电机应用基础课程教学改革与实践

胡 涛

（上海大学 机电工程与自动化学院，上海200072）

1 教材的选择与教学大纲的制定

一本合适的教材是教好与学好课程的捷径。首先，教材应该能够满足本专业制定的毕业要求与培养目标；其次，教材中的例题及运用应该典型、精炼，讲解细致且通俗易懂，并且教材有相应配套的同步参考与辅导书籍，方便学生自查自学，提高其自主学习的能力。本课程选择了李发海与朱东启编著的《电机学》教材。该教材能够涵盖电机学领域应有的重要内容，其内容阐述清晰易懂，习题也较为典型，能够满足自动化相关专业学生的毕业要求与培养要求。

教学大纲要求涵盖电机学中的主要内容与关键要点。本课程是自动化类专业的重要学科基础课，侧重于学习电磁感应理论及技术、电机运行原理、电机工作特性等电机学领域的基本理论及实践。由于本校施行的是小学期制（全年三大一小共四学期），因此本课程教学大纲侧重于电机学重中之重的关键章节，主要有：变压器、直流电机以及交流电机。大纲突出基础知识的学习与运用，注重对学生理论联系实践的培养，增加了课程的实践与实验环节，并要求给出相应的书面报告，提高了学生理论联系实际的能力和灵活运用专业知识解决自动化领域复杂性工程问题的能力。

2 课程主要内容的制定

2.1 课程目标的制定

根据教学大纲，科学合理地制定课程目标。结合电机学的基本特点，本课程制定的课程目标如下：

（1）了解电机学及其应用领域的发展状况，掌握变压器的基本理论与分析方法；

（2）掌握直流电机的工作原理、基本理论、运行特性与分析方法；

（3）掌握交流电机电动势与磁动势的基本理论与分析方法；

（4）掌握异步电机的工作原理、基本理论、运行特性与分析方法。

以上课程目标总体上涵盖了电机学中重要的基础与关键内容，为具体的教学内容指明了方向。

2.2 能力培养模块的设置

基于本科专业工程教育认证的基本要求，根据本课程的特点制定了三个不同的能力培养模块。具体模块如下：

（1）“工程知识”模块：与“课程目标（1）”相对应，主要体现为“了解与掌握电磁理论基本概念、数学模型及其在电机学中的应用”；

（2）“问题分析”模块：与“课程目标（3）”相对应，其主要内容是“能够熟练运用与电机学相关的电磁理论，分析电机的运行原理与工作特性”；

（3）“设计与开发方案”培养模块：与“课程目标（2）与课程目标（4）”相对应，体现了“能够根据电机的工作特性，设计与开发在不同场合及要求下对电机运行的控制方案”。

2.3 教学内容的制定

根据上述的课程目标及能力培养模块的要求，具体制定各个章节的教学内容。教学内容将着重进行基础知识讲解，并合理增加难度。由于本校的学期安排相对较短，因此在教学内容上将突出重点。例如，“直流电机”部分的主要学习内容为“直流电机的构造、电磁方程、工作原理、绕组结构、工作特性”。针对“交流电机”部分的学习内容较多的特点，本课程重点围绕“交流电机的构造、绕组电动势与磁动势方程以及异步电机”进行讲解。此外，在实践与实验环节中安排了学习报告与软件仿真报告的要求，强化学生自学能力的培养。

2.4 教学内容重点与难点分析

分析和总结教学内容的重点与难点，能够在教学中明确困难、重点突破，使任课教师与学生在“教与学”的过程中能够重视课程要点、掌握方法，并且有的放矢。以下抽选了《电机学》中的相关章节，对其主要内容进行了概括，分析和总结了相应的重点与难点。

在“直流电机”中，教学内容的重点为直流电机的主要结构、感生电动势、电磁转矩、运行原理与工作特性；他励直流电动机的运行原理、机械特性及调速。难点是直流电动机的调速控制、电动机制动控制的方法与原理，以及直流电动机的各种运行方式的工作原理。

在“交流电机的绕组电动势与磁动势”中，教学内容的重点为交流电机的工作原理；电动势与磁动势的基本方程式；单相绕组产生的磁动势、三相单层绕组、基波绕组系数。难点是三相双层分布短距绕组的电动势与磁动势。

在“异步电机”中，教学内容的重点是异步电机的结构、额定参数与工作原理；电动机的转子旋转时电磁方程及工作特性；电动机的转子堵转时电磁方程及工作特性；电动机的转子开路时电磁方程及工作特性；三相异步电动机的功率与转矩。难点是三相异步电动机的机械特性与工作特性、三相异步电动机参数的测定。

3 教学方法与手段的改进

3.1 课堂教学环节

主要通过课堂讲解，并穿插课堂例题与练习进行教学。充分运用多媒体教学的优势，增加知识的传授量与传授效率，并在教学中增进与学生的互动。在教学中增加电机内部结构实物照片与实物模型的展示，可以提高学生的感性认识，从而更加有利于学生对深奥理论的理解。合理的多媒体图片与动画，可以形象地演示一些抽象的概念，并提高学生的注意力与关注度，增加其学习兴趣，易于使学生从被动学习变为主动学习，增强其学习的主观能动性，从而提高其学习效率并加深对学习内容的理解。

3.2 课外项目实践环节

根据教学大纲的规划，布置相应的课外学习与调研项目，并给出完整的学习报告。本课程课外项目安排如下：

（1）培养学生的自主学习能力，自学单相变压器基本方程式、运行特性与工作特性，掌握基本的理论分析方法；

（2）了解和熟悉本行业相关的专用软件，并初步掌握相关软件的运用。例如，基于MATLAB的学习，引导学生掌握运用计算机软件分析电机运行特性与工作特性的方法。

通过上述课外项目实践环节，引导学生课外实践与自主学习，独立完成直流电动机工作特性的学习报告，以及完成变压器的学习报告。通过课外项目环节，不仅能够提高学生自学的主观能动性、增强学生自主学习能力与理论分析水平，还能够让学生充分了解行业动态，提高其独立的实践能力与解决工程应用问题的能力，为其毕业后能够独立工作与自主研修奠定相应的基础。

3.3 实验环节

本课程的实验环节安排如下：

（1）变压器性能与参数的测定；

（2）测定直流电动机各种运行状态时的机械特性。

通过课程的实验环节，使学生在独立得出实验数据的基础上，分析数据并给出相应的结论，再撰写与提交书面实验报告。实验与实践过程能够大大增强学生的动手能力与应用能力，加深其对理论知识的理解，不仅可以提高学生的学习兴趣与自信心，而且能够较好地培养学生理论联系实践的能力。

4 课程考核方式的改进

本课程将课外实践项目及报告、大作业、实验报告、课后作业纳入考核范畴。最终的考核包含卷面考试成绩与平时成绩两部分，卷面考试成绩占比为60%，平时成绩占比为40%。

平时成绩具体由课外实践项目及报告、实验报告、PPT、作业及大作业、课堂互动等环节组成。该环节可以将学生所面临的“被动教”转化为“主动学”，能够激发班上学生的求知热情，唤起其主动学习的能动性与积极性，从而大大提高了课程的学习效果。

5 结语

通过上述教学方式、方法、考核等环节的改革与改进，能够激发学生的学习兴趣，令学生的学习从被动转变为主动，从厌学及畏学转变为好学，从而提高了选课学生的综合学习能力与总评成绩，并在实践中增强了他们解决实际问题的动手能力与分析能力，达到了理论联系实际的培养要求。