基本概念在三主式教学中的作用

师楠　朱显辉　桑林　郭延艳

摘要：为构建三主式教学体系，提高大学生的科学素质和创新能力，文章围绕着电工学科教学，详细分析了电机学中铁损这一基本概念，深入剖析了铁损在电机学理论和实验教学中的重要作用，论证了基本概念在以学生为主体的教学体系中的具体应用，阐述了基本概念在以教师为主导的教学过程中的践行手段，以期达到培养和提高学生科学素养的教学目标。

关键词：三主式教学；基本概念；电机学；铁损

一、引言

高等教育是提高国民科学素养的有力环节，在国民经济建设中发挥着决定性的关键作用，这一点已在全世界范围内达成共识，也受到了日益广泛的关注。随着对高等教育重视程度的逐渐加深，教育工作者也从不同的角度提出了很多具有建设性的教学方法和手段，取得了丰硕的成果，有效地改善了高等教育的教学效果，提高了教学质量。

当前电工学科众多的教育教学成果主要集中在教育管理方法和激励方式的改革，新教学方法和授课方式的讨论，或者教学经验和教学成果的总结等方面，而对于基本概念——特别是电工学科基本概念在教学中重要作用的论述较少。

考虑到基本概念在高等教育中具有纲举目张的作用，结合复杂多变的高教实际情况，以我校应用型大学建设为背景，结合教学实际情况，本文从基本概念出发，围绕构建“三主式”教学体系的中心思想，以电机学中的基本概念为例，在理论和实验教学中详细阐述基本概念在“三主式”教学体系构建中的重要作用，力图在进一步强化基本概念重要性的同时，实现培养学生对科学本质的探究精神，提高学生的自主创新能力和科学素养的目的。

二、基本概念的深入剖析

基本概念在电气工程学科中占据着重要地位，对学生理解和掌握教材知识点具有画龙点睛的影响作用。一般而言，概念形成于人类对客观事物从感性到理性的认知过程，可以表述为对客观事物共同特点的抽象概括后的概念式描述，也可泛指为通过对若干事物的特征组合而形成的知识单元。在电气工程领域中，基本概念多用来对教材中涉及的物理现象或规律的详细定义或解释，不仅具有严谨的逻辑性和严苛的适用性，同时在整个教材中也起到了重要作用。因此，现代高等教育中必须对相关的物理概念予以足够的重视。

为探讨基本概念在本文拟构建的“三主式”教学方法中的具体应用，以下将以电机学教学中的铁损概念为例，对基本概念在“三主式”教学模式中理论和实验教学的具体应用进行阐述和说明。

在电机学教材中的铁损包括两个部分，一部分是磁滞损耗，一部分是涡流损耗。磁滞损耗指的是把铁磁材料放在交变的磁场中，材料被反复磁化，组成铁磁材料的磁畴相互间不停地摩擦而消耗能量，并以热量的形式表现出来，造成的损耗称为磁滞损耗。

涡流损耗指的是通過某一导电的铁磁材料的磁通变化时，将产生感应电动势，并在该铁磁材料内部引起旋涡状流动的电流，成为涡流，涡流在铁磁材料中产生的损耗称为涡流损耗。

由上述对基本概念的解释性描述可知，不论是磁滞损耗还是涡流损耗，均以铁磁材料发热的形式表现出来，因此，铁损是一种有功功率。同时磁滞损耗和涡流损耗均是由磁通的变化而产生的，即变化的磁通是导致铁损的重要原因。

通过上述对铁损概念的细致解释，进一步澄清了铁损这一基本概念的物理意义、描述形式及其产生根源，为后文中基本概念在“三主式”教学中的具体应用奠定了理论前提。

三、基本概念在三主式理论教学中的应用讨论

“三主式”教学方法的基本思想是“以学生为主体，以教师为主导，以能力培养为主线”的教学模式。为进一步突出以学生为主体，明确以教师为主导的教学模式。同样以电机学教学为例，在电机学教材的直流电机和异步电机章节中均涉及到功率图，通过对前述铁损概念的详细讲解，在异步电机功率图的讲授过程中，通过与直流电机功率图的对比，让学生自行讨论：为何针对同一铁损概念，而两种不同电机功率图中铁损出现的顺序并不相同。将直流电机和异步电机的功率图进行综合对比，通过同学之间的互相讨论乃至辩论，不仅可以激发学生获取知识的自发性和主动性，也能够提高学生探究到正确结论的自我成就感，即使个别学生思路出现一定偏差，也能够加深对该问题的记忆，有助于确立学生在“三主式”教学中的主体地位。

在学生自行讨论的过程中，教师可以在适当的时机提醒学生注意铁损这一基本概念的定义和解释，强调产生铁损的根源在于铁磁材料中通过交变的磁通，并引导学生思考直流电机和异步电机气隙磁场的特点，即直流电机的气隙磁场可认为是基本恒定的，而异步电机的气隙磁场是旋转的正向行波，结合着转子与旋转磁场的相对转速差，来启发学生思路，引导学生对功率图中铁磁的差异给出正确解释——即直流电机的铁损主要产生在转动的电枢部分，而异步电机的铁损主要产生在静止的定子部分，上述问题是导致二者功率图中铁损出现顺序不同的主要根源。

可见，通过对基本概念的详细讲解，可以进一步巩固“以学生为主体”的教学目的，同时也能明确“教师为主导”的教学方法，有望实现“以能力培养为主线”的教学目标。

四、基本概念在三主式实验教学中的应用分析

为进一步说明基本概念在“三主式”实验教学中的应用情况，仍采用前述电机学教材中的铁损概念为对象，以电机学中异步电机的空载实验为例进行阐述。异步电动机的空载实验是指对异步电动机施加额定电压和额定频率，轴上不带任何负载运行一段时间后，将电源电压从额定电压向下调整，直到转速发生明显变化时为止，记录此时的电压、电流、功率和转速，并基于所记录的数据计算异步电动机的铁损及励磁参数等数据。

为在异步电动机空载实验中获取电机铁损数据，同样需要在细致探究铁损概念的基础上给出。在空载实验教学中，可直接说明空载损耗包括铁损、定子绕组铜损和机械损耗。对不同损耗概念进行提问等方式考察学生对损耗的理解，并基于回答情况判断是否需要对三种损耗进行再次归纳和强调。

前述直接给出空载损耗的组成，实际上体现了“教师为主导”教学思想，即教师要引导学生快速进入空载实验教学的核心环节，以期提高教学效率。而根据抽查的结果来判断是否需要再次对概念进行总结，则贯彻了“以学生为主体”的教学方法，既利用提问的方式促使学生对基本概念进行主动回想，又为后续的讲解提供基础。

然后，根据实验步骤给出模拟实验数据所得的曲线，可引导学生基于三种损耗的概念结合所给曲线对空载损耗中的各组成部分进行分析，可知空载损耗减去定子铜耗即为铁损与机械损耗之和，且铁损与磁密的平方（电压平方）成正比，因而将空载损耗扣除定子铜耗后的损耗作为纵坐标，将端电压的平方作为横坐标指导学生自行画图，即可得到具有一定截距的直线并从机械损耗和铁损的概念出发，引导学生自行分析截距是否代表机械损耗，截距之上的直线是否为铁损，同时讨论对电机的励磁参数的求解。

该教学过程进一步巩固“以学生为主体，以教师为主导”的教学手段，也能够促进学生在解决实际问题时需要遵循符合一般科学规律的方法和手段，采用符合客观规律的程序规则和技巧思路等方式研究其在理论和实践中遇到的问题，提高学生利用科学的方法解决实际問题的能力，有助于“以能力培养为主线”的教育目标的实现。

五、结论

针对当前对电气工程领域教学所涉及的基本概念重视不足的问题，强调了基本概念在实际教学中的重要性，并以“三主式”教学方法为中心，以电机学教学中的铁损概念为例，对基本概念的应用进行全面剖析，论证了基本概念在理论和实验教学中对“以学生为主体，以教师为主导，以能力培养为主线”的教学模式的重要促进作用，可为相关的教学改革提供借鉴。

参考文献：

[1]冯天树.电学发展初期几个基本概念的起源探讨[J].大学物理， 2018，37（11）： 32-36.

[2]朱显辉，师楠，苏勋文，等.关于提高电机学教学质量的思考[J].中国电力教育， 2014（33）：50-51.

[3]朱显辉， 师楠， 苏勋文， 等.如何在工科教学中渗透科学素质教育——以变压器绕组识别为例[J]. 黑龙江教育（理论与实践）， 2017，4：1-2.

[4]师楠， 朱显辉， 苑鹏涛， 等. 应用型人才培养目标下的实验教学模式探究[J]. 黑龙江教育（理论与实践）， 2018，4：44-46.

[5]顾绳谷.电机及拖动基础上册（第五版）[M].北京：机械工业出版社，2011.

编辑∕姜雯