知识元法在电机学教学中的应用探讨*

赵铁英　王玉梅（河南理工大学电气学院，河南焦作454000）



知识元法在电机学教学中的应用探讨*

赵铁英王玉梅
（河南理工大学电气学院，河南焦作454000）

摘要：电气专业电机学课程知识点多、涉及面广，学生不好理解，给课堂教学带来了一定的困难。通过总结多年教学经验，将知识元法引入教学中，对电机学中知识点进行分解，通过知识元之间的相互链接构成知识网络，从整体上揭示出各个知识点之间的相互联系关系，为电气类专业课程的教学改革进行了有益的探索。

关键词：知识元；电机学；教学改革

王玉梅（1963-），女，河南辉县人，河南理工大学电气学院，教授。

Abstract:Electromechanics is one of the most important professional courses in Electric major. It has numerous knowledge points and covers a wide range，so it is very difficult for the students to understand，which brings certain difficulties in classroom teaching. Thus the course group introduces Knowledge Element into daily teaching through a summary of teaching experiences. Each knowledge point in Electromechanics is disassembled into some knowledge elements. It can constitute a knowledge network through the interlinking among knowledge elements and reveal interrelationship in every knowledge element as a whole，which makes some beneficial explorations to the teaching reforms in courses of Electric major.

Keywords:knowledge element；electromechanics；teaching reforms

“电机学”是电气专业必学的一门专业基础课，内容广知识点多，涉及电路、磁路部分，学习中需要用到“电路、电磁场”等前边课程知识，同时“电机学”与后续课程联系紧密，如“电力系统分析、电机与拖动”等课程，都用到“电机学”学习的内容，所以其在电气专业教学中的地位尤其重要。但是“电机学”课程中知识点多，理论性强，内容抽象难以理解，因此学生在学习、老师讲授时都遇到了很多的困难，授课效果不理想，学生学习后往往只学会单个孤立的知识点，很难做到前后连贯，往往是只见树木不见森林，一叶障目，只知道电机学书本中的问题，不会相互联系，难以做到前后知识的连贯，更不能做到融会贯通，影响后续课程的学习。所以文章结合教学实践，将“知识元法”引入电机学教学中，并进行了一定的实践探索。

图1　知识元链接示意图

一、知识元法简介

（一）知识元

知识元是数据库中常用到的一个概念。所谓知识元，是指不可再分割的具有完备知识表达的知识单位。从类型上分，包括概念知识元、事实知识元和数值型知识元等。

知识是人们对客观事物及其发展规律的一种准确描述，知识本身可以用文字给出一个简洁明确的描述，这种描述在数据库中可以作为一种知识信息元素，即知识元。知识元就是一个知识的完整描述，是知识表达的一个最小完整单位［1，2］。知识元之间通过内在的相互关系，联系成新的知识体系，组成各种知识，其链接方式如图1所示。

由此可见，知识元具有以下特点：（1）知识元是描述知识的最小单位；（2）知识元是有一定结构的；（3）各个知识元通过一定的关系连接在一起，通过知识元链接搜索，可以联系其他的知识元。

（二）知识元法在教学中应用的可行性

“电机学”中有很多的知识点抽象难以理解，即使学生理解了单个的知识点，却无法完全掌握这些知识并进行应用，更无法找到这些知识点之间的联系，这样直接影响了后续课程的学习。

知识元法就是采用“化整为零”的方法，利用知识元的特点，对相关知识进行分割，将知识分解为一个个的知识元，学生在学习时，首先学会每个知识元所表达的知识，然后根据知识元之间的链接关系，掌握整个知识，实现“由此及彼”、“由点到面”的学习过程。

二、知识元法在“电机学”教学中的应用

“电机学”所选用的教材一般都由若干章节组成，每个章节包涵相关联的若干个知识点，通过把这些知识点分解成知识元，然后按照知识元链接关系，组合成知识点，使学生掌握知识点。采用知识元法有利于选择最佳教学方法，使知识系统化，从而有利于学生找到各知识点之间的联系，发挥学生在教学活动中的主体作用和教师在教学活动中的主导作用。

（一）知识元的划分确定

知识元是知识的最小单位，所以正确的设定知识元是知识元法教学的关键。在“电机学”教学过程中，我们根据教材各章节的论述，找出每小节的关键内容，提炼出1-2个知识元，对这些知识元进行详细讲述，重点使学生能够掌握单个知识元所表达的含义。若干个知识元组成每小节的知识点，再进一步组成每个章节的内容［3］。

（二）知识元的相互链接

当学生掌握单个知识元后，根据知识元链接关系图，由已知知识元出发，逐渐向四周扩展，学习与之相联系的新知识元，最后形成一个完整的知识网络［4，5］。以“电机学”为例，“电机学”中同步电机部分，根据同步机的结构不同，可以分为凸极式和隐极式同步电机，然后应用前边学过的磁路、电路基本定律，可以分析推导出隐极式同步机的电压方程，画出等效电路和相量图；应用磁路的欧姆定律和不同材料的铁磁性能进行分析，可知凸极式电机d轴、q轴方向上气隙不均匀，沿d轴、q轴方向磁阻不同，需要用双反应理论，将电枢磁场分解到d轴、q轴方向，再进行分析，得到凸极式电机的电压方程、相量图等，由此得到凸极式电机的d轴、q轴同步电抗和其他参数，绘出隐极式、凸极式同步机的等效电路。这是一个各知识元依次推导的过程，由前一个知识元推导出后边的知识元点，其知识元链接推导如图2所示。

“电机学”中很多内容与其他课程联系紧密，采用知识元法可以明白清楚的显示出“电机学”中内容与其他课程之间的联系。例如电气专业另一门重要的基础课——“电力系统分析”，其中许多内容都与“电机学”密切相关，直接应用了“电机学”的相关知识点。以同步机突然短路的暂态过程为例，首先用到的知识就是“电机学”中学过的同步机的基本结构，由其基本结构、定转子绕组位置关系，可以列出同步机的定转子之间磁链与电势、电压的原始方程，实现由“电机学”中一个已知的知识元“同步机基本结构”链接电力系统分析中知识元“同步电机基本方程”的过程。学生在学习“电力系统分析”的过程中，首先从同步机结构出发，分析推导出基本方程；然后根据定转子上绕组位置关系，分析定转子之间电感系数，得到结论除转子上各绕组的自感、互感为常数外，其他绕组间的电感系数均为变量；为了解决磁链方程中的变系数电感，采用了电机中的双反应理论，将电枢次磁动势进行分解，同时采用帕克变换，对定子电流也进行分解，将a、b、c三相坐标系转换为d、q、0两相坐标系，推导出同步电机的基本方程，其知识元相互链接如图3所示。

图2　同步机知识元链接图

图3　电机学与电力系统分析知识元链接示意图

（三）课后总结

完成课堂教学后，及时对课堂教学中的知识元链接进行总结，使学生能够从一定高度上对所学的知识有个整体认识，掌握知识点之间的联系规律，不断拓展知识面，完善知识结构；教师从学生反馈的问题中也可以考查教学中哪些方面还有不足，从而不断改进教学方法，获得更好的教学效果。

三、结束语

采用知识元法对“电机学”中的基本知识点进行分解，利用知识元链接揭示出不同知识点之间的相互联系规律，使学生有一个整体的认识，便于学生掌握知识点之间的相互联系，最终形成一个完整的知识网络。教学实践表明，采用该方法有助于学生快速、扎实掌握“电机学”的基本理论，同时理解电机学与其他课程之间的联系，为后续课程的学习打下良好的基础。

参考文献

［1］郑邦坤.网络化知识元数据库建设研究［J］.西华大学学报（哲学社会科学版），2004，8（4）：96-97.

［2］陈文清.关于“知识元教学”的探究［J］.安庆师范学院学报（自然科学版），2003，9（2）：110-111.

［3］温有奎.基于“知识元”的知识组织与检索［J］.计算机工程与应用，2005，1：55-57+91.

［4］陶善菊，刘清堂，王凡，等.基于知识元的教育技术学科资源库构建［J］.现代教育技术，2011，5（21）：115-120.

［5］毕经元，顾新建，吕艳，等.基于知识元链接的汽车零部件知识管理系统［J］.浙江大学学报（工学版），2009，43（12）：2208-2212.

中图分类号：G642

文献标志码：A

文章编号：2096-000X（2016）10-0116-02

*基金项目：河南理工大学博士基金（项目编号：60807/008）；河南理工大学2015年校级教改项目（项目编号：672307/070）

作者简介：赵铁英（1977-），女，河南焦作人，河南理工大学电气学院，讲师。