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“电机学”课程教学方法初探

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  摘要:“电机学”课程具有概念多、理论性强等特点,历来是学生学习的难点。结合笔者在教学实践中对教学方法的创新和探索,介绍了模块式、问题式、类比式、铺垫式、换位式等教学方法及其效果。
  关键词:电机学;教学方法;创新探索
  作者简介:徐政(1972-),女,吉林长春人,长春工程学院电气与信息工程学院,副教授;张龙斌(1976-),男,黑龙江佳木斯人,长春工程学院电气与信息工程学院,助教。(吉林 长春 130012)
  中图分类号:G642.0     文献标识码:A     文章编号:1007-0079(2011)15-0188-02
  
  “电机学”课程是高等学校电气类专业的一门重要学科基础课,是学生基本专业素质形成的关键性课程之一,也是一门公认的既难教又难学的课程。课程的特点是理论性强、概念抽象、专业性特征明显,它涉及的基础理论和知识面较广,牵涉电、磁、热和机械等综合知识。如何使学生较好地理解和掌握电机学的核心内容,为其以后在电力工程领域中的学习和实践打下坚实的基础,并通过本课程的学习,提高学生分析和解决工程实践问题的能力,是教师在教学实践中一直思考和探索的问题。笔者在长期的“电机学”教学实践中总结出以下五点教学方法,以期与大家互相交流和促进。
  一、模块式教学法
  电机学主要研究的内容是直流电机、变压器、感应电机及同步电机等四大类传统电机。各类电机虽有不同,但在学习方法上却有很大的共性,每类电机学习内容的展开都可以概括为三个模块。第一个模块是讲清电机的结构及其工作原理。第二个模块是以第一模块为基础,寻找电机的等效的电路模型,即把一个既有磁又有电的复杂的电机设备用一个纯电路的模型来等效替代,当然这种模型的表达可以是电路方程式或方程式组,可以是等效电路图,也可以是相量图,各类电机都采用适合自己的最便于计算和使用的一种形式。第二个模块的作用是为学生找到一种分析电机的“工具”,而该模块也往往是教学过程中的难点所在,从磁场情况的分析开始一直到将磁的影响等效在电路模型当中,整个分析过程对学生来说是一个“爬坡”的阶段,教师应特别注意在该模块教学中的引导。第三个模块是在第二个模块所找到的“工具”基础上对电机的特性及运行方式进行分析。模块教学法的应用不仅使学生对难学的电机学内容有一个清晰的整体认识,同时也教会了学生学好电机学的方法。在我们培养具有自主创新能力人才的今天,引导学生找到学习知识的方法要比学到知识本身更有价值。
  二、问题式教学法
  很多教师在备课时往往将更多的注意力集中在对教学内容的娴熟掌握上,却忽视了对课堂教学的生动组织,这就是教师在前面讲得很卖力却不能吸引学生注意力的一个主要的因素。让学生产生兴趣,自然地融入到课堂教学中的一个有效的方法就是适时地采用问题式教学法。比如,在介绍变压器工作原理之前,可以先提出令他们感兴趣的话题:变压器的原、副绕组回路没有任何电气连接,但却能够实现能量的传递,这是什么原因呢?学生带着问题来学习将对磁场在变压器中所起的作用有一个深刻的认识。接下来再提出问题:变压器在直流电源下是否也能完成能量传递的工作呢?带着新的问题学生对变压器利用电磁感应现象来工作的原理便会有更加全面的理解与掌握。再比如,电机中交流绕组的旋转磁场理论是比较重要的基础理论之一,但推导起来比较枯燥,这种情况下,我们就可以事先安排提出问题,为后面的推导做准备。具体做法是:首先将旋转磁场理论的教学内容安排在感应电机这章的第二模块进行,我们在讨论了感应电机的结构后需要分析其工作原理,这时借助多媒体课件的动画效果先让学生看一个现象演示的前半部,即在一个旋转的马蹄形磁铁中放置一个闭合的线圈,此时向学生提出第一个问题:接下来会发生什么现象呢?学生的积极性在动画及问题的刺激下就被调动起来,积极参与问题的回答,待学生回答完后,再完成对动画后半部的演示,即给出答案。接下来提出第二个问题:借鉴演示现象和三相感应电动机的结构特点,说明三相感应电动机定子通电后转子能旋转的原因是什么?这时学生便可推断感应电动机中也必然需要先存在一个旋转磁场,但却无法解释这个磁场是如何产生的,因为感应电机中并没有可以看得见的在旋转的磁极。因此,他们便对旋转磁场的由来产生了浓厚的兴趣,接下来的推导学生便密切配合教师,教师与学生之间产生了热烈的互动。可见,问题式教学法适时合理的采用不仅可以活跃课堂学习氛围,调动学生独立思考和解决问题的积极性,更重要的是对提高电机学教学效果和教学质量起到了积极的作用。
  三、类比式教学法
  “电机学”课程在教学内容的安排上一般是按电机的类型来划分章节的,但教师在教学过程中应避免出现“闭章锁节”的状况。也就是说,在讲一类电机时只一味地谈论该类电机,而不去与其他类电机进行对照,找出它们之间的相似之处与不同之处,这样做的结果是学生对知识的掌握比较“死板”,不能融汇贯通,继而在应用知识的时候就容易出现症结。类比式教学方法的应用将有助于这一问题的解决。比如,我们在推导感应电机电路模型的时候,就可以利用它与已经学过的变压器在电磁关系上非常相似的特点,将已经获得的变压器等值电路拿来作为参考“底板”,同时逐点分析并解决两种电机相异之处对等值电路所带来的影响,对“底板”进行逐步修正从而最终获得感应电机的等值电路模型。通过这种类比式教学法的运用,不仅让学生对变压器和感应电机这两类电机都掌握得更加牢固扎实,同时也让他们学会了解决问题时可以采用“去异存同”的分析方法。再比如,当研究电机的基本特性也就是上文所谈到的教学中的第三个模块时,也可以采用类比法将直流发电机、变压器与三相同步发电机放在一起做比较,因它们角色相同,都是起电源的作用,所以我们关心的也都是同样的问题,即输出电压的大小是否受负载的影响,这种影响所带来的偏差与哪些因素有关?这正是外特性所讨论的内容,因此,对这三种电机基本特性的研究都是主要针对外特性来进行的。同样是外特性,其中直流发电机的曲线是下倾还是上翘以及下倾程度的大小是与励磁方式有关的,而变压器和同步发电机的曲线则取决于所带负荷的性质及功率因数的大小。另一方面,对于直流电动机和感应电动机因都起着带动机械负载旋转的功能,所以我们关心的是其转速与电磁转矩之间的关系,即机械特性,因此对这两种电机基本特性的研究都是围绕机械特性进行的,我们就把它们放在一起作比较。同样是机械特性,直流电动机的曲线取决于励磁方式,感应电动机则取决于电源电压和转子电阻,两种电动机稳定运行的条件都是要求应具有下降的机械特性曲线。这里运用类比法不仅使学生对各类电机所研究的问题有一个清晰明了的认识,同时也让他们对各种电机特性的不同留下了一个深刻的印象。
  四、铺垫式教学法
  “电机学”课程学生学起来吃力的主要因素之一是电机的研究除了涉及电的知识外,还要涉及磁场的知识。磁场相对来讲是更加抽象的,所以要想达到一个理想的教学效果,应该在课程的最开始做好与课程相关磁场知识的复习与补充工作,具体包括磁场的基本概念与基本物理量、铁磁性物质的磁性能、磁场的基本定律等。像磁场强度、磁感应强度、磁导率、磁通及磁感应线等概念是“电机”课程教学中经常提到和用到的,是基础,不应忽视,所以很有必要介绍清楚。铁磁性物质是构成所有电机铁芯的材料,只有弄清楚它的性能才便于分析电机的运行特性和参数特点。电磁感应定律、动生电动势定律、电磁力定律、磁通连续性原理、安培环路定律及磁路的欧姆定律等磁场的基本定律是各类电机工作原理的基础理论,也是分析电机内部磁场分布状况的理论依据,因此对这部分知识的铺垫是必不可少的。实践证明,铺垫式教学法的应用加快了后面教学中学生课堂分析理解的速度,使知识的获得更具有整体性,避免了遇到问题时才回过头去复习补充所带来的知识的凌乱与不连贯。
  五、换位式教学法
  传统教学中,教师作为传授知识的主体一直在整个教学过程中唱着主角,甚至一门课讲下来都是教师的“独角戏”。如何开发学生的潜能、开发学生的创造性思维、培养学生具有擅于应用知识解决问题的能力是值得我们教师思考的。换位式教学法不失为一种改变“满堂灌”教学状态的有效方法。换位是指角色的变更,教师应该不失时机地多提供机会给学生,让他们成为主体参与到教学过程中来。比如,在介绍利用空载和短路试验进行变压器参数测定时,教师完全可以不讲,而把任务提前布置给学生,上课时让学生成为“教师”来分析这两个试验测定变压器参数的理论依据,画出他所设计的试验电路并说明试验方法。学习了变压器的等值电路模型且有先前电路课程知识作为基础,这部分内容学生是完全有能力独立解决的,所以这时的教师应起到的是正确引导、给予评价和总结的作用。鼓励学生多动脑、多思考,并敢于走到众人面前表达自己的见解,不仅锻炼了学生应用知识的能力,同时也使他们有一种成就感,提高了他们的自信心和求知欲。
  改变传统教学模式,不断探索和引进有助于培养学生自主创新能力的教学方法,是提高教学质量,实现应用型人才培养目标的有效举措。以上所谈论的几点教学方法在电机学课程教学中的应用实例只是起到一个抛砖引玉的作用,它们的应用空间还是非常广阔的。
  
  参考文献:
  [1]肖波.《电机及拖动基础》课程教学改革的研究与实践[J].中国电力教育,2007,(11):80-81.
  [2]张建辉,许莹莹.电机学课程教学方法的探索[J].江汉大学学报,2008,(3):55-58.
  (责任编辑:李海静)

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