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電機(jī)與拖動(dòng)課程教學(xué)改革研究
論文關(guān)鍵詞:電機(jī)與拖動(dòng);多媒體教學(xué);實(shí)驗(yàn)實(shí)踐
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論文摘要:“電機(jī)與艷動(dòng)”是一門理論性與實(shí)踐性都很強(qiáng)的電氣專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。筆者通過近六年的教學(xué)實(shí)踐，提出從教學(xué)安排、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐等方面加大教學(xué)改革力度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。
“電機(jī)與拖動(dòng)”是電氣工程及其自動(dòng)化、機(jī)電一體化等專業(yè)的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。本課程由于牽涉到磁場的概念，使教學(xué)內(nèi)容抽象、概念多、公式推導(dǎo)繁瑣復(fù)雜，難于理解;直流電機(jī)、變壓器、交流電機(jī)各部分相對獨(dú)立，但又有內(nèi)部聯(lián)系;實(shí)踐性強(qiáng)，但又必須有理論支持，同時(shí)還必須具備高等數(shù)學(xué)、電路與磁路、大學(xué)物理等多門學(xué)科的相關(guān)知識，導(dǎo)致學(xué)習(xí)這門課程存在著學(xué)生難學(xué)的情況。因此，必須從教學(xué)安排、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐等方面加大教學(xué)改革力度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，提高課程教學(xué)質(zhì)量。
一、合理安排授課計(jì)劃和內(nèi)容
隨著高校課程改革的深人進(jìn)往我們在教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行了調(diào)整:現(xiàn)在工業(yè)應(yīng)用的大部分是交流電機(jī)，直流電機(jī)的應(yīng)用比重有所減小，所以在變壓器、交流電機(jī)的內(nèi)容上可適當(dāng)加大，直流電機(jī)所占的比例可適當(dāng)壓縮。從講課反饋上來看，按照先講直流電機(jī)，再講變壓器，最后是交流電機(jī)的教學(xué)安排可能更合理些。因?yàn)閷W(xué)生在高中和大學(xué)物理等課程中已掌握了直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的工作原理，所以接受起來并不困難。變壓器的工作原理在“電路”的互感電路章節(jié)中有所涉及，它對“電機(jī)與拖動(dòng)”中的內(nèi)容有所鋪墊，同時(shí)變壓器與交流電機(jī)也有聯(lián)系，可以把它看成是一臺(tái)靜止不動(dòng)的交流電動(dòng)機(jī)。對比變壓器的一次側(cè)電壓表達(dá)式和交流電動(dòng)機(jī)的定子電壓表達(dá)式，我們可以看到兩者的表達(dá)式非常相像，只不過交流電動(dòng)機(jī)多了.項(xiàng)基波繞組系數(shù)。當(dāng)講到交流電動(dòng)機(jī)繞組的磁勢和電勢時(shí)我們會(huì)發(fā)現(xiàn):變壓器采用的是集中整距繞組，因此;交流電機(jī)為了抑制諧波的磁勢和電勢，采用短距分布繞組，因此。所以，變壓器可以看成是一臺(tái)靜止不動(dòng)的交流電動(dòng)機(jī)。另外，從它們的T型等效電路上來看也很相像。當(dāng)然，在講課過程中也要注意兩者的區(qū)別。筆者發(fā)現(xiàn)按照上述的講課順序進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生理解會(huì)更清晰些。
二、理論聯(lián)系實(shí)際，突出重點(diǎn).體現(xiàn)課程教學(xué)中的主線
“電機(jī)與拖動(dòng)”這門課程中概念很多，因此，教師在講課時(shí)需要把“電路”中牽涉到的概念和定律先復(fù)習(xí)一下，如左手定則、右手定則、右手螺旋定則、基爾霍夫電壓和電流定律、同名端和異名端等。在講課過程中理論聯(lián)系實(shí)際會(huì)使學(xué)生更易理解。如為什么轉(zhuǎn)子沖片采用硅鋼片疊片沖壓而成?目的是為了減少磁滯損耗和渦流損耗。轉(zhuǎn)子上為什么安裝風(fēng)扇?轉(zhuǎn)子沖片上為什么開了小圓孔?目的是為了加強(qiáng)空氣對流和散熱。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)風(fēng)扇吸風(fēng)，空氣從轉(zhuǎn)子的軸向通風(fēng)孔流過，可幫助散熱。這樣講述理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)生學(xué)習(xí)就不會(huì)感覺枯燥了。
講完直流電機(jī)、變壓器和交流電機(jī)的每一部分后，要對該部分進(jìn)行總結(jié)，歸納出重點(diǎn)，幫助學(xué)生理解和復(fù)習(xí)。如直流電動(dòng)機(jī)部分里最重要的就是6個(gè)方程式和一個(gè)定律:(1)機(jī)械特性方程式;(2)轉(zhuǎn)矩平衡方程式，(3)電壓平衡方程式;(4)慣性定律:電機(jī)的轉(zhuǎn)速n不能突變;(5)動(dòng)力學(xué)平衡方程式;(6)電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式;(7)感應(yīng)電勢表達(dá)式。
從這6個(gè)方程式和一個(gè)定律中我們可以分析出直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)過程。如根據(jù)方程式(7)和方程式(3),可推導(dǎo)出電樞電流的表達(dá)式。結(jié)合慣性定律可分析直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速n不能突變，在啟動(dòng)的一瞬間，轉(zhuǎn)速n二0，因此電樞電流為U/Ra。在一般情況下，電壓U為額定電壓UN，電樞中不串人附加電阻，只有內(nèi)阻Ra，則電樞中電流過大，易燒毀電機(jī)。因此，工業(yè)用直流電動(dòng)機(jī)不允許直接啟動(dòng)，要限制啟動(dòng)電流在一個(gè)合適的范圍內(nèi)。由電樞電流U/R。的關(guān)系可知，可減小分子或增大分母，因此，可采用電樞串電阻或降壓啟動(dòng)這兩種方式。
對于直流電動(dòng)機(jī)釣調(diào)速過程，根據(jù)方程式(1)可知，要想改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速n，對于選定的電機(jī)，由于Ce和CT是常數(shù)，電機(jī)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)T=TL，因此，進(jìn)行調(diào)速能改變的電氣參數(shù)就只有電壓U、電樞回路的電阻Ra和主磁通Ф。由此得到了三種調(diào)速方法:降壓調(diào)速、電樞串電阻調(diào)速和弱磁調(diào)速。
對于直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)過程，根據(jù)方程式(1)、方程式(S)和慣性定律亦可進(jìn)行推導(dǎo)。如能耗制動(dòng)過程的分析:電動(dòng)機(jī)本來在第一象限電動(dòng)運(yùn)行，能耗制動(dòng)開始時(shí)，機(jī)械特性方程立刻變化為方程式(8)，但根據(jù)慣性定律的結(jié)論，由方程式(8)可知電磁轉(zhuǎn)矩T為負(fù)值。根據(jù)方程式(2)可知電動(dòng)機(jī)進(jìn)入減速狀態(tài)，即能耗制動(dòng)過程。當(dāng)n=0時(shí)，由方程式(8)可知，T=0，但負(fù)載轉(zhuǎn)矩一般不為0，因此在能耗制動(dòng)結(jié)束時(shí)需要采用機(jī)械裝置卡住轉(zhuǎn)子使之停車。
學(xué)生掌握了這些方程式和定律，在不同的情況下分析和靈活運(yùn)用，就可以抓住直流電動(dòng)機(jī)這部分的核心內(nèi)容，它對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)幫助很大。同理可歸納出變壓器和交流電動(dòng)機(jī)的核心要點(diǎn)，這里不再贅述。
三、充分利用多媒體等教學(xué)手段
本門課程如果僅靠板書來講解，不僅授課進(jìn)程緩慢，影響教學(xué)進(jìn)度，而且學(xué)生理解吃力，教學(xué)效果比較差。
例如，三相旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生過程，該部分比較難理解，學(xué)生容易產(chǎn)生厭煩情緒。為此我們精心設(shè)計(jì)和制作了PowerPoint圖片和Flash動(dòng)畫等教學(xué)課件來演示三相旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生過程，同時(shí)采用電機(jī)實(shí)物進(jìn)行現(xiàn)場演示。在一臺(tái)去除了轉(zhuǎn)子的交流電動(dòng)機(jī)定子內(nèi)部放置一個(gè)小磁針，在三相對稱繞組上加上三相對稱電源，將直觀地看到小磁針轉(zhuǎn)動(dòng)。將三相交流電源中的任意兩相電源線對調(diào)后，發(fā)現(xiàn)小磁針轉(zhuǎn)動(dòng)方向會(huì)改變。這樣，學(xué)生就直觀地看到了交流電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的正反轉(zhuǎn)，便于理解交流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)。由此我們就可以提出問題:為什么小磁針能夠轉(zhuǎn)動(dòng)?采用這種方式在多媒體教學(xué)過程中解決問題。即提出問題一分析問題一解決問題。通過這樣的教學(xué)手段，能夠鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考能力和獨(dú)立解決問題的能力。
采用多媒體等教學(xué)手段，結(jié)合理論知識進(jìn)行分析和講解，教師可將復(fù)雜、枯燥的內(nèi)容變得直觀、容易理解，給學(xué)生留下深刻的印象，學(xué)習(xí)過程也變得輕松愉快，教學(xué)效果很好。
但對于變壓器、異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析，采用傳統(tǒng)的板書教學(xué)模式比較好，因?yàn)檫@些部分需要進(jìn)行邏輯推導(dǎo)，采用板書教學(xué)有助于學(xué)生前后連貫地分析和理解。所以，在教學(xué)過程中要因地制宜，在適當(dāng)?shù)恼鹿?jié)采用并加強(qiáng)多媒體教學(xué)。
四、理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合
為了增強(qiáng)學(xué)生對電機(jī)結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識，我們在教學(xué)計(jì)劃中安排了一周時(shí)間進(jìn)行交流電機(jī)的拆裝實(shí)習(xí)。通過拆裝實(shí)習(xí)可幫助學(xué)生掌握電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理;掌握電機(jī)繞組拆卸、繞制及電機(jī)裝配過程;掌握電機(jī)測試和檢修的方法;掌握相關(guān)電工儀表使用。學(xué)有余力的學(xué)生可以向?qū)嶒?yàn)室教師申請選做實(shí)驗(yàn)。學(xué)生自已查閱資料選題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)線路和接線步驟，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立工作能力。
此外，我們也積極開展校外實(shí)習(xí)活動(dòng)，即組織學(xué)生到工廠進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)，實(shí)際觀看各種電機(jī)和變壓器的接線和工作過程，了解各種電氣設(shè)備的功能和使用。經(jīng)過和廠方協(xié)調(diào)，讓工人師傅現(xiàn)場示范不同類型電氣設(shè)備的操作，讓學(xué)生對各種生產(chǎn)機(jī)械的主要結(jié)構(gòu)及操作情況有親身體驗(yàn)，從而為講授相關(guān)生產(chǎn)機(jī)械的電氣控制打下基礎(chǔ)。通過校外實(shí)習(xí)可提高學(xué)生的工程意識與實(shí)踐能力，為將來的就業(yè)增加磅碼。
五、通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)與學(xué)生互動(dòng)，加強(qiáng)交流
“電機(jī)與拖動(dòng)“這門課程已申報(bào)洛陽理工學(xué)院精品課程。我們把很多教學(xué)資源放在校園網(wǎng)上供學(xué)生下載觀看。學(xué)生只要登錄校園網(wǎng)，就可以學(xué)習(xí)和觀看教學(xué)錄像。我們在網(wǎng)上提供比較新穎的資料:如歐美國家和我國的電機(jī)發(fā)展簡史，西門子公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)，日本三菱公司的變頻電機(jī)的圖片和直流無刷電機(jī)的實(shí)際應(yīng)用等。通過上述措施提高學(xué)生的興趣，從而提高教學(xué)效果。
另外，我們在精品課程網(wǎng)站上建立了BBS，學(xué)生有任何關(guān)于“電機(jī)與拖動(dòng)”這門課程的疑問都可以提出來，教師抽出時(shí)間集中進(jìn)行解答。通過這種形式與學(xué)生互動(dòng)，使學(xué)生能共享教學(xué)資源，加強(qiáng)對所學(xué)內(nèi)容的理解，方便學(xué)生學(xué)習(xí)。
六、重視習(xí)題課的作用
在課堂教學(xué)中通過對學(xué)生的提問，了解學(xué)生的理解程度和錯(cuò)誤原因，幫助他們糾正錯(cuò)誤。在習(xí)題課上精心選擇兩三道計(jì)算題讓學(xué)生進(jìn)行解答，然后對計(jì)算過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行講評。在講評過程中，分析學(xué)生的解題步驟，了解學(xué)生的解題思路。爭取實(shí)現(xiàn)一題多解，從而有利于學(xué)生的發(fā)散性思維和演繹能力的培養(yǎng)。對學(xué)生解題中出現(xiàn)的錯(cuò)誤及時(shí)指出，避免重復(fù)犯錯(cuò)，起到事半功倍的作用。針對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的薄弱環(huán)節(jié)，適當(dāng)調(diào)整教學(xué)安排，有的放矢，從而更好地完成教學(xué)任氛
七、結(jié)束語
筆者在近六年的教學(xué)實(shí)踐工作中，積極采用多種教學(xué)手段進(jìn)行教學(xué)改革實(shí)踐。“電機(jī)與拖動(dòng)”課程教學(xué)改革取得了顯著的效果，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。從學(xué)生的反饋來看，教學(xué)改革是成功的。當(dāng)然，教學(xué)改革是一項(xiàng)長期艱巨的任務(wù)，還需要任課教師不斷地完善。
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