信息时代下提高“电机与拖动”教学质量的多渠道探讨与研究

  信息时代下提高“电机与拖动”教学质量的多渠道探讨与研究

Discussion and Research on the Multiple Channels to Improve the Teaching Quality of "Motor and Drag" in the Information Age

郗忠梅   赵法起  

[摘 要]“电机与拖动”是电气工程及其自动化、自动化和供用电技术等专业的一门专业基础课,涉及的理论和知识面广,是电磁、动力和热力学等学科知识的综合。在整个专业课程体系中,该课程具有承上启下的作用,教师教学效果的好坏,将对后续专业课程的学习产生重大影响。在当前信息时代,计算机和手机的普遍使用,通过课堂、课下、实验和协同育人等多方渠道,对“电机与拖动”教学质量进行了改革与研究。

[关键词]  电机,课堂教学,教学措施

[作者简介] 郗忠梅(1971-),女,博士,山东农业大学副教授。研究方向:电气工程及新能源发电方向研究。通讯作者:赵法起(1965-)男,山东农业大学副教授。研究方向:电气工程及新能源发电方向研究。

基金项目:山东农业大学2017年度教育教学研究课题:电机与拖动课堂教学的探索与思考(X2017025)


“电机与拖动”是电气工程及其自动化、自动化和供用电技术等专业的一门专业基础课。该课程内容抽象、概念多、公式多,涉及电磁、动力和热力学等学科,与工程实际联系密切,是电气专业公认的难教难学课程。但电机的实用性与普遍性很强,课程的理论知识是后续专业课电力系统分析、继电保护和自动控制理论等的基础,因此电机与拖动教学效果的好坏至关重要。根据“电机与拖动”课程教与学反映出的困惑,利用信息化工具多渠道的探讨提高该课程教学的教学质量和教学效果的措施,是一个非常必要的课题。

一、提高“电机与拖动”课堂教学的主要措施

以往传统的课堂教学,大多是教师唱主角,在课堂上讲得神采飞扬、全神贯注和滔滔不绝,但不能充分调动学生的积极性和主动性,大部分学生却昏昏欲睡,达不到预期的教学效果。因此,为了提高教学质量,有效地促进大学生创新人才的培养,笔者在“电机与拖动”课程的教学中,通过多渠道积极探索改革和研究多种教学方法和措施。

(一)合理取舍某些课程内容

目前我校电机与拖动课程在电气专业课程设置总学时为72,实验课时为10,理论课堂教学学时为62。在62课堂教学学时内,要求讲授完异步电动机、同步发电机、直流电机和变压器等四大电机内容,一般达不到预期的教学目标。根据教学大纲要求,由于实际应用中电枢绕组部分并不多,所以在讲述直流电机和交流电机的电枢绕组部分时,仅仅简单介绍其基本的概念,再看看录像即可。直流电机目前由于电力电子的技术发展,实际应用中也不多,所以直流电机部分也尽量少讲,留出多余的课时讲同步发电机部分,经过这样合理的取舍后就能够把电机的重点部分讲授清楚,从而达到较好的课堂教学效果。

(二)激励学生学习该课程的兴趣 

俗话说兴趣是最好的老师。学生只有对所学电机与拖动课程感兴趣,才能积极主动的探索问题、发现问题、分析问题和解决问题,课堂教学才能取得良好效果。因此在电机与拖动课堂教学中,必须学会创设愉悦的问题情境教学使学生全身心参与其中,产生自主学习的动力,激励学生学好该课程。具体策略主要有:

1、教师上课要经常讲富有情趣、形象生动的例子,调动学生学习电机的积极性和主动性。在电机教学过程中引入一些新颖有趣的例子,如在绪论中多媒体课件中插入牛拉车和磁悬浮列车相对比的例子,这也是学生日常生活相联系的事例,学生就能感觉到学习电机的趣味性,同时为振奋学生的精神和情绪,还要介绍电机的最新研究动态等,进一步激发学习兴趣。

2、明确学习内容的重要性。只有让学生知道电机学什么和为什么学至关重要,才能调动学生学习的兴趣和动机。因此,要介绍所学电机知识的价值及其实用性和重要性,从而激发其学习动机。

3、采用启发式教学模式,积极主动创设问题情境,激励学生积极主动思考。如学习交流电机时,前面变压器也有主磁通,可以提问学生两者主磁通的异同?教师创设的问题情境,能使老师和学生之间互动,学生积极思考,与已有知识之间联系起来,激发学生的好奇心和学习兴趣。

(三)多媒体教学中注意教学语言艺术,采用适当的教学方法

多媒体课件教学中,可以在PPT中插入相关动画、视频和图片,使相对抽象内容更加直观化,使学生比较容易理解和掌握。上新课之前,可以先把上节课讲授的内容作简单的回顾,通过提问学生,看看上次课讲课内容掌握的怎么样,同时让学生能够把心思放到学习中,导入新课后可以根据所学知识,采用启发式教学方法,随着学生的思考而不断展开课程内容。当每次课结束时,教师要总结本次课所讲重点和难点内容,布置课后作业,以便学生及时复习并巩固课堂知识,达到融会贯通的目的。

在课堂教学中,语言不仅要有科学性和启发性,更要有语言艺术。教学语言注重生动形象的同时,要兼顾趣味性和幽默风趣性,教师讲课不仅要有激情,而且情绪要激昂、兴奋,语调要富有节奏、声音要抑扬顿挫,才能激发学生的学习热情。作为教师要经常观察学生听课的表情,力争和学生多互动,最大限度的调动学习的积极性,形成良好的和谐课堂气氛,争取达到较好的课堂教学效果。除了时刻注意课堂语言艺术外,教师还要在日常教学中不断探索和改革课堂教学的多种教学措施。

1、实物、动画和录像等相结合法

“电机与拖动”课程电机种类多,物理量、概念和公式多,并且有些内容特别抽象,难以理解和掌握。为了让学生更好的理解和掌握电机结构和工作原理,多媒体课件中插入了大量的动画或实物照片、电机结构和原理视频,实验室里还制作了电机模型。如学习三相异步电动机时,首先让学生到实验室观察异步电动机的整体结构并亲自动手拆卸和装配,由于电枢绕组嵌在定子铁芯里和铁芯是一个整体,看不出如何连接,看完实物再看录像中绕线和嵌线过程,就能理解绕组的电气连接原理。采用录像、实物和实践等相结合的教学方法就能使学生较好的掌握异步电动机的基本结构,为学生学习异步电动机的电磁关系、方程式和等值电路打下良好基础。其他直流电机、变压器和同步发电机也都是通过看录像、实物和动画相结合法掌握它们的基本结构和工作原理。关于交流电机电枢绕组的旋转磁动势行波的物理性质抽象、难于理解,采用矢量空间合成法、FLASH动画和人机交互演示相结合法后,学生就能较好的理解旋转磁场的概念,取得良好的效果。

2、使用对比教学法

“电机与拖动”课程中,电机既有共性,又有特性,对这些内容就可以使用对比教学法,教师需要进行分析、对比、归纳和总结。例如异步电动机与变压器的分析有很多相同和不同之处,异步电动机的定子从电源吸收电功率,相当于变压器的一次侧,转子向负载输出功率,相当于变压器的二次侧,所以异步电动机和变压器的分析内容:空载运行、负载运行、电磁关系、物理量正方向的规定、电势平衡方程式、等效电路和相量图等有很多类似之处。如学习异步电动机空载运行前,可以先让学生回顾变压器空载运行下,其一次侧和二次侧的耦合关系、电压方程式和等效电路以及励磁电流的性质,而学完异步电动机空载运行后,再与变压器空载运行相比较,找出静止电机和异步电机之间的共性和特性;两种电机的特性在于,变压器的感应电势为,而异步电动机的感应电势为,两者之间差了一个绕组系数,但是公式的形式相似,异步电机可以把绕组系数和匝数看成一个整体,和变压器的理解又统一了。再如各种电机的铁损耗都包括磁滞损耗和涡流损耗,并且电机的效率概念一样,曲线性质也类似,还有直流电动机和三相异步电动机的电力拖动,虽然机械特性曲线方程不一样,但机械特性都分布在四个象限,电动位于Ⅰ、Ⅲ象限运行,制动都在Ⅱ、Ⅳ象限运行,也是有共性和特性所在。在“电机与拖动”课程中,这样的例子很多,学习中要不断分析、总结和归纳电机的共性和特性,采用对比教学法后,有比较就有分析,通过分析可以提高学生的认知能力,能充分调动学生学习的积极性和主动性,激发兴趣和动机,提高认识问题、分析问题、理解问题和解决问题的能力。

二、利用学生课下的时间,提高“电机与拖动”的教学效果

现阶段,大部分高等院校都启动和建设了精品课程和慕课,部分还将相关教学大纲、多媒体课件、习题、试卷和课堂录像等资料上传。教师在授课过程中可以参考这些资源,学习其他学校老师怎么处理重点和难点,并应用到课堂教学中,同时制作适合本校学生的网络资源,建立网上在线咨询、在线答疑以及人机交互方式,使教学效果得到提升。学生课下时间还可以利用手机和电脑搜索相关的网络资源,深入学习电机的重点和难点,有助于培养和调动学生学习电机的兴趣和爱好,使教与学的矛盾有了缓解,同时提高了学生独立分析问题和解决问题的能力。

三、从实验教学的渠道入手,提升教学效果

“电机与拖动”是一门实践性很强的课程,培养学生的动手能力至关重要。实验教学作为实践性教学环节,不仅可以加深学生对电机基本知识的理解,还可以培养动手能力、训练操作技能、激发学生学习电机兴趣,因此必须进行精心设计电机的实验教学。

(一)首先应当增加实验教学环节的课时量。我校从2018年开始,实验学时由10学时改为18学时,这样学生投入实验的时间和精力增多,同时提高实验课考核成绩占比,从原先的10%提高到20%,使学生认识到实验课的重要性。

(二)精心设计实验教学环节。

为改善实验课的教学效果,首先从实验内容上将实验分为理论验证性实验、综合分析性实验和创新研究性实验,其中理论验证性实验主要包括直流电动机的启动和调速、变压器的实验、三相异步电动机的启动和调速等,通过这些理论验证性实验能提高学生理论联系实际的能力,并加深对课本知识的理解,同时锻炼学生的动手操作能力;综合分析性实验可以通过将直流电动机的启动和调速实验中的电路做一些是适当的改进,把调速控制方法采用脉宽调制,通过产生矩形波,改变输出电压占空比,改变直流电动机的电枢电压,达到调速目的,这样变成一个综合性实验,通过此实验提高了学生综合应用知识、解决实际问题的能力;创新研究性实验利用MATLAB对电机控制综合仿真,旨在培养学生的创新能力,要求学生通过查阅资料,自己拟定实验方案并组织实施。其次在实验的实施上应以学生为主体,教师只进行必要的监督和答疑,强化培养学生自身的实践能力。

四、从与企业协同教育渠道入手,提高学生实践和创新能力

   为了能够给学生提供感性认识电机, 让学生到变压器厂和电机厂等企业去实习,和企业联合育人,首先观摩电机绕组的绕制、铁芯的生产、变压器和电机的组装, 然后请企业的设计人员讲解电机的整个生产过程,并且参与其中,通过在企业实习和锻炼这种教学方法,既能提高学生的实践和创新能力,又能较好的拓展了教师的工程教育视野,提升了教师的工程教育能力。

五、结束语

“电机与拖动”课堂教学实践中运用以上几种渠道,不仅能充分调动学生学习的主动性和积极性,还能活跃课堂气氛,提高教学效果和教学质量。但是,提高课堂教学质量的研究永无止境,是一个不断探索、丰富的过程,需要教师根据学生和教学条件的实际情况进行实时调整,不断改革和创新,多渠道挖掘与利用校内外创新与实践教育资源,多类型灵活组织教学,总结出提升课堂教学效果和教学质量的具体措施,激发学生学习电机的热情。

 

参考文献:

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