“电机及拖动”课程教学体系建设

谭健敏,樊 云,方 红

(成都学院电子信息工程学院,四川成都 6100106）

“电机及拖动”课程教学体系建设

谭健敏,樊 云,方 红

(成都学院电子信息工程学院,四川成都 6100106）

本文从理论教学与实践教学、实验室建设三个方面论述了工程应用型高校自动化专业“电机及拖动”课程的教学体系。将课程实践教学从课程实验拓展到电工实习,以课程基本要求贯穿从理论教学、课程实验到操作实训的教学,并以适应技术发展的方式建设实验室,从而形成一个完整和统一的“电机及拖动”课程的教学体系。

电机与拖动;课程教学体系;实践教学;实验室建设

教学体系是一个抽象的概念,体系的建设是一个长期的和系统性的过程。专业教学体系是由各门主干课程构成的,一门课程在整个专业教学中只是一部分,是其有机组成的基本单元和专业教学体系的体现。

对一门课程来讲课程教学体系是由三部分构成,确定课程教学方向和内容的软件部分、硬件部分和实施教学的双方。软件部分主要是教学大纲、教材及参考资料等;硬件部分包括相应的实验设备和操作训练设备;实施教学的双方是教师的教与学生的学,而这是其中最重要的部分。

1 电机原理及拖动基础教学现状分析

1.1 电机与拖动课程的性质

电机及拖动是自动化专业和电气工程及其自动化专业的主要专业基础课,同时又具有专业课的性质。电机及拖动课程的理论性强而且电磁理论比较抽象,知识面比较广泛,牵涉到电、磁、力、热等综合知识;教学内容从电机的基本原理到构成电力拖动系统,课程内容与工程实际紧密相联。

1.2 电机与拖动课程教学的现状

由于教学改革的原因专业课程的门类和学时都被大幅度减少;但随着技术的进步和发展,特别是大功率开关器件的大量应用,脉动直流和非正弦交流作为电机的主要供电方式,使得课程的内容和深度不得不增加;又由于种种原因导致学生的基础有所下降,而基础课程的学时也有较大幅度的减少;以上这些都给电机及拖动课程的教学提出了相当艰难的问题。

2 课程教学体系的总体原则

2.1 课程教学体系原则

课程教学体系建设的原则,首先是课程教学的内容完整性,具体与抽象、一般和特殊结合,其次是理论基础与实践教学内容和方法的统一。

内容的完整性包括本课程内容在学时受限的情况下内容的一致和完整,从前面课程未修且所需内容的补充和为后续课程所需的增减;理论基础与实践教学内容和方法的统一是将课程实验和电工实训内容统一进行界定,实践教学是理论基础知识的深入,实际操作与训练也是理论与实践相结合的教学过程。

课程教学体系是通过课程教学大纲和实验教学大纲体现的,具体表现在讲义、教材和习题集、实验指导书和实验设备,以及教师和学生的教学实施过程。

2.2 课程教学内容和教学方法

电机与拖动的总学时为72学时,主要的内容和顺序为绪论(磁路,机电能量转换)、直流电机及拖动、变压器、交流电机及拖动、控制电机、电机的选择及机电系统。从机电能量转换出发介绍电机的共性,通过对各种具体电机形式的物理概念及特性分析,最后再一次总结为统一的机电系统,从能量的观点建立统一的概念,从面到点又从点回到面。

教学方法采用传统板书推导与多媒体相结合的方法授课,对基本原理及分析方法精讲,加上课堂讨论、习题分析等多种教学方式。在课堂上放映一些介绍电机生产和电机结构的视频,多媒体主要是用在对比较抽象、较难理解内容的分析过程,通过动画、图表等方式加深学生的理解,是一种辅助的教学手段。

课堂上理论授课的内容减少以解决学时的减少,减少的内容以另一种方式在实践教学环节中补正。

2.3 课程教学体系中理论教学与实践教学的统一

理论教学与实践教学的统一是内容和方法上的统一,即是加强实践教学环节以及和理论教学在内容和层次上的联接。理论教学主要是指课堂教学,实践教学是理论教学的延伸和补充,所以其内容是由课程的要求所决定的,同时其具体内容要受实践教学的硬件条件的限制。故实验教学大纲、实习大纲、实验教材和指导书的编写或者选择又必须结合本校实践教学的硬件条件。实验设备的更新就应该符合学科的建设和课程的建设。实践教学的具体形式是教学特色和创新的体现。

3 课程教学体系的实践教学

实践教学环节是高等工科教学中一个非常重要的过程。是培养学生的创新能力、实践能力和创业能力的主要途径。将课程实验和电工实训内容统一进行界定也是理论基础教学与实践教学内容和方法的统一。

课程实践教学分为课程实验和操作实训两部分,课程实验为8学时,操作实训有2周的时间。至少将一周的内容确定是在电机与拖动课程之后所进行的由学生独立操作训练,作为课程教学的在课程实验之后的实践延伸。

3.1 课程实验

课程实验以验证性实验为主,主要是从实验中对电机基本工作原理和特性的进一步学习和加深理解。在单个电机的实验之后安排直流电机与直流电机或直流电机与交流电机的构成机组进行互拖,综合进行电机的实验分析。

实验的内容和方法必须要与实践教学的硬件条件一致,要么按实验设备制定指导书,要么按实验的内容和方法配置实验设备。

3.2 实习实训

实际操作与训练也是理论与实践相结合的教学过程。让学生从电机的拆装中学习其结构、从绕线和嵌线中学习绕组,从计算变压器的匝数和线径并绕制绕组和安装学习变压器等等,将理论授课所减少的关于结构、绕组等内容在实习实训中以实际操作的方式进行学习,即是实习实训不只是训练操作能力,而要与基础理论结合起来,这样更便于学生理解和接受,其效果比在课堂上讲授好得多。

4 实验室建设

按课程教学的要求和内容进行实验室建设和配置实验设备是教学特色体现。实验设备的功能就是要让学生在实验过程中验证、理解和体悟电机的基本原理和电、磁、机之间的耦合过程。实验室的建设不只是能否完成课程实验项目和内容,而且要从开放、发展和创新的角度去思考。因为新技术在教学上的反映要慢一些,同时实验室建设从立项、定方案、申请费用到批复和采购都需要一个比较长的时间。

(1)日前大多数教学仪器厂商的实验设备都从小型化、数字化和网络化甚至智能化方向发展,一些功能甚至被黑箱化,实验内容和项目被模块化,学生在做实验时只是一个数据记录工具。基本原理类实验设备应是开放的和柔性的,各种电机作为被测试的对象,实验设备中的其它部分就是为电机的各种测试配套的。

开放的和柔性的实验装置是进行综合性、创新性的实验的先决条件。

(2)开放式电机及拖动实验装置

开放式的实验装置是要提供一个不仅可以完成课程实验、而且可以进行实验方法设计的平台,不能将实验内容和项目固化在设备上。

实验装置应当有一定的功率,被试电机及机组具有一定的代表性和实用性。实验装置单独提供交直流电机所需的各种功率电源,特别地如可调直流电源(脉动直流)、电压频率独立调节的变频电源。在测量方面应当配套在)能频率独立调节的变频电流案设计和单独的测量仪表,仪表最好采用直观和简明的指针式仪表,同时指针式仪表本身也是一个电磁机构,其基本工作原理也是电磁感应和电磁作用力,可以在实验时讲解其工作原理和相应的测量线路。

5 结论

按照以上所论及的“电机及拖动”课程体系原则修订课程教学大纲、实验教学大纲、实习大纲,并采用提出详细功能要求的方式定制了开放式电机及拖动实验装置用于教学。目前适应于工程应用型电气工程专业的电机及拖动的教材较少,与开放式电机及拖动实验装置所对应的实验教材和实验指导书正在编写中。

单独一门课程的教学不只是局限于课程自身的内容,涉及到许多方面。我们从电机及拖动课程作手,协调实践教学与基础理论之间的内容及层次关系,强调教师与学生之间的互动教学是其主要内容,建设课程教学体系的出发,进一步探索电气工程及自动化专业应用型人才培养方案。

[1] 刘锦波,张承慧.电机与拖动.北京:清华大学出版社,2006

[2] A.E.fitzgerald,Charles Kingsley,Jr.,Stephen D.Umans.E-lectricM achinery(Sixth Edition).北京:清华大学出版社,2003

[3] 杨耕,王雄,窦曰轩.对自动化专业“电力拖动”“运动控制”类课程改革的一些探讨.中国自动化教育学术年会论文集,2003

[4] 徐德淦.主编.电机学.北京:机械工业出版社,2004

谭健敏(1963-),男,讲师,从事电力电子及电气传动控制方面的教学和应用研究,E-mail:tanjmin@cdu.edu.cn