电机及拖动课程教学方法新探讨

惠阿丽

摘要：本文针对电机及拖动课程涉及面广、概念抽象、难于理解的特点，将比较法、任务驱动法和PBL教学法应用于课程讲授过程中，以提出问题、分析问题、解决问题为思路，以电磁感应原理为主线，引导学生开拓思路、实际动手，在实践中检验真理，从而大大激发了学生的兴趣，取得了良好的教学效果。

关键词：电机；拖动；任务驱动；PBL教学法；比较

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）18-0155-02

一、引言

电机及拖动课程作为自动化等专业的专业基础必修课，将直流电机、变压器、交流电机、电力拖动等内容科学有机地结合在一起，原理与应用二者并重，具有较强理论性和实践性，在课程体系中承担着承前启后的作用，本课程具有内容多，涉及面广，难度较大，具有概念抽象、理论繁琐、公式和结论较多等特点[1，2]。电磁学是学习电机及拖动的先导主要课程之一，而电磁学理论抽象、难以理解；同时由于条件的限制，也没有较多的实验设备给学生展示电磁理论的现象和原理，因而学生对于电磁学的掌握仅仅是公式、原理的记忆，而没有真正地从现象到本质的理解。此外，电机及拖动课程又是后续运动控制等课程的基础。对于自动化专业类的学生，它是一门非常重要的专业基础课。

针对这门课程的特点，笔者选用多媒体动画、视频为主、板书为辅的教学方式，结合比较教学法和PBL教学法，在实际教学中通过对比比较和任务驱动激发学生的兴趣和实际解决问题的能力。

二、比较教学法的应用

比较教学法也称对比教学法，是教师在教学过程中，着重体现确定教学内容之间异同关系的思维过程和方法，是一种利用对比来找出各种电机的共性和特点，加深对各种电机与拖动系统性能和原理的理解的方法。有助于学生对知识的消化与吸收，使学生获得的新知识更加准确，已学的旧知识更加深刻，真正地温故而知新[3-5]。

（一）变压器与感应电机比较

电机及拖动课程主要包括了变压器、直流电机和交流电机三大种电机，电磁感应是所有电机的工作原理，而变压器和交流电机在工作原理上有很多相似之处。因此课程的重点先讲变压器，把这部分内容吃透，后面学习异步电机就轻而易举。在讲述异步交流电动机的工作原理时，先复习变压器工作原理，然后在此基础上分3步：1）异步电动机定子加电压、转子开路时的电磁关系，此时电动机的等值电路以及基本方程的形式与变压器空载时的情况基本相同，但是变比除了绕组匝数，还要加上绕组系数；2）三相异步电动机转子堵转时的电磁关系相当于变压器短路情况，在进行绕组折算（包含阻抗、电压和电流的折算）时同时也要考虑绕组系数；3）三相异步电动机转子旋转时的电磁关系，除了绕组的折算，还要有频率的折算，从而在变压器等值电路的基础上得到三相异步交流电动机的等值电路。经过这样的对比学习，让学生将异步电动机的工作原理和变压器对比理解，领悟异步电动机只不过就是磁场旋转起来的三相磁路有空气隙的变压器。

（二）直流电动机和直流发电机比较

在讲述直流电机基本结构和工作原理时，给出直流电机的简单物理模型后，引导学生在先线圈转起来和先给线圈电流两种情况下，由电磁感应的相关知识推导后面出现的能量传递和电能与机械能的转换，进而自己推导出直流电机的功率流向和工作原理，在此基础上，引导学生将物理模型对应的电路图画出，得到直流电机的电压平衡方程。在这一过程中，通过学生自己的推导论证，深刻体会直流电机的可逆性，以及直流电动机和发电机中电势、转矩的不同作用和性质。

三、PBL教学法

以问题为导向的教学方法（problem-based learning，PBL），是基于现实世界的以学生为中心的教育方式，1969年由美国的神经病学教授Barrows在加拿大的麦克马斯特大学首创，目前已成为国际上较流行的一种教学方法。PBL是一套设计学习情境的完整方法；（Problem-Based Learning，简称PBL，也称作问题式学习）。

PBL有五大特征[6]：

1.从一个需要解决的问题开始学习，这个问题被称为驱动问题（driving question）。

2.学生在一个真实的情境中对驱动问题展开探究，解决问题的过程类似学科专家的研究过程。学生在探究过程中学习及应用学科思想。

3.教师、学生参加协作性的活动，一同寻找问题解决的方法。

4.学习技术给学生提供了脚手架，帮助学生在活动的参与过程中提升能力。

5.学生要创制出一套能解决问题的可行产品（products）。这些又称制品（artifacts），是课堂学习的成果，是可以公开分享的。

在变压器的学习中，教师提出变压器原副边电流方向和合理性问题给学生。学生通过查找资料、理论验证、甚至实验验证来解决问题。在这一过程中教师和学生深刻讨论，同时鼓励学生通过实验现象证明自己的观点，最后在课堂上以小型辩论赛的形式展示他们的成果。这种方法激发了学生敢于提出自己观点、坚持并证明观点。图1为学生验证自己的变压器正方向观点实验图。

图1 变压器正方向实验图

四、任务驱动法

任务驱动教学法是指通过课程整合以各种各样的主题任务进行驱动教学。这些任务可以是具体学科的任务，也可以是真实性的问题情景；让学生在提出问题、思考问题、解决问题的动态过程中有机地进行学习，在完成任务的同时，也完成了对所要求掌握知识的学习[7-8]。

在学习了直流电动机理论知识后，教师布置一个实际动手作业，每人做一个简易直流电动机，最后将学生中比较优秀的作品展示给大家相互学习，相互勉励。在实际动手的过程中，学生再次对所学的理论工作原理深刻体会，同时发挥各自的想象力和创造力，寻找身边可用材料实现直流电动机的换向和转动，此过程中，更有同学制作的电动机换向时出现了火花，通过现象看本质，这是有效的学习。通过这一现象，学生提出各种改进以消除摩擦火花的举措，真正地提高了学生的分析问题解决问题的能力。图2为学生制作的各种直流电动机。

五、教学效果

首先，在对比教学法和任务驱动教学法没有实施时，学生的学习兴趣不大，学习积极性较低。而采用这两种教学方法后，教师只是在课堂教学中提出了相关的探究性任务，因此学习的内容较传统的教学开放很多，对学生的要求也可以因人而异，每个学生只要努力了，有了进步，教师就会给予及时的肯定和评价，这样让每个学生都有成就感，也增强了学生的自信心，课堂气氛明显活跃。在变压器正方向的小型辩论赛中学生积极为自己的观点举证，和不同观点的学生辩论。在学生自己制作直流电动机的过程中，不仅深刻领悟了理论知识，同时展现了各自风采。在作业展示中学生相互学习，相互勉励。学生的学习兴趣和积极性都有了较大的提高，教师在课堂中起引导总结作用，教学效果良好。学生在较为轻松愉快的学习气氛中提高了对知识的综合运用能力。

图2 学生制作的各种直流电动机

参考文献：

[1]李书权，侯勇，等.电机学课程教学改革的研究与实践[J].电气电子教学学报，2006，（4）：49-52.

[2]陈鹏飞.对比教学法在《工程制图》教学中的应用[J].职业教育研究，2008，（8）：147-148.

[3]顾绳谷，主编.电机及拖动基础（第四版）[M].北京：机械工业出版社，2010.

[4]陈树良，尹秀梅.比较教学法应用统计学教学中的应用[J].辽宁工学院学报，2005，（5）：116-118.

[5]肖敏.比较教学法在现代设计方法课程教学中的应用[J].高教论坛，2006，（6）：120-121.

[6]林嵩.比较教学法在《电机及拖动》课程中的应用[J].科技资讯，2006，（20）：213-214.

[7]覃兴成.用任务驱动教学法进行电力拖动技能一体化教学[J].广西大学学报（哲学社会科学版），2009，31（Z1）：128-129.

[8]程新华.任务驱动教学法与项目教学法辨析[J].黄冈职业技术学院学报，2009，11（1）：33-34，37.endprint

摘要：本文针对电机及拖动课程涉及面广、概念抽象、难于理解的特点，将比较法、任务驱动法和PBL教学法应用于课程讲授过程中，以提出问题、分析问题、解决问题为思路，以电磁感应原理为主线，引导学生开拓思路、实际动手，在实践中检验真理，从而大大激发了学生的兴趣，取得了良好的教学效果。

关键词：电机；拖动；任务驱动；PBL教学法；比较

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）18-0155-02

一、引言

电机及拖动课程作为自动化等专业的专业基础必修课，将直流电机、变压器、交流电机、电力拖动等内容科学有机地结合在一起，原理与应用二者并重，具有较强理论性和实践性，在课程体系中承担着承前启后的作用，本课程具有内容多，涉及面广，难度较大，具有概念抽象、理论繁琐、公式和结论较多等特点[1，2]。电磁学是学习电机及拖动的先导主要课程之一，而电磁学理论抽象、难以理解；同时由于条件的限制，也没有较多的实验设备给学生展示电磁理论的现象和原理，因而学生对于电磁学的掌握仅仅是公式、原理的记忆，而没有真正地从现象到本质的理解。此外，电机及拖动课程又是后续运动控制等课程的基础。对于自动化专业类的学生，它是一门非常重要的专业基础课。

针对这门课程的特点，笔者选用多媒体动画、视频为主、板书为辅的教学方式，结合比较教学法和PBL教学法，在实际教学中通过对比比较和任务驱动激发学生的兴趣和实际解决问题的能力。

二、比较教学法的应用

比较教学法也称对比教学法，是教师在教学过程中，着重体现确定教学内容之间异同关系的思维过程和方法，是一种利用对比来找出各种电机的共性和特点，加深对各种电机与拖动系统性能和原理的理解的方法。有助于学生对知识的消化与吸收，使学生获得的新知识更加准确，已学的旧知识更加深刻，真正地温故而知新[3-5]。

（一）变压器与感应电机比较

电机及拖动课程主要包括了变压器、直流电机和交流电机三大种电机，电磁感应是所有电机的工作原理，而变压器和交流电机在工作原理上有很多相似之处。因此课程的重点先讲变压器，把这部分内容吃透，后面学习异步电机就轻而易举。在讲述异步交流电动机的工作原理时，先复习变压器工作原理，然后在此基础上分3步：1）异步电动机定子加电压、转子开路时的电磁关系，此时电动机的等值电路以及基本方程的形式与变压器空载时的情况基本相同，但是变比除了绕组匝数，还要加上绕组系数；2）三相异步电动机转子堵转时的电磁关系相当于变压器短路情况，在进行绕组折算（包含阻抗、电压和电流的折算）时同时也要考虑绕组系数；3）三相异步电动机转子旋转时的电磁关系，除了绕组的折算，还要有频率的折算，从而在变压器等值电路的基础上得到三相异步交流电动机的等值电路。经过这样的对比学习，让学生将异步电动机的工作原理和变压器对比理解，领悟异步电动机只不过就是磁场旋转起来的三相磁路有空气隙的变压器。

（二）直流电动机和直流发电机比较

在讲述直流电机基本结构和工作原理时，给出直流电机的简单物理模型后，引导学生在先线圈转起来和先给线圈电流两种情况下，由电磁感应的相关知识推导后面出现的能量传递和电能与机械能的转换，进而自己推导出直流电机的功率流向和工作原理，在此基础上，引导学生将物理模型对应的电路图画出，得到直流电机的电压平衡方程。在这一过程中，通过学生自己的推导论证，深刻体会直流电机的可逆性，以及直流电动机和发电机中电势、转矩的不同作用和性质。

三、PBL教学法

以问题为导向的教学方法（problem-based learning，PBL），是基于现实世界的以学生为中心的教育方式，1969年由美国的神经病学教授Barrows在加拿大的麦克马斯特大学首创，目前已成为国际上较流行的一种教学方法。PBL是一套设计学习情境的完整方法；（Problem-Based Learning，简称PBL，也称作问题式学习）。

PBL有五大特征[6]：

1.从一个需要解决的问题开始学习，这个问题被称为驱动问题（driving question）。

2.学生在一个真实的情境中对驱动问题展开探究，解决问题的过程类似学科专家的研究过程。学生在探究过程中学习及应用学科思想。

3.教师、学生参加协作性的活动，一同寻找问题解决的方法。

4.学习技术给学生提供了脚手架，帮助学生在活动的参与过程中提升能力。

5.学生要创制出一套能解决问题的可行产品（products）。这些又称制品（artifacts），是课堂学习的成果，是可以公开分享的。

在变压器的学习中，教师提出变压器原副边电流方向和合理性问题给学生。学生通过查找资料、理论验证、甚至实验验证来解决问题。在这一过程中教师和学生深刻讨论，同时鼓励学生通过实验现象证明自己的观点，最后在课堂上以小型辩论赛的形式展示他们的成果。这种方法激发了学生敢于提出自己观点、坚持并证明观点。图1为学生验证自己的变压器正方向观点实验图。

图1 变压器正方向实验图

四、任务驱动法

任务驱动教学法是指通过课程整合以各种各样的主题任务进行驱动教学。这些任务可以是具体学科的任务，也可以是真实性的问题情景；让学生在提出问题、思考问题、解决问题的动态过程中有机地进行学习，在完成任务的同时，也完成了对所要求掌握知识的学习[7-8]。

在学习了直流电动机理论知识后，教师布置一个实际动手作业，每人做一个简易直流电动机，最后将学生中比较优秀的作品展示给大家相互学习，相互勉励。在实际动手的过程中，学生再次对所学的理论工作原理深刻体会，同时发挥各自的想象力和创造力，寻找身边可用材料实现直流电动机的换向和转动，此过程中，更有同学制作的电动机换向时出现了火花，通过现象看本质，这是有效的学习。通过这一现象，学生提出各种改进以消除摩擦火花的举措，真正地提高了学生的分析问题解决问题的能力。图2为学生制作的各种直流电动机。

五、教学效果

首先，在对比教学法和任务驱动教学法没有实施时，学生的学习兴趣不大，学习积极性较低。而采用这两种教学方法后，教师只是在课堂教学中提出了相关的探究性任务，因此学习的内容较传统的教学开放很多，对学生的要求也可以因人而异，每个学生只要努力了，有了进步，教师就会给予及时的肯定和评价，这样让每个学生都有成就感，也增强了学生的自信心，课堂气氛明显活跃。在变压器正方向的小型辩论赛中学生积极为自己的观点举证，和不同观点的学生辩论。在学生自己制作直流电动机的过程中，不仅深刻领悟了理论知识，同时展现了各自风采。在作业展示中学生相互学习，相互勉励。学生的学习兴趣和积极性都有了较大的提高，教师在课堂中起引导总结作用，教学效果良好。学生在较为轻松愉快的学习气氛中提高了对知识的综合运用能力。

图2 学生制作的各种直流电动机

参考文献：

[1]李书权，侯勇，等.电机学课程教学改革的研究与实践[J].电气电子教学学报，2006，（4）：49-52.

[2]陈鹏飞.对比教学法在《工程制图》教学中的应用[J].职业教育研究，2008，（8）：147-148.

[3]顾绳谷，主编.电机及拖动基础（第四版）[M].北京：机械工业出版社，2010.

[4]陈树良，尹秀梅.比较教学法应用统计学教学中的应用[J].辽宁工学院学报，2005，（5）：116-118.

[5]肖敏.比较教学法在现代设计方法课程教学中的应用[J].高教论坛，2006，（6）：120-121.

[6]林嵩.比较教学法在《电机及拖动》课程中的应用[J].科技资讯，2006，（20）：213-214.

[7]覃兴成.用任务驱动教学法进行电力拖动技能一体化教学[J].广西大学学报（哲学社会科学版），2009，31（Z1）：128-129.

[8]程新华.任务驱动教学法与项目教学法辨析[J].黄冈职业技术学院学报，2009，11（1）：33-34，37.endprint

摘要：本文针对电机及拖动课程涉及面广、概念抽象、难于理解的特点，将比较法、任务驱动法和PBL教学法应用于课程讲授过程中，以提出问题、分析问题、解决问题为思路，以电磁感应原理为主线，引导学生开拓思路、实际动手，在实践中检验真理，从而大大激发了学生的兴趣，取得了良好的教学效果。

关键词：电机；拖动；任务驱动；PBL教学法；比较

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）18-0155-02

一、引言

电机及拖动课程作为自动化等专业的专业基础必修课，将直流电机、变压器、交流电机、电力拖动等内容科学有机地结合在一起，原理与应用二者并重，具有较强理论性和实践性，在课程体系中承担着承前启后的作用，本课程具有内容多，涉及面广，难度较大，具有概念抽象、理论繁琐、公式和结论较多等特点[1，2]。电磁学是学习电机及拖动的先导主要课程之一，而电磁学理论抽象、难以理解；同时由于条件的限制，也没有较多的实验设备给学生展示电磁理论的现象和原理，因而学生对于电磁学的掌握仅仅是公式、原理的记忆，而没有真正地从现象到本质的理解。此外，电机及拖动课程又是后续运动控制等课程的基础。对于自动化专业类的学生，它是一门非常重要的专业基础课。

针对这门课程的特点，笔者选用多媒体动画、视频为主、板书为辅的教学方式，结合比较教学法和PBL教学法，在实际教学中通过对比比较和任务驱动激发学生的兴趣和实际解决问题的能力。

二、比较教学法的应用

比较教学法也称对比教学法，是教师在教学过程中，着重体现确定教学内容之间异同关系的思维过程和方法，是一种利用对比来找出各种电机的共性和特点，加深对各种电机与拖动系统性能和原理的理解的方法。有助于学生对知识的消化与吸收，使学生获得的新知识更加准确，已学的旧知识更加深刻，真正地温故而知新[3-5]。

（一）变压器与感应电机比较

电机及拖动课程主要包括了变压器、直流电机和交流电机三大种电机，电磁感应是所有电机的工作原理，而变压器和交流电机在工作原理上有很多相似之处。因此课程的重点先讲变压器，把这部分内容吃透，后面学习异步电机就轻而易举。在讲述异步交流电动机的工作原理时，先复习变压器工作原理，然后在此基础上分3步：1）异步电动机定子加电压、转子开路时的电磁关系，此时电动机的等值电路以及基本方程的形式与变压器空载时的情况基本相同，但是变比除了绕组匝数，还要加上绕组系数；2）三相异步电动机转子堵转时的电磁关系相当于变压器短路情况，在进行绕组折算（包含阻抗、电压和电流的折算）时同时也要考虑绕组系数；3）三相异步电动机转子旋转时的电磁关系，除了绕组的折算，还要有频率的折算，从而在变压器等值电路的基础上得到三相异步交流电动机的等值电路。经过这样的对比学习，让学生将异步电动机的工作原理和变压器对比理解，领悟异步电动机只不过就是磁场旋转起来的三相磁路有空气隙的变压器。

（二）直流电动机和直流发电机比较

在讲述直流电机基本结构和工作原理时，给出直流电机的简单物理模型后，引导学生在先线圈转起来和先给线圈电流两种情况下，由电磁感应的相关知识推导后面出现的能量传递和电能与机械能的转换，进而自己推导出直流电机的功率流向和工作原理，在此基础上，引导学生将物理模型对应的电路图画出，得到直流电机的电压平衡方程。在这一过程中，通过学生自己的推导论证，深刻体会直流电机的可逆性，以及直流电动机和发电机中电势、转矩的不同作用和性质。

三、PBL教学法

以问题为导向的教学方法（problem-based learning，PBL），是基于现实世界的以学生为中心的教育方式，1969年由美国的神经病学教授Barrows在加拿大的麦克马斯特大学首创，目前已成为国际上较流行的一种教学方法。PBL是一套设计学习情境的完整方法；（Problem-Based Learning，简称PBL，也称作问题式学习）。

PBL有五大特征[6]：

1.从一个需要解决的问题开始学习，这个问题被称为驱动问题（driving question）。

2.学生在一个真实的情境中对驱动问题展开探究，解决问题的过程类似学科专家的研究过程。学生在探究过程中学习及应用学科思想。

3.教师、学生参加协作性的活动，一同寻找问题解决的方法。

4.学习技术给学生提供了脚手架，帮助学生在活动的参与过程中提升能力。

5.学生要创制出一套能解决问题的可行产品（products）。这些又称制品（artifacts），是课堂学习的成果，是可以公开分享的。

在变压器的学习中，教师提出变压器原副边电流方向和合理性问题给学生。学生通过查找资料、理论验证、甚至实验验证来解决问题。在这一过程中教师和学生深刻讨论，同时鼓励学生通过实验现象证明自己的观点，最后在课堂上以小型辩论赛的形式展示他们的成果。这种方法激发了学生敢于提出自己观点、坚持并证明观点。图1为学生验证自己的变压器正方向观点实验图。

图1 变压器正方向实验图

四、任务驱动法

任务驱动教学法是指通过课程整合以各种各样的主题任务进行驱动教学。这些任务可以是具体学科的任务，也可以是真实性的问题情景；让学生在提出问题、思考问题、解决问题的动态过程中有机地进行学习，在完成任务的同时，也完成了对所要求掌握知识的学习[7-8]。

在学习了直流电动机理论知识后，教师布置一个实际动手作业，每人做一个简易直流电动机，最后将学生中比较优秀的作品展示给大家相互学习，相互勉励。在实际动手的过程中，学生再次对所学的理论工作原理深刻体会，同时发挥各自的想象力和创造力，寻找身边可用材料实现直流电动机的换向和转动，此过程中，更有同学制作的电动机换向时出现了火花，通过现象看本质，这是有效的学习。通过这一现象，学生提出各种改进以消除摩擦火花的举措，真正地提高了学生的分析问题解决问题的能力。图2为学生制作的各种直流电动机。

五、教学效果

首先，在对比教学法和任务驱动教学法没有实施时，学生的学习兴趣不大，学习积极性较低。而采用这两种教学方法后，教师只是在课堂教学中提出了相关的探究性任务，因此学习的内容较传统的教学开放很多，对学生的要求也可以因人而异，每个学生只要努力了，有了进步，教师就会给予及时的肯定和评价，这样让每个学生都有成就感，也增强了学生的自信心，课堂气氛明显活跃。在变压器正方向的小型辩论赛中学生积极为自己的观点举证，和不同观点的学生辩论。在学生自己制作直流电动机的过程中，不仅深刻领悟了理论知识，同时展现了各自风采。在作业展示中学生相互学习，相互勉励。学生的学习兴趣和积极性都有了较大的提高，教师在课堂中起引导总结作用，教学效果良好。学生在较为轻松愉快的学习气氛中提高了对知识的综合运用能力。

图2 学生制作的各种直流电动机

参考文献：

[1]李书权，侯勇，等.电机学课程教学改革的研究与实践[J].电气电子教学学报，2006，（4）：49-52.

[2]陈鹏飞.对比教学法在《工程制图》教学中的应用[J].职业教育研究，2008，（8）：147-148.

[3]顾绳谷，主编.电机及拖动基础（第四版）[M].北京：机械工业出版社，2010.

[4]陈树良，尹秀梅.比较教学法应用统计学教学中的应用[J].辽宁工学院学报，2005，（5）：116-118.

[5]肖敏.比较教学法在现代设计方法课程教学中的应用[J].高教论坛，2006，（6）：120-121.

[6]林嵩.比较教学法在《电机及拖动》课程中的应用[J].科技资讯，2006，（20）：213-214.

[7]覃兴成.用任务驱动教学法进行电力拖动技能一体化教学[J].广西大学学报（哲学社会科学版），2009，31（Z1）：128-129.

[8]程新华.任务驱动教学法与项目教学法辨析[J].黄冈职业技术学院学报，2009，11（1）：33-34，37.endprint