基于变压器设计与制造系列课程及实践教学模式的改革研究

孙昕 陈玉玲

【摘要】由于电力变压器容量较大，在日常生活中很难见到，因此即使使用多媒体教学，也无法加深学生对变压器内部结构的印象。本文通过对变压器一系列课程理论和实践内容进行改革，不仅使学生能够掌握其主要内容，更使得课程内容与企业生产实践相结合，使学生的能力得到较大提高。

【关键词】变压器;实践教学;项目教学

1. 研究意义

变压器设计与制造课程理论性较强，其基本原理是建立在电磁感应等比较抽象的理论基础上，包括电磁学、热力学、工程力学和材料力学等学科的知识，是一门综合性较强的学科。由于电磁理论很抽象，力学的分析也比较复杂，因此学生普遍认为该门学科难学，缺乏学习热情。此课程的教学模式一直是以理论教学方式进行的，但是对于制造方面知识的理解仅以理论方式教授，学生很难理解和掌握。

由于电力变压器造价高昂、电压等级较高，在目前国内各大高校中，即使是重点院校，仍然无法让学生们应用实际的产品进行实训或试验操作，甚至对于某些变压器厂家来说，也无法完成电力变压器的试验任务，需要到指定的国家试验中心进行试验。同时，由于传统的教学模式，不仅使学生无法掌握其主要内容，更使得课程内容与企业生产实践相脱节，因此，对变压器设计及制造系列课程及其实践内容的改革势在必行。

2. 应用前景

在该项目实施过程中，与国内同类层次学校的类似课程相比，该系列课程及实践内容有其独特的优势。

优势一：教育理念

由于课程的教育理念存在一定超前，所以其教学模式、教学方法、教学手段和课程教学资源等方面都有所创新。

优势二：课程模式

采用“项目导向，任务驱动”的课程模式，应用“项目指导教学”进行教学设计与组织。

优势三：课程结构和内容体系

通过模拟企业真实的工作环境，让学生亲身参与到工作过程中，从而学习和掌握与工作过程相关联的知识和技能。

3. 拟采取的改革措施

3.1 课程内容采用项目教学方式

经过前期的调研、资料分析和整理，从工业生产实际应用出发，将变压器设计与制造的内容归纳整理，以设计一台实际电力变压器产品为目标，分别从磁场、电场、温度场及应力场四大部分，对产品进行设计，使本来互不相关的四大场分析问题相互融合、相互关联，并形成与企业接轨的内部教材。

3.2 教学方式改为边讲边设计的形式

将教学过程设置为四大模块，每一个模块都以同一产品参数为基础进行分析与计算，以磁场计算部分为基础，逐步扩展到电场、温度场及应力场的计算与分析，环环相扣，最终在课程结束之后，能够完成一台实际产品的设计，且包含简单的图纸绘制过程。

3.3 实践环节的改进

验证、优化阶段：鉴于电力变压器的试验内容实现起来比较困难，因此引入三维电磁场分析软件，针对学生在理论课程上设计的变压器产品进行场问题的计算与分析，对自己设计的产品进行校核和优化。

工艺制造阶段：引入“模拟变压器绕组绕制模型”的理念，将学生在理论课上设计的产品数据，通过工艺过程的分析，让学生自己动手绕制一个绕组模型，既能够深刻理解变压器的绕组材料特性、结构模式、绕制方式等知识点，又能够提高学生的学习兴趣，同时提高了学生的实践能力，达到学以致用的目的。

4. 具体改革内容

根据企业现有生产任务书中的技术参数，对变压器的电磁参数进行计算，首先必须满足国家标准及有关技术标准中的规定及用户的要求，同时还应具有较好的技术经济指标（优化设计涉及的内容），遵循企业设计原则，对产品进行设计。

首先，把典型的项目转化为课程的学习项目，构建以实际应用为目标的课程内容体系。

然后，以产品设计开发为主线，设计任务书为目的，包括实践知识和理论知识等内容，将学习任务具体化，课程内容的安排围绕学习任务的完成而展开。课程的总体设计步骤包含：（1）根据任务书确定原始技术数据;（2）计算铁心基本参数，选择相应材料，计算绕组参数（磁场内容）;（3）进行绝缘设计，确定变压器主、纵绝缘结构（电场内容）;（4）短路特性分析（磁场内容）;（5）损耗、温升计算（温度场内容）;（6）短路力计算（应力场）;（7）其他内容计算。

课程内容选择“必需、够用”为度，以电磁设计流程为主线进行教学，以学习任务为中心整合理论与实践，为学生提供完整系统的学习机会。

课程以“项目导向、任务驱动”，其教学内容以项目形式呈现，覆盖变压器设计全部重要的知识点、随着设计过程的深入、知識点从简单到复杂的过程，全面推进课程教学内容，使学生能够在项目工作任务的驱动下，积极参与项目任务实施。

5. 实现目标

本课程将不断充实内容，加强与实际应用的符合度，将课程内容与实际项目案例重新整合，实施“项目导向、任务驱动”教学。

课程采用“三阶段递进式”教学（产品设计、工艺制造、验证与优化）。

第一阶段通过实际产品的设计，即项目中的“教、学、算”，使学生经历企业生产设计中的具体流程，其产品的开发过程，从而在完成学习任务的过程中掌握变压器的基础知识;

第二阶段是在完成设计的基础上，感受工艺过程，引入“模拟变压器绕组绕制模型”，使学生亲身参与到工作过程中，体会企业产品生产制造过程;

第三阶段是产品的验证与优化阶段，使学生产品优化的流程及重点有所了解，在仿真过程中，深化理论课程的知识，全面掌握变压器设计与制造的企业生产及开发过程，学习项目文档编写、项目结题报告的撰写等。

本课程应用型特征明显，课程内容与企业生产设计紧密结合，能够在课堂教学方面始终贯穿理实融合思想，充分训练学生的实践能力，整体教学过程实践性环节比例加大，通过学习完本门课程，能够实现学生对产品的初步设计，运行工况分析，提高学生的分析、解决问题能力，提高学生的综合素质。

6. 考核过程

变压器设计与制造是一门比较难的专业课，对于综合知识的掌握要求比较高，同时由于学生的感性认知并不好，所以给课程教授带来了一定的难度，同时课程还要求学生具有一定程度的实践知识，因此在考核时比较重视综合能力的考核。

在工作任务完成过程中，考查学生在任务完成过程中的表现，并给予成绩评定。

平时考核学生的综合能力，通过随堂测试考核学生的基础知识，然后空过专项应用设计考核学生的综合能力，设计采用实际工程案例对产品进行电磁设计，重点考核学生对变压器设计方法的掌握程度和解决工程问题的能力，同时培养学生的创新精神和创造能力，重点考核学生综合能力及基础知识的掌握程度。

教师在学生考核结束后，要对其考试成绩进行分析，有针对性的对成绩偏低的学生进行访谈，了解学生为什么分数较低，是教师的原因还是其他原因，以达到检验教学效果的目的。

关注过程，引导探究创新。教学中不仅要使学生获得基础知识和基本技能，而且要着力引导学生进行自主探索，培养自觉发现新知、发现规律的能力。这样既能使学生对知识有深层次的理解，又能让学生在探索的过程中学会探索的科学方法。让学生的学习不仅知其然，还知其所以然。

7. 结语

要提高本课程的教学效果，必须从教学内容、实践项目和课程考核等方面对课程的教学方法进行改进，提升学生牢固基本内容、综合运用所学知识解决实际问题、以及实践应用的能力。

通过两年的教学内容改革，学生在知识领域和实践能力上都得到了很大的提高，锻炼了学生的动手能力和实际操作能力，提高了学生的技能水平，巩固了理论知识，同时使学生通过完成项目任务获得了成就感。

参考文献：

[1]杨贵平.电机与变压器课程的改革与探索.职业教育.

[2]王喆，黄明益.电机与变压器的教学教改探索.技术应用.

[3]张丽珍.《电机与变压器》课程教学改革与体会.交流平台.

作者简介：孙昕（通讯作者）沈阳工学院 信息与控制学院，副教授，研究方向：电气工程及其自动化。