电机与拖动课程的教学改革探索

方 炜，刘晓东

（安徽工业大学 电气与信息工程学院，安徽 马鞍山243002）

电机原理及拖动作为自动化专业的一门主干专业基础课，在我校有着悠久的教学历史，也有着坚实的教学基础，以及较为完善的实验教学设备。但多年来，教学理论和教学内容基本保持不变，教学方法和教学手段也较为固定。为了适应新时期对创新人才培养提出的新要求，以及新形势下自动化等专业人才培养目标的需要，其教学内容、教学方法和教学手段的改革理应受到重视。［1］本文结合笔者在这门课程教学中的体会，借鉴同行宝贵的教学经验，总结电机原理及拖动课程教学中的问题，尝试优化教学内容，探索教学方法和教学模式，以推进该课程教学的改革。

一、优化教学内容

电机原理及拖动这门课程的主要内容包括动力学基础、直流电机及其电力拖动、变压器、三相异步电动机及其电力拖动、同步电动机、控制电机与特种电机等。在介绍电机的基本工作原理及构成的同时，需要分析电机拖动系统的各种平衡关系，同时还要穿插电、磁、力等方面的基本知识及定律，因此该课程涵盖的内容广，知识点多，重点及难点突出。另一方面，为适应我校关于加强实践教学环节的教学改革和新一轮教学大纲的制定，2013级的“电机原理及拖动”课程的教学学时数由80调整为72（理论学时60，实验学时12）。如何在压缩学时的同时，提高培养质量，这就需要优化教学内容，着重培养学生的工程应用能力和实践能力，加强教学内容的实用性和应用性。［2］

因此，我们首先本着“应用、实用”的原则调整了本课程的培养目标，围绕自动化专业学生的就业方向和就业岗位，将重点放在电机拖动技术的知识点上，强化拖动及应用。自动化专业的学生学习电机原理及拖动的目的是合理地使用电机、应用电机，没有必要对电机原理及具体结构非常清楚，所以对电机原理部分的学时安排可以做适当的压缩，把电机的具体结构的介绍放在实验教学环节中学习，既可以节约一部分课时，又可加强了电机的实践教学。其次，将本课程中理论性强又过于强调的知识点弱化或者摒去。例如，三相异步电动机的磁动势是本课程中的一个难点，三相交流绕组的磁动势是一个旋转空间矢量，计算公式复杂，理论性强，在以往的讲述过程中，往往花费了很多时间，学生还不能理解。其实讲授三相异步电动机的磁动势的目的是要告诉学生三相异步电动机的磁场是一个旋转的磁场，带动电机转子的转动，从而拖动生产机械。因此，可以将这部分的内容弱化，与后面章节中的三相异步电动机的电力拖动合在一起讲授，使得知识结构紧凑，也提高了学生掌握和理解的程度，教学效果及学生反映都较好。诸如此类的教学内容调整，还有将原来单一的纯理论教学课程体系，改变为应用性理论、实践教学、实验训练综合的课程实践教学体系，初步体现了应用型人才培养目标。

二、深化课堂教学改革

课堂教学是教学的主渠道。充分利用好课堂，提高教学质量应考虑以下几方面的因素。

（一）设计好第一堂课

1．激发学生对本课程的兴趣。与大多数课程相同，电机原理及拖动的第一堂课应该向学生介绍电机的发展、现状以及本课程的学习任务。但是，仅仅结合书本上第一章绪论的内容，泛泛地介绍地电机的分类、基本知识，学生并不能够深入的理解学习电机、应用电机的重要性和必要性。如果能够启发学生从日常生活，甚至身边去找各种类型的电机，例如男生剃须刀中的直流电动机，女生所用的吹风机中的交流电动机，还有电动自行车中的无刷直流电动机等，由此可以大大激发学生学习本课程的兴趣，同时也让学生体会到学习电机的重要性。

2．了解学生掌握基础知识的水平。电机原理及拖动涉及到的基础知识有高等数学、电路知识。通过简单的几个提问让学生回忆所学过的电磁基本定律、基本物理量及向量等知识，可以初步了解学生对这些知识的掌握情况，摸清班级的学习状况，以便在后面的教学中，更好地衔接学生的知识结构，也避免了基础较差的学生跟不上课程学习的现象。

（二）充分利用现代化教学手段

多媒体教学的普及给我们提供了丰富的教案资源。如果仅对照课件上的内容进行讲授，教学方法仍显单一、枯燥，如果在课程讲述的过程中，穿插多种多媒体教学方法，将知识点和这些多媒体教学方式揉合在一起，加深学生对关键知识的理解，往往能起到事半功倍的效果。

1．动画演示。将电机的基本知识通过简易动画的形式演示出来，一方面学生能够很快领悟所学的内容，另一方面也会加深他们对这些知识点的印象。例如，直流电机的换向比较难以理解，一直以来是教学中的难点。笔者通过一个3D的动画案例，演示了直流电机磁场的建立、电枢电流的流动、以及换向的工作条件和过程，非常直观地向学生介绍了这个知识点，而且将原来一个小时的教学内容压缩在30分钟左右。同理，三相异步电动机的旋转磁场是本课程中的一个重点，其旋转速度和旋转方向与三相定子电流有着直接的关系，但从理论分析、数学公式的角度去解释，学生不太感兴趣，也难以理解。但如果通过一个gif的动画案例，介绍三相异步电动机的各部件结构，外部电源合闸、起动旋转的整个过程，可以给学生直观的视觉效果，在激发他们学习兴趣的同时也加深对知识点的理解和记忆，学习效果很好。

2．综合利用优秀的视频教学内容。电机原理及拖动这门课程有着很强的工程应用背景，但学生缺乏的就是工程概念。仅仅从课本和课件上的图片，学生是无法对本课程的研究对象有个直观的认识，很多学生还没见过电机和变压器。通过优秀的视频教学，能够避免学习的盲目性。例如，工程上为了减少和降低三相异步电动机的涡流损耗和磁滞损耗，转子通常采用0．5mm的硅钢片叠加冲压而成，转子绕组的放置也非常讲究。由于条件所限，无法让学生看到真实的电机转子结构。于是，在课程讲授过程中，笔者穿插了西安交通大学拍摄的一个视频教学内容，从硅钢片的冲压、对孔、叠压、铸铝、绝缘处理，直至转子交流绕组的绕制、叠放等，将枯燥无味的理论教学，简单的教学图片，转变为生动的生产现场讲解，让学生对电机的工程背景有了初步的印象。

（三）注重教学内容的衔接

1．基础知识的衔接。电机原理及拖动需要用到电路知识中的基本电磁定律、力学知识中的基本转矩方程式。这些知识不在本课程的授课内容当中，但在教学过程中发现，学生对这些基本知识的掌握水平各不相同，因此在讲授关键知识点前，有必要对这些基础知识加以复习、引用，这样才能更好地学习本课程。

2．前后章节的衔接。本课程是一门重要的专业基础课程，课时也相对较长，学生往往在学习后面的知识点时已经忘记了前面所学的内容。例如，按照“直流电机－直流电机的电力拖动－变压器－交流电机－交流电机的电力拖动－同步电动机”这样的一个教学主线，学生学习到交流电机时，他们对直流电机的概念已经略有模糊，但交流电机和直流电机有着一定的共同点，但又有区别，因此在介绍交流电机的时候，需要简要复习前面直流电机的一些知识点，提高学生掌握电机知识的连贯性和顺畅性。

3．关键知识点的对比衔接。对于初学者来说，电机原理及拖动虽然很难学，但如果掌握一定的学习方法，把各种不同的电机联系在一起，进行比较、对比，可以使重点、难点变得简明易懂，激发学生学习的主动性和积极性。直流电机和交流电机的电力拖动中都有关于电机制动的介绍，例如反接制动、回馈制动等。但两种不同类型电机制动的原理截然不同，如果在课堂教学的过程中，提醒学生注意对比这两个关键知识点，理解其中的不同之处，可以大大提高学生综合应用电机的能力。

（四）加强理论联系实践

理论联系实践不能仅仅依靠实验教学，受到实验硬件平台缺乏、实验设备陈旧等因素的制约，学生的实践教学跟不上课程的发展。但在平时的理论教学中穿插一些实践教学内容，或者启发学生将所学的理论知识联系实际，可以一定程度上弥补学生实践能力不足的现状，并初步培养他们的工程思维能力。在变压器的理论授课中，结合自己的科研项目，将一个自己研制的小型变压器带到了课堂现场，向学生展示了变压器的ETD34磁芯、骨架、以及用于一次绕组、二次绕组的漆包线。让每个学生都近距离接触到硬件实物，了解变压器的实际构造，并尝试去制作一个变压器。另外，在关于三相异步电动机变频调速的原理和应用这一知识点的讲述过程中，虽然无法让学生直接接触变频调速装置，但通过启发学生对变频空调的思考，让学生理解了变频调速的优点、特点，对变频调速在实际系统中的应用也有了一定的认识，并将交流电机的起动、调速、制动等理论知识和实际联系在一起。

通过对电机原理及拖动教学中所遇到的问题进行认真分析和探索研究，改革教学内容和教学模式，不仅在学时减少的条件下，提高了教学质量，而且使得课程的知识点紧密连接，教学效果显著提高。

［1］ 谭健敏，等．“电机及拖动”课程教学体系建设［J］．电气电子教学学报，2012（32）：68－69．

［2］ 漆海霞，等．“电机与拖动”实践教学研究与改革［J］．中国电力教育，2012（12）：105－106．