结构及工作原理的理解，又激发了他们的学习兴趣，使枯燥的课堂变得生动有趣。

2.2 教与学的互动

以往该实验的授课多是老师将实验装置的连线直接连接完，然后由老师按照实验步骤一步一步的完成，整个实验都以教师为主，学生为辅。最终学生只能是得出个实验结果，至于实验如何做的，为什么要这样做，学生们不是很清楚。这种授课方式导致学生的动手机会很有限。基于此，提出了教与学互动的教学模式：首先做实验之前布置学生课后复习实验内容，上课时在回顾关于该实验课的理论知识的基础上，介绍仪器设备结构、工作原理及使用方法。实验前的准备工作完成后，以每组8人将学生分两组，然后由学生自己连接实验台，亲自动手测量电机的机械特性。实验过程中，通过调节负载电阻及电压，观察电机转矩与转速的变化，最终绘制出其机械特性曲线图。实验完成后要求每位做实验的同学谈谈自己的体会及实验课有待改进的地方，最后由老师对课堂情况进行总结。几轮课下来，该授课方法取得了极好的授课效果！

3 结论

经过几届的实验教学，不断研究《机电传动控制》课中“直流他励电动机机械特性实验”课的授课特点，综合运用各种教学理念及方法，大力激发了学生们的学习兴趣、充分调动其学习的积极性，不断拓宽其视野、发挥其创造性，提高其动手能力，培养学生们的创新意识。在教学质量和教学效果上得到了很大的提高。

【参考文献】

[1]冯清秀，邓星钟，等.机电传动控制[M].武汉：华中科技大学出版社，2011，6.

[2]吴涛，尹志宏.“机电传动控制”课程的研究型教学模式[J].实验室研究与探索，2013，32（1）.

[3]熊新，马如宏.《机电传动控制》教学方法探讨[J].产业与科技论坛，2009（7）.

[4]李雪，等.机电控制工程基础课程的教学改革实践研究[J].科技信息，2010（29）.

[5]白岩，等.《机电传动控制》课程教学的研究与改进[J].教育教学论坛，2014（37）.

[责任编辑：汤静]