“电工学”课程研究型教学模式的探索与实践

吴鹏?尹力?冷欣

摘要：传统型、探究型和研究型教学模式是目前最具代表性的几种教学模式。在“电工学”教学中应转变传统的教学理念，把计算机仿真技术引进“电工学”课程，为传统型教学到研究型教学模式的运用提供广阔的仿真空间。长达4年的教学实践证明，利用计算机仿真技术是实现“电工学”由传统型教学到研究型教学的良好手段。

关键词：电工学；传统型教学；探究型教学；研究型教学；计算机仿真

作者简介：吴鹏（1980-），男，吉林延吉人，东北林业大学机电工程学院，副教授；尹力（1961-），男，黑龙江依兰人，东北林业大学机电工程学院，讲师。（黑龙江 哈尔滨 150040）

基金项目：本文系省教育科学“十二五”规划省青年专项课题（课题编号：GBD1212007）、2011年度东北林业大学“电工学”重点课程建设项目（项目编号：A0019）的研究成果。

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）09-0049-02

“电工学”作为高校非电类专业的一门专业基础课，教学内容几乎涉及电工与电子学各个领域，在高等教育本科教学中占有很重要的地位。[1]近几年来，我国高等教育的改革与发展取得重大进展，社会各方面都对高等教育人才培养的质量提出了新的高层次要求。为了使学生在校期间能够接触和了解先进、前沿的科学技术，同时使他们在毕业后能够尽快适应经济建设和社会发展的需求，必须不断对传统的教学模式进行改革。

传统型教学模式主要以教师为中心，学生只是被动的参与者。这种教学模式在方法上是灌输和强制的，是一种学生被动参与式的教学模式。[2]

探究型与研究型教学模式是近年来最具代表的两种教学模式。探究型教学模式指教师指导学生对当前所学内容以“自主、探究、合作”的方式进行深入学习的一种教学模式。[3，4]

研究型教学是对探究型教学的深化与拓展，[5]是以培养学生能力为主要的内容，将学习、研究、实践有机结合，培养学生在研讨中学习知识，培养能力和创新思维，达到培养高层次、复合型、多样化的高素质创新型人才为目标的一种教学模式。

笔者结合近四年的教学改革实践，针对“电工学”课程的特点，[6]把计算机仿真技术引进“电工学”课程，为研究型教学模式的运用提供广阔的仿真空间。通过教学实践证明，利用计算机仿真技术是实现“电工学”由传统型教学到研究型教学的良好手段。

一、传统型教学、探究型教学和研究型教学简单总结

传统型教学模式突出教师在教学中心的地位。在这种教学模式下，教师既是教学活动的中心，同时又是教学活动的主导者，教师对学生的教学是灌输和强制的，学生被动地参与教师教学。而且教师与学生之间的交流非常少，学生大多机械地记忆教师课堂上所讲内容，甚至机械地背下教师所留的题目。

传统教学模式的特征是单一地考试，学生背的多，得分就高，学生没有时间也没有心思在学习的过程中进行创新。这种教学模式把分数作为衡量学生成绩的标准，忽略了其他方面的培养。

探究型教学模式因为采用“自主、探究、合作”的学习方式，因此教师在教学过程中要强调学生在自主学习和探究的基础上进行小组交流合作。教师所起的作用是引导，而学生应该努力发挥学习的积极性。

在研究型教学模式中，学生是学习的主体，而教师只是教学过程中的引导者，[7]它能够引导学生在学习过程中运用科学的研究方法去求取知识、理解知识。因此这种教学模式由传统的灌输式教学转向学生自主式学习，学生在整个教学过程中都会积极参与和探索交流。

例如，在讲解一些基本元件或较为复杂的器件时，教师视情况可以作现场拆装，向学生展示其内部结构，让学生了解其性能、使用环境、主要参数、注意事项以比较与其他同类产品的异同。对于书本上一些难以理解的电路，教师可以利用计算机仿真技术对其进行仿真演示。例如，教师可以在课堂讲解一部分计算机仿真技术基础知识，接着指导学生在课内上机进行模拟仿真。通过仿真结果显示，学生会形象地“看”到所建立模型的运行过程，帮助学生更好地明白其工作原理及工作过程。

二、计算机仿真技术辅助教学是实现研究型教学的良好手段

在“电工学”教学过程中，如果笔者借助先进的计算机仿真技术构建虚拟实验平台，紧密结合多媒体课件教学，不仅可以有效调动学生自主学习的积极性，激发学生求知欲和创新性，而且可以弥补学校实验条件不足；同时也不受学时限制，从而更能进一步确立学生在教学过程中的主体地位。通过自己动手设计电路、进行仿真實验并分析其结果后，学生能够有所收获，有所提高，与被动接受相比，这种热情是自发的、内在的，具有长久和深刻的效果。

下面通过实例探讨Matlab/Simulink仿真方法在“电工学”电动机部分的应用。

本文首先给出电动机的数学模型，然后应用Matlab中的Simulink建立三相异步电动机的仿真模型，为以后研究三相异步电动机的工作特性、机械特性、起动与调速方法的研究奠定基础。

1.三相异步电动机的数学模型

异步电动机[8]的电磁功率和电磁转矩分别为

式中为电动机的同步角速度。

由近似等效电路可得

式中。

将式（1），（3）代入式（2）可得异步电动机的电磁转矩为

式中p为电动机的磁极对数；L1为定子漏电感；L2为折算到定子侧的转子漏电感。

其中r1为定子电阻；x1为定子漏电抗；rm为励磁电阻，模拟铁芯损耗；xm为励磁电抗，对应于气隙主磁通的电抗；r2为折算到定子侧的转子电阻；x2为折算到定子侧的转子漏电抗；s为转差率；为电子电流相量；为电子电压相量；为折算到定子侧的转子电流相量；为励磁电流相量。

2.基于Matlab/Simulink的三相异步电动机的仿真模型

由三相异步电动机的机械特性方程可得到静态的电机模型，其结构如图1所示。图中虚线表示三相异步电动机静态模型。

三相异步电动机的相关数据如下：，，，，，，，，，。

基于Matlab/Simulink的三相异步电动机拖动系统的仿真平台如图2所示，电动机运行的速度曲线如图3所示。

由图3所示，可以直观地观察到电动机的速度变化曲线。

通过对Simulink在三相异步电动机教学过程中的应用研究，可让学生在Matlab环境下，动手搭建三相异步电动机的仿真模型；并从所搭建仿真模型中，直观地学习三相异步电动机的工作特性、机械特性、起动与调速等相关知识。

教学实践表明，将计算机仿真技术引入“电工学”教学，是开展研究型教学的良好手段，学生反映良好。在“电工学”教学引入计算机仿真技术有以下优点：

（1）使学生们对所学知识感到形象直观，能更好地理解和掌握所学知识。通过学生自己设计电路模型，能极大地调动学生的积极性，同时能够激发创造力和创新性，让学生参与到科研过程中。

（2）计算机仿真技术所提供的功能非常强大，且不存在烧坏器件的现象，因此学生在利用计算机仿真技术搭建模型时，不必担心像在实验室里把电路板烧坏一样，可大胆进行分析、建模、编程、仿真，在学习过程中培养了动手、研究及解决问题的能力。

（3）计算机仿真技术只需在电脑上进行操作，学生可以通过课后自行上机进行设计，可缓解实验设备紧张，解决教学过程中课时有限的问题。

（4）计算机仿真技术辅助教学的应用，可使学生在学习专业课之前掌握一些仿真软件工具，为学生将来做一些较为复杂的综合性设计题目及毕业设计奠定基础。

由此可见，引入计算机仿真技术是实现“电工学”研究型教学的一种行之有效的方法。

三、结论

随着时代的发展，“电工学”的内容不断更新，新理论与技术不断涌现。传统型教学模式的教学已经不能满足培养综合型和创新型人才的需要。培养学生掌握新知识、新技术的能力，是目前社会和企业对高校教学提出的迫切要求。本文以“电工学”教学为例，较详细地阐述了传统型、探究型和研究型教学模式在该门课程中的特点。

通过笔者近四年的教学实践证明，把计算机仿真技术引入到“电工学”教学中，能有力地培养学生分析和解决问题的能力，激发学生学习和研究的积极性。计算机仿真技术是一种可以实现“电工学”教学由传统型到研究型教学模式的教学方法。

参考文献：

[1]唐介.电工学[M].北京：高等教育出版社，1999.

[2]刘坚.论经典学习理论对“以教师为中心”传统教学模式的影响[J].湖南医科大学学报（社会科学版），2009，11（4）：187-190.

[3]唐彬.发現式、探究式和研究式三种教学方法在经济理论课中的应用[J].湖北财经高等专科学校校报，2007，19（3）：43-48.

[4]籍建东.研究型教学模式与传统教学模式的比较[J].职教论坛，2011，（5）：43-45.

[5]陈琦，刘儒德.当代教育心理学[M].北京：北京师范大学出版社，2007.

[6]刘廷文，唐庆玉，段玉生.EDA技术是实现电工学研究型教学的良好手段[J].实验技术与管理，2006，23（8）：65-68.

[7]陈琦，刘儒德.当代教育心理学[M].北京：北京师范大学出版社，2007.

[8]顾绳谷.电机及拖动基础[M].第四版.北京：机械工业出版社，

2007.

（责任编辑：王意琴）