赵铁英 王玉梅(河南理工大学电气学院,河南焦作454000)
知识元法在电机学教学中的应用探讨*
赵铁英王玉梅
(河南理工大学电气学院,河南焦作454000)
摘要:电气专业电机学课程知识点多、涉及面广,学生不好理解,给课堂教学带来了一定的困难。通过总结多年教学经验,将知识元法引入教学中,对电机学中知识点进行分解,通过知识元之间的相互链接构成知识网络,从整体上揭示出各个知识点之间的相互联系关系,为电气类专业课程的教学改革进行了有益的探索。
关键词:知识元;电机学;教学改革
王玉梅(1963-),女,河南辉县人,河南理工大学电气学院,教授。
Abstract:Electromechanics is one of the most important professional courses in Electric major. It has numerous knowledge points and covers a wide range,so it is very difficult for the students to understand,which brings certain difficulties in classroom teaching. Thus the course group introduces Knowledge Element into daily teaching through a summary of teaching experiences. Each knowledge point in Electromechanics is disassembled into some knowledge elements. It can constitute a knowledge network through the interlinking among knowledge elements and reveal interrelationship in every knowledge element as a whole,which makes some beneficial explorations to the teaching reforms in courses of Electric major.
Keywords:knowledge element;electromechanics;teaching reforms
“电机学”是电气专业必学的一门专业基础课,内容广知识点多,涉及电路、磁路部分,学习中需要用到“电路、电磁场”等前边课程知识,同时“电机学”与后续课程联系紧密,如“电力系统分析、电机与拖动”等课程,都用到“电机学”学习的内容,所以其在电气专业教学中的地位尤其重要。但是“电机学”课程中知识点多,理论性强,内容抽象难以理解,因此学生在学习、老师讲授时都遇到了很多的困难,授课效果不理想,学生学习后往往只学会单个孤立的知识点,很难做到前后连贯,往往是只见树木不见森林,一叶障目,只知道电机学书本中的问题,不会相互联系,难以做到前后知识的连贯,更不能做到融会贯通,影响后续课程的学习。所以文章结合教学实践,将“知识元法”引入电机学教学中,并进行了一定的实践探索。
图1 知识元链接示意图
(一)知识元
知识元是数据库中常用到的一个概念。所谓知识元,是指不可再分割的具有完备知识表达的知识单位。从类型上分,包括概念知识元、事实知识元和数值型知识元等。
知识是人们对客观事物及其发展规律的一种准确描述,知识本身可以用文字给出一个简洁明确的描述,这种描述在数据库中可以作为一种知识信息元素,即知识元。知识元就是一个知识的完整描述,是知识表达的一个最小完整单位[1,2]。知识元之间通过内在的相互关系,联系成新的知识体系,组成各种知识,其链接方式如图1所示。
由此可见,知识元具有以下特点:(1)知识元是描述知识的最小单位;(2)知识元是有一定结构的;(3)各个知识元通过一定的关系连接在一起,通过知识元链接搜索,可以联系其他的知识元。
(二)知识元法在教学中应用的可行性
“电机学”中有很多的知识点抽象难以理解,即使学生理解了单个的知识点,却无法完全掌握这些知识并进行应用,更无法找到这些知识点之间的联系,这样直接影响了后续课程的学习。
知识元法就是采用“化整为零”的方法,利用知识元的特点,对相关知识进行分割,将知识分解为一个个的知识元,学生在学习时,首先学会每个知识元所表达的知识,然后根据知识元之间的链接关系,掌握整个知识,实现“由此及彼”、“由点到面”的学习过程。
“电机学”所选用的教材一般都由若干章节组成,每个章节包涵相关联的若干个知识点,通过把这些知识点分解成知识元,然后按照知识元链接关系,组合成知识点,使学生掌握知识点。采用知识元法有利于选择最佳教学方法,使知识系统化,从而有利于学生找到各知识点之间的联系,发挥学生在教学活动中的主体作用和教师在教学活动中的主导作用。
(一)知识元的划分确定
知识元是知识的最小单位,所以正确的设定知识元是知识元法教学的关键。在“电机学”教学过程中,我们根据教材各章节的论述,找出每小节的关键内容,提炼出1-2个知识元,对这些知识元进行详细讲述,重点使学生能够掌握单个知识元所表达的含义。若干个知识元组成每小节的知识点,再进一步组成每个章节的内容[3]。
(二)知识元的相互链接
当学生掌握单个知识元后,根据知识元链接关系图,由已知知识元出发,逐渐向四周扩展,学习与之相联系的新知识元,最后形成一个完整的知识网络[4,5]。以“电机学”为例,“电机学”中同步电机部分,根据同步机的结构不同,可以分为凸极式和隐极式同步电机,然后应用前边学过的磁路、电路基本定律,可以分析推导出隐极式同步机的电压方程,画出等效电路和相量图;应用磁路的欧姆定律和不同材料的铁磁性能进行分析,可知凸极式电机d轴、q轴方向上气隙不均匀,沿d轴、q轴方向磁阻不同,需要用双反应理论,将电枢磁场分解到d轴、q轴方向,再进行分析,得到凸极式电机的电压方程、相量图等,由此得到凸极式电机的d轴、q轴同步电抗和其他参数,绘出隐极式、凸极式同步机的等效电路。这是一个各知识元依次推导的过程,由前一个知识元推导出后边的知识元点,其知识元链接推导如图2所示。
“电机学”中很多内容与其他课程联系紧密,采用知识元法可以明白清楚的显示出“电机学”中内容与其他课程之间的联系。例如电气专业另一门重要的基础课——“电力系统分析”,其中许多内容都与“电机学”密切相关,直接应用了“电机学”的相关知识点。以同步机突然短路的暂态过程为例,首先用到的知识就是“电机学”中学过的同步机的基本结构,由其基本结构、定转子绕组位置关系,可以列出同步机的定转子之间磁链与电势、电压的原始方程,实现由“电机学”中一个已知的知识元“同步机基本结构”链接电力系统分析中知识元“同步电机基本方程”的过程。学生在学习“电力系统分析”的过程中,首先从同步机结构出发,分析推导出基本方程;然后根据定转子上绕组位置关系,分析定转子之间电感系数,得到结论除转子上各绕组的自感、互感为常数外,其他绕组间的电感系数均为变量;为了解决磁链方程中的变系数电感,采用了电机中的双反应理论,将电枢次磁动势进行分解,同时采用帕克变换,对定子电流也进行分解,将a、b、c三相坐标系转换为d、q、0两相坐标系,推导出同步电机的基本方程,其知识元相互链接如图3所示。
图2 同步机知识元链接图
图3 电机学与电力系统分析知识元链接示意图
(三)课后总结
完成课堂教学后,及时对课堂教学中的知识元链接进行总结,使学生能够从一定高度上对所学的知识有个整体认识,掌握知识点之间的联系规律,不断拓展知识面,完善知识结构;教师从学生反馈的问题中也可以考查教学中哪些方面还有不足,从而不断改进教学方法,获得更好的教学效果。
采用知识元法对“电机学”中的基本知识点进行分解,利用知识元链接揭示出不同知识点之间的相互联系规律,使学生有一个整体的认识,便于学生掌握知识点之间的相互联系,最终形成一个完整的知识网络。教学实践表明,采用该方法有助于学生快速、扎实掌握“电机学”的基本理论,同时理解电机学与其他课程之间的联系,为后续课程的学习打下良好的基础。
参考文献
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[4]陶善菊,刘清堂,王凡,等.基于知识元的教育技术学科资源库构建[J].现代教育技术,2011,5(21):115-120.
[5]毕经元,顾新建,吕艳,等.基于知识元链接的汽车零部件知识管理系统[J].浙江大学学报(工学版),2009,43(12):2208-2212.
中图分类号:G642
文献标志码:A
文章编号:2096-000X(2016)10-0116-02
*基金项目:河南理工大学博士基金(项目编号:60807/008);河南理工大学2015年校级教改项目(项目编号:672307/070)
作者简介:赵铁英(1977-),女,河南焦作人,河南理工大学电气学院,讲师。