关于“电机学”课程教学的改革与实践

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关于“电机学”课程教学的改革与实践


  论文摘要:“电机学”课程是一门理论性与实践性都很强的电气工程专业基础课。文章结合多年来的教学实践、教学改革以及课程系统建设所取得的初步成果,从课程特点、专业特点、教学实践、教材建设、教学改革、课程辐射、科研拉动等方面入手,总结了电机学课程教学改革的方法和实践经验,上述方法在多年的教学实践中取得了良好效果并获得了学生好评。

  论文关键词:电机学;教学改革;课程建设;教学实践
   
  “电机学”课程是电气工程专业的一门专业基础课。课程主要内容包括:变压器,交流电机绕组理论,异步电机和同步电机以及直流电机,共五篇。课程的特点是理论性强、概念多,与工程实际联系密切。学生通过本课程的学习,将获得电机的基本理论知识、基本分析方法和基本实验技能,为进一步学习专业课和从事相关专业工作打下坚实基础。

  一、中国农业大学(以下简称“我校”)电气工程专业学习特点

  在基于我校信息与电气工程学院国家级重点学科“农业电气化与自动化”的基础上,着眼于地方电网,从控制与运行的角度进行讲授。本专业培养能够从事与电气工程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、实验分析、研制开发、经济管理、工程设计与施工以及电子与计算机应用等领域工作的宽口径复合型高级工程技术人才。课程设置偏重于电力系统及其自动化,主要学习电力系统的运行分析、系统规划、自动化技术应用等方面的知识。知识结构上体现了强电与弱电相结合,电工技术与电子技术相结合,软件与硬件相结合,工程与科技开发相结合的特点。
  “电机学”课程在我校本科专业电气工程的培养计划中,是必修课程,目前按64学时课堂讲授,另有32学时的关联课程“电机学实验”,课程在大三上学期开设,属在前期修学普通物理、高等数学、电路原理等的基础上,为后续专业课作承上启下的专业基础课。

  二、课程特点

  本课程基于在电力系统中运行的各种电机进行分析与研究,因此电机的“功率”特征十分明显;着重于稳态分析,与先期课程衔接紧密,如普通物理、电路原理等;因普遍涉及铁磁材料,故非线性(饱和)问题是必须面对的;一方面,课程在遵循经典电工与电磁理论的基础上,推导严密,教学严谨,逻辑性强,另一方面,许多结论是在合理的忽略次要因素后得出的,因此工程意义上的允许偏差与数学意义上的精确,在学生课程学习中面临冲突;实验中,学生开始接触更加真实的电机控制、运行与测量,结合实际紧密,是锻炼综合动手能力的很好机会。特别是在电力系统中运行的各种电机,彼此既相对独立又相互关联,这些在增加了学生课程学习难度的同时,也打开了一扇帮助学生了解电机、电器以及电力系统知识的窗户。较好的课程教学成果,不仅能够扩大学生的知识面,而且还能培养学生掌握基础理论知识的能力、系统的分析方法以及综合运用所学知识解决具体问题的能力。另外,课程的实践性教学环节对理论联系实际、培养学生的动手能力、分析解决工程中的实际问题和科学研究能力的培养尤为重要,是课程教学不可缺少的重要组成部分。

  三、教学实践

  多年来的本科“电机学”课程教学实践,基本形成了较为完整的教学思路与做法,主要体现出如下几点:
  (1)课程内容讲授中,体现了加强基础,重点突出,注重启发,强调实践,综合评价。加强基础就是力求使学生掌握本课程要求的基本理论和分析方法,以及发展前沿、技术焦点等问题;重点突出是指课程中的最重要的一些概念与结论,必须讲好、讲透,比如“T”型等效电路、磁势平衡、电枢反应等;注重启发包括课堂讲授中的启发互动做法,以及实验、讨论中的语言与角色把握;强调实践是指注重实验教学与课程讲授之间互动以及相辅相成的有机联系;综合评价是全面评价学生课程学习的整体表现,多年来,一直坚持平时成绩与期末考试成绩按比例计入总评成绩。
  (2)课程内容组织上,注意结合本专业需求,在“基础与精髓不漏”的前提下,对一些涉及设计、制造及在少学时情况下较难理解的内容,如交、直流电机绕组、时-空向量分析等,进行删减,适当精简或简化电机电磁理论的阐述及推导,注重结论的理解与应用。在每一篇的最后,讲授一些典型应用,比如变压器之后,介绍互感器;异步电机之后,介绍单相异步电动机以及变频驱动;同步电机之后,介绍永磁同步风力发电机;直流电机之后,介绍无刷直流电动机等。这样,既巩固了学生对本篇主要结论的印象,又避免了“通篇学完电机学,只知四种电机”的尴尬局面。
  (3)注重语言表达和多媒体的合理应用。课堂上,介绍概念需要表达准确,推导过程需要严谨,但好的课堂讲授效果,与表达方式有很大关系,这里不仅有语言表达和口齿的问题,更有良好的语言运用、知识积累和直观形象展示的问题。如,介绍到变压器励磁电流性质时,会涉及到在铁芯磁路饱和时,正弦分布的基波励磁电流,会产生平顶形态的磁通波形,反之,欲获得正弦分布的磁通波形,则需配合适当非正弦分布的励磁电流供给。这样的内容,学生第一次接触,难理解,不易记忆,用一句成语,“鱼翅与熊掌不可兼得”去概括,收效很好;在讲授交流电机三相合成旋转磁势时,自制的Flash动画,直观、形象地演示出了驻波、行波以及合成等曲线图形,有助于学生理解和记忆。再比如,在用电磁转矩物理公式,解释异步电动机起动电流大的现象时,需说明主磁通大幅减小,且转子回路功率因数很低,从而造成转子电流幅值很大的局面,用一句成语,“屋漏偏逢连阴雨”去描述,就很形象。在多媒体课件设计上,着重两个思路:循序渐进层层深入的思维过程的启发式引导,形象直观的物理过程可视化展示。显然在课件中,大量的文字堆砌,无助于脱稿讲授,大量公式的粘贴,替代不了连贯的现场推导与演绎。多年的教学过程证明,良好的授课表达方式可有效地提高教学效果和学生的学习兴趣。