《电机与拖动基础》一流课程建设改革与实践

摘要：《电机与拖动基础》这门专业课程被普遍认为已经是目前我校电气工程及其自动化专业的一门特殊性和专业性较强的专业基础课，在其专业教学教材设置中一直占据着重要的主体地位，其对于专业教学质量的影响好坏直接也会影响着其涉及面广到许多后续课程学习。本文以打造一个精品项目为研究方向，在整个课程结构与教学内容、实践环节和在提高科研技术创新能力等各个方面都不断进行了重大改革和创新实践，并且也取得了一些不错的科学研究成果。

关键词：电气工程及其自动化;电机与拖动;课堂教学改革;创新型人才

引言

《电机与拖动基础》课程是电气工程及其自动化特色专业的主干教学类的一门课程之一，它的课程教学质量的整体好坏将可能会直接程度影响至涉及后续的其他课程。它所要研究的对象普遍都拥有一定的实用性、普遍性，对于与它相关联的课程，它是判断的依据，在课程设置中有着十分重要的地位。以校级以精品一体化课程的建设工作为重点和契机，打造省级优秀精品一体化课程作为教学目标，根据需要培养“厚基础、宽口径、增强能力、高素质”的创新型人才精神，针对性课程在相关专业人才的培养中扮演着重要的地位和角色，在其课程结构与教学方面、实验实践的各个环节以及在科研创新能力方面都进行了深入的改革和实践，为培养高水平多方面新型人才提供了合适的平台与保障。

1、优化课程体系，调整教学内容

自动化专业《电机与拖动基础》课程是由《电机学》和《电力拖动基础》这两门电力专业的基础课程共同组织构建，内容丰富，涉及知识范围广。为了完全适应而重新设计的。学时为了在压缩的情况下满足培养质量和能力提高的需求，精简了该专业课程的基础理论知识，根据不同电机的基本工作原理和机电系统之间的能量传递，形成了以各种稳态系统分析为主，动态分析等以知识点为辅的课程结构体系。最终形成了"磁路一变压器—直流电机—感应电机"这样一条教学主线，经过试点来看，起到了很不错的教学成果。

1.1压缩电机原理的教学

电机原理是新课程《电机与拖动基础》重点学科的教学内容之一。很久以来，为了突出显示学科体系的完整程度，结合课时进行分配，对电机运行的原理进行了非常细致的分析。而对于自动化专业的学生来说，学习电机原理的目的主要是掌握和使用电机，为学习电机拖动方法奠定了坚实的基础，对电机原有理论的了解就足够了。因此，对发动机工作原理中所涉及的内容采取了较大的压缩，例如在电机换向原理中比较困难地了解的是直流驱动电机的换向，长期以来都是电机课程是教学过程中的一个重要难点，因为电动机的换向和使用有多种影响因素，它的理论分析很难，电机用户只要知道如何将换向器与电刷之间的火花降到零，他只简单介绍换向造成的危险和减少火花的方法，并将原来两个小时的教学内容压缩到十分钟左右。这样既降低了学习难度，减轻了学生的学习负担，又不影响教学效果。对交流电机的电磁场也采用了类似的处理方法。

1.2强化拖动内客的教学

《电机与拖动基础》这门课程的教学质量优劣直接决定了它是否适合后续上课程学习。想要学习好后面的课程，必须熟练地掌握常用交直流电机的基本结构和工作原理以及电力拖动系统的运行性能分析、计算方法和实验方法。因此，在《电机与拖动基础》的教学中，将重点放在各种电机在其机械性能、起动、制动和调速工作过程中不同物理矢量的变化和稳态分析上。目前广泛使用的电机，结合实际重点。如目前在我国的数控机床、轻纺机械和家用电器等产品中广泛使用。用的三相异步电机的调频控制系统，可以需要花费大量的时间进行详细的分析，既有效性分析不同的频率下调速发动机的机械性能，以及不同性能对荷载的影响。调频后，随着电机转速、电流等各种物理测量值的变化趋势，为接下来的课程进行学习奠定基础。

1.3科研融入课程，增加了新型风力发动机的教学内容

近几年来，随着现代我国的综合电力和利用电子信息科学工程技术的快速发展，它推动了中国风力发电机械和风力驱动技术的发展。一批新型特种动力电机相继出现，并迅速应用于工业和民用产品中。如无刷直流电机、开关磁阻电机等，由于这些电机的机械动力学特性与直流电机相似，其控制价格高于三相异步电机简单，因此以其独特的优势迅速发展，在我国的传统课程中，这两个方面内容很少，但却充分利用了自身的电气工程专业一级课的优势，为了使教学内容更加适应新技术发展要求，可以在授课的过程中适当增加这部分内容，同时也为那些有意向进入这一方向的大学生本、硕、博相结合的教育工作者打下了坚实的基础。比如，在无軸承永磁动力发电机领域是处于国内领先水平的回国学者作为本专业同时学生们举行了多次的讲座，都取得了很大的良好效果。

2、创新教学模式，完善平台建设

2.1"翻转课堂"的设计

“翻转课堂”（也或者可通过简译简称为“颠倒课堂”、“反转课堂”）主要是在当前教育信息化的教学环境下，课程教学老师向广大学生学校提供以课堂教育过程视频等主要作业课件为主要教学媒介和各种形式的作业学习回忆资源，学生老师可以在课堂上课前一起共同完成对于课堂教学过程视频等主要作业和形式学习回忆资源的视频收集与播放观看，师生在整个课堂上一起共同完成对于作业学习回忆、协同教学探究和师生互动讨论交流等各种新型实践性教学活动的一种新型课堂教学模式。围绕这种视频教学模式，我们专门组织开展了"翻转课堂"的视频教学模式设计，大力地积极推进了作为精品课的视频网络直播视频微课平台的教学建设，按照"慕课"教学模式将各个教学章节的主要重难点教学内容以视频微课的网络直播教学形式实时呈现，最终在听课学生手中利用二合一微码视频扫描仪的方式与视频课件直接相连，当引导学生在网上预习本课各章节的重点内容时，采用了PBL的教学法，以老师提出来的问题分析作为教学理论依据的方式学习，遇见困惑或者问题时学生可以直接观看视频微课，如有困难则学生无法及时得到问题解决，可以通过翻转课堂直播平台及时进行问题解决及并在微信公众社区群可以发布关于寻找贫困帮扶者的信息。

美国富兰克林学院罗伯特塔尔贝茨教授通过多年的反转课堂教学工作实践，他总结并提炼出目前大家都比较普遍认可的一种翻转式课堂模型，以此种教学流程作为基本框架，在其教学实践中，根据其课程属性和教学要求，探索并建立了一套新的逆向课堂教学工作组织过程框架体系。教学过程包括五个步骤：自主学习、平台探究学习、课堂提问探究、学习成果报告和总结反馈。课堂平台上教师作为活动的组织者，学生们都带着课堂上的共同问题，教师通过收集总结，总结出整合的共同问题，然后给出讨论的内容，总结出课堂的难点，在本课上对全校师生进行了讨论和分析，提出了教师协调理论与学生实践之间解决问题的方法。

实践平台主要依托省级教育实验示范服务中心和全国大学生自主创新实践平台，教师带领学生自学制作实验大纲的全部规则，实验内容和方法在实验仪器等都是以视频或视频的形式，学生需要事先观看有关设备的实际使用说明，教师会根据实验结果自动给出评价;这种练习主要分为课内练习和课外练习。课堂实习在省实验示范中心举行，将在电机所有课程完成后举行。课外实践活动由教师组织安排，充分利用大学生的创新实践平台，在课余时间开展一系列的科学研究活动，最终确保课程结束后的考核能够达标。如果学生在实习期间遇到困难，可以通过参加课堂会议或在线视频平台查找材料，平台为他们提供电机专业知识和应用的参考文献、成熟电路框图及编程代码，学生们登录后就可以去平台上下载并参考自己的设计，遇到疑难就可以和集体群内的教师进行交流，实现了平台之间互动的契合机制。

2.2考核方式的改革

《电机与拖动基础》作为学校电气工程及其自动化专业的核心课程之一，多年来一直被期末考试卷作为衡量学生成绩的唯一尺度，这使得它不能很好地适应大学生综合素质的培养，我们将是其中的一个理论，实验班和实践班进行了全面评估，理论班的成绩占全部学生总分的60%，实验班的成绩占全部学生总分的60%，实践班20%，理论班的考核内容是包含了预习时间绩和期末考试成绩，分别是30%和70%的百分率。实验班考核了学生在课内进行实验时的表现，由班主任课堂老师负责指导。实践班通过考核学生在课外参加科技操作等活动时的表现情况，围绕在电机操作等方面的实际运行和应用进行了设计，要求学生利用实际操作进行演示，根据结果提供的总评分数，三人一个操作小组，内部的组员确定各自所获得的评分数量平均值。

3、改革教学手段，提高教学质量

在我国现代信息化社会已经到来的今天，通讯科学技术和媒体等手段正在得到迅猛发展，使得课堂教学的方式与手段也在不断地改变。传统的教学模式主要包括：黑板+粉笔。这种方法费时费力。此外，电机与拖动的基本概念是抽象的，有大量的计算公式可供推导和说明。采用传统的教学方法，不仅浪费时间，而且学生的理解不够深刻，教学效果差。因此，本次改革的重点是多媒体课件的制作和模型教学，效果显著。

3.1采用电机模型教学，提高学生感性认识和学习热情

在课堂教学中，模型化的教学极大地加深了小班学生对于电机的情绪感性认知和学习兴趣。在近几年的课堂教学工作和实践中，我们充分利用我们所有的学科资源，以国家电气工程系的一个项目为契机，逐步增加风电机组的新型教学模式。该模型在无线电源条件下运行时间短，能反映电机运行的物理现象，如电机启动、发热、温升等。学生对模型有浓厚的研究兴趣，可以根据模型提出许多问题，这不仅加深了学生对运动的接触性和知觉意识，也提高了大学生对运动的兴趣和学习热情。

3.2采用ANSYS进行电机磁场模拟，提高学生对"场"抽象概念的理解和认识

电机的磁场本身就是一个很抽象的观点，学生们在进行这个运算的过程中常常会觉得很难有人能够充分地理解与接受。针对这种情况，在教学过程中，采用ANSYS模拟电机磁场，并结合多媒体课件展示电机内部磁场的产生过程。例如，在讲解三相异步电机在高速旋转中磁场所以产生的问题时，利用这个方法，不仅能够加深学生的感性认知，而且极大地增强了学生对于电机理论和实践的兴趣。

4、注重课内外实践结合，创新实践能力培养

4.1创新实践教学内容

为了培养学生的理论和实际操作技能，在第五学期学习电机课程后，我们依托省实验示范中心安排了电机制造实践课程。在设计了异步电动机的设计要求后，向所有学生讲授该课程。在配备了机械部件和相关的原理材料后，学生可以自主选择电机參数，并且自己动手做好的绕组、并且完成了绕组的下线、绝缘敷设、发电机的安装、绝缘性能测试、空载性能测试、满载性能测试。通过这种实践，学生一方面提高了对电机结构和原理的认识，另一方面，锻炼了大学生的实际操作能力和综合设计技术。在这一实践活动中，翻转课堂的教学模式得到了体现，真正让学生做到了自主学习。

4.2提高学生的综合应用能力

在训练学生综合应用能力的过程中，以控制理论和现代电力与电子技术作为教学基础，注重培养学生应用实际操作能力。在对传动系统进行了综合设计和应用技术方面的训练。以降压变换器为主控制电路，以STM32单片机为控制核心，实现了直流并联电动机定子串联电阻起动控制系统;由单片机驱动控制的发电机逆时运行的控制器;鼠笼式异步直流电动机改变极调速自动控制器;鼠笼式异步电动机Y-△起动控制器;设计了以DSP为控制器的异步电机变频调速系统、开关磁阻电机控制系统和无刷直流电机控制系统的专用电机控制系统。

5、结束语

近年来，通过对《电机与拖动基础》课程教学实践与改革，加大了我们在教学课堂上的各类教学资料收集数量，调动了我们的优秀学生积极自主学习参与课堂学习的主动积极性，培养了我们的优秀学生创新的意识与动手操作能力。当然，教学改革仍然是一项长期而艰巨的工作，还有大量工作需要去做。希望以电气工程一级学科现具有自身的优势与特色，以适应科技进步和社会、国际化而提高的人才需求为导向，以培养国家级创新一流人才为最终目标，以学院精品项目建设计作为研究契机，经过3～5年的实践和建设，使本项目的师资力量、教材、课程系统、教学技术手段、互联网资源、现代化的实验性教学和研究基地等众多方面达到国内领先水平，将《电机与拖动基础》课程建设成为省级质量工程，推动各类素质教育课程相关项目的实施。

参考文献

[1]刘启新，张丽华.改革《电机与拖动》教学培养合格本科应用型人才[J]南京工程学院学报，2003，3（2）：27—28.

[2]李文辉，丁守成.电机类课程教学改革的研究与实践[J]电气电子教学学报，2004，26（5）：18—20.

[3]李培根.主动实践——新能力培养的关键[N].华中科技大学周报，2006，（215）：1.

[4]杨泽斌，孙玉坤.电气工程及其自动化专业实践教学的探索与思考[J].电气电子教学学报，2007.29（1）：69—71.

项目保留

本文为湛江科技学院“品牌提升计划”2021年校级一流课程建设项目：“电机与拖动基础线下一流课程”（项目编号：PPJH202112YLKC）;湛江科技学院2020年校级教育教学改革研究项目：“新工科视域下应用型本科高校电气类专业人才培养模式创新研究与实践”（项目编号：JYJX2020039）的研究成果。

作者简介

全发（1971-2），男，汉族，广东湛江人，本科学历，湛江科技学院，副教授，研究方向：机电一体化技术。