“电机与拖动”课程教学模式的改革与实践
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）36-0095-02
“电机与拖动”课程是自动化专业第一门原理与应用并重的专业基础课。该课程应用高等数学、电路、大学物理、电子技术、自动控制理论等前期所学基础知识分析电机的运行原理、内部电磁过程、数学模型、外部特性以及电机起动、调速和制动等工程实际问题。学好这门课程可以为电力电子技术、运动控制系统等后续课程打下良好的基础。当前的教育模式造成学生普遍擅长学习理论性强的知识，对于牵涉工程实际的内容学习起来很困难，学习兴趣也不高。鉴于电机与拖动课程在自动化专业体系中的特殊地位，如何改革现有的教学模式，激发学生的学习兴趣，进而取得较好的教学效果是亟待解决的问题。本文介绍笔者长期从事“电机与拖动”课程教学的一些经验和探索，与各位同仁共勉。
一、根据课程设置，调整授课内容
为了适应社会需求，培养“宽口径、复合型”人才[1]，整个本科阶段的课程数量尤其是选修课越来越多，每门课程的学时数量都在减少。河南科技大学的“电机与拖动”课程也不例外，由双学期授课，压缩为单学期88学时，进而压缩为80学时（其中实验课12学时）。由于以前学时较多，可以对每个知识点进行全面的讲授。为了达到学时压缩情况下教学质量不下降的要求，必须对授课内容进行合理的调整。
1.适当压缩电机原理的内容，强化电机拖动部分的内容
电机原理部分理论性较强，主要表现为概念多、理论推导多、电磁场的内容抽象，造成部分学生一知半解，影响学习的积极性[2]。考虑到电机主要作为自动控制系统的执行机构出现，因此自动化专业更强调电机的外部特性，电机原理仅仅为了深化对外部特性的理解。我们对电机原理部分作了如下调整：电机的工作原理部分要求学生熟练掌握；绕组接法、感应电势和磁势的计算部分要求学生了解处理的思路，记住必要的结论；电机内部电磁场部分要求学生会定性分析。电机的外特性和机械特性部分作为重点，并入电力拖动部分讲述。
2.根据课程设置情况，适当删减部分的内容
通常情况下，同一专业的各门课程有很多重复的知识点。为了节省学时，强化重点内容，可以对重复的内容进行删减。以刘锦波、张承慧编写的“电机与拖动”教材为例，第四章“变流器供电下直流电机的机械特性”占了仅仅20页的篇幅[3]，但后续课程“电力电子技术”对此问题有更详细的论述，因此可删除这一章不讲。第12章主要讲各种微特电机，但很多学校设置了专门的后续课程“微特电机”，因此这一章也可以忽略。“电机与拖动”与“自动控制原理”课程同时同步开设，有些学校甚至先开设“电机与拖动”课程，因此应删除电机启动、调速和制动部分的过渡过程分析，仅讲授稳态分析。
3.讲授顺序的调整
将传统先讲电机学再讲电机拖动技术的顺序改为讲完一种电机的原理，接着讲这种电机的拖动技术[4]。例如：直流部分采取先讲解电机学内容接着讲述直流拖动的内容，这样做可以使学生对刚掌握的知识从后续章节学习中得到及时的应用，既可以复习以往内容，又可以学以致用，从而达到较好的教学效果。最终形成了“直流电机-直流电机拖动-变压器-交流电机-交流电机拖动”的教学主线。
二、改革课堂教学方法，提高学生学习的积极性和主动性
1.理论联系实际
“电机与拖动”是一门实践性很强的课程，主要表现在电机的广泛使用性。教师在讲授时应尽量与生活中的应用实例结合起来，使抽象、枯燥的理论变得具体、生动。例如，结合洗衣机频繁正反转的工作过程学习电动机的启动、制动原理；结合变频空调如何省电学习异步电动机变频调速原理及其在节能技术中的应用等等[5]。这些工程实例能引起学生的好奇心，激发他们的学习兴趣。学生能以好奇的心态去听课，接受新的知识，变被动学习为主动学习，才能学好这门课程。
2.采用启发式教学
灌输式的教学模式往往造成学生的依赖心理，学习积极性和主动性不高。鉴于“电机与拖动”课程的知识连贯性和逻辑性很强，采用启发式教学模式可以取得较好的效果。在讲解新内容时，教师有针对性地提出问题，引导学生利用已有知识得出结论，最后由教师加以补充总结。例如在讲授直流电动机的调速时，首先由教师简述电机调速的实际应用以及电机调速的必要性，然后提出问题：直流电动机的速度与哪些参数有关？引导学生回忆直流电机的速度公式；接着提出问题：速度公式中哪些参量可以改变？从而使学生主动思考得到直流电动机的三种调速方式：改变电源电压调速、改变电枢回路电阻调速和改变磁场强弱调速；最后由教师进行总结：虽然理论上可以提高电源电压或者增强磁场调速，但是受直流电机耐压和铁磁材料磁饱和性的限制，通常采用降压调速和弱磁升速的方式调速，使得问题得到完美解决。
3.采用对比的教学方法
“电机与拖动”课程概念多、公式多、内容繁杂，学生作为初学者，会感到没有头绪[6]。教师在教学过程中应采用对比的方法，引导学生发现各种电机在工作原理、绕组结构、数学模型、机械特性等方面的相似性和不同点，从而加深理解。不论直流电机、交流电机还是变压器，其共同的理论基础均为法拉第电磁感应定律、电磁力定律、安培环路定律等，因此采用对比法教学可以收到事半功倍的教学效果。例如：对于直流电动机和三相异步电动机，两者的共同点是：理论基础均为电磁力定律，即转子受到单方向的电磁转矩驱使转子旋转从而完成电能向机械能的转换。两者的不同点是：直流电动机采用直流电源，内部磁场是稳恒磁场。而三相电动机采用交流电源，内部磁场为旋转磁场；直流电动机通过电刷和换向器把外部直流电流转换为电枢导体的交变电流，稳恒磁场和交变的电枢导体电流相互作用产生单方向的电磁转矩，驱使电枢旋转此为直流电动机的运行原理，而三相异步电动机其定子磁场是旋转磁场，而其转子电流则是感应电流，通过转子与定子旋转磁场的相对运动感应产生的，该感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩，这是三相异步电动机的运行原理[4]。通过对比可以使学生理顺知识的前后脉络，从而加深对知识的理解与掌握。 三、合理利用多媒体教学手段，增强学生的感性认识
传统教学方法主要是借助板书分析各种电机的工作原理，推导数学模型，分析等效电路。这种方式使得学生对于电机实际工作情境缺乏感性认识，抽象的理论与具体的对象脱节，无法激发学生的学习兴趣和动力，教学效果比较差。运用多媒体技术可以很好地解决这一矛盾[7]。例如在讲解电机结构和工作原理时，在讲解完以后，通过播放视频、动画、图片加强学生的感性认识。又例如，旋转磁场的产生过程比较抽象，只进行书面的理论推导，学生难以理解。这时就可以利用多媒体动画动态地演示单相电流时产生的脉振磁场和三相对称电流时产生的旋转磁场，同时播放物理实验中相关磁场形成和工作的视频，帮助学生理解旋转磁场的形成过程。
虽然多媒体技术可以改善教学效果，但笔者认为应该合理利用。对于公式推导，电路的向量分析等内容还是采用传统的板书方式比较好，因为这些部分采用板书教学有助于加深学生的理解。所以，在教学过程中要因材施教，在适当的章节采用并加强多媒体教学。
四、重视实验实践教学，锻炼学生的动手能力
实验教学是必不可少的一个教学环节。学生通过实验不仅可以验证课堂上学到的理论知识、深化理解、增强记忆，还可以训练初步的操作技能、激发学习兴趣[8]。对于“电机与拖动”课程的实验教学，笔者有如下几点体会：
（1）精心编制实验指导书，明确实验目的。要求学生做实验时不仅按照步骤完成实验，还要思考实验过程为什么这样设计。对于反常现象，应启发学生深入思考，找出答案。
（2）适当增加设计性、综合性实验。引导学生对现成的实验内容、步骤、要求等提出质疑，引导学生提出不同的设计方案和解题途径。
（3）实验室对学生开放，学生可到实验室做实验，搞小发明、小革新、小制作等，指导教师予以热情指导、帮助，并提供保障条件。
五、改进考核方式，提高教学反馈的实效性
为了调动学生的学习积极性，改善学习风气，提高教学质量，应改变以往应试教育的考核方式。”电机与拖动”作为一门实践性较强的课程，不仅要求学生理解理论知识，而且要求学生能够利用理论知识分析工程问题，能够掌握必要的操作技能。因此，应综合考虑每一个学生的卷面成绩、实验操作技能以及应用理论解释工程现象的能力，给出科学合理的评价。笔者认为，考核应遵循：全过程考核的原则，即从开始到结束，从课内到课外均考核；重能力、重素质的原则，即将学生能力和素质作为较大的权重系数在考核时加以体现；公开考核的原则，提前让学生知道本课程的考核方式，从而制定相应的学习方案，改变以往只注重卷面成绩的应试教育模式。笔者的教学实践表明，以上考核方式能够及时有效地了解学生对所讲知识的掌握水平，从而有的放矢的地调整教学进度，提高教学质量。
六、结束语
教学实践证明，通过以上几方面的教学改革实践，调动了学生学习积极性，培养了学生的综合素质和创新能力，达到了预期的教学目标。从学生的反馈来看，教学改革是成功的。当然，教学改革是一项长期艰巨的任务，还需在今后教学实践中进一步总结经验，不断完善。
