《微特电机及系统》教学改革与实践

摘要：《微特电机及系统》是电气工程及其自动化专业运动控制研究领域的一门重要的专业课。针对新成立的应用型本科院校，为了提高教学质量，培养高素质复合型应用人才，本文从教学内容、方法、手段以及实践环节几个方面，提出了《微特电机及系统》课程建设的改革与实践。实践表明，学生学习《微特电机及系统》的积极性和主动性提高，激发了学生的创造型思维，在教学实践中取得了较好的成效。

关键词：微特电机及系统；教学改革；实践；电气工程及其自动化

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）38-0049-02

微特电机系统通常是由与常规电机结构、性能、用途或原理不同，体积和输出功率较小的微型特种精密电机、控制器及驱动硬件电路组成的复杂系统。融合了电机、计算机、电力电子、控制、机械、新材料和新工艺等高新技术，是现代武器装备、工业自动化、办公自动化和家庭生活自动化不可缺少的重要技术[1]。本文结合新成立的本科院校的特点，以培养应用型人才为目标，准确定位本课程在电气工程及其自动化专业中的地位和作用，对现有的教学内容、方法及实践环节进行改革与实践，为培养高素质创新型应用人才提供必须的平台与保障。

一、教学改革与实践

1.人才培养目标定位。针对新成立的应用型二本院校的特点，明确人才培养目标定位，在明确课程地位的基础上做好课程性质、任务和教学目标的细化工作[2]。学校提出以“应用型人才”作为人才培养的最终目标，落实到《微特电机及系统》这门课程中，就是要培养出能够将微特电机技术、控制技术和计算机技术相结合，能够在微特电机系统遇到的问题中，分析、定位好问题的所在，提出问题解决方案的应用型人才。

2.教学内容的改革与实践。①增加预备知识。《微特电机及系统》是以电机学和电机拖动基础等课程为基础，但有些同学电机基础薄弱，因此在课程讲授前，应将电机学的基本内容和概念作详细讲解[3，4]，为进一步学习打下基础。②优化课程体系，调整教学内容。笔者所在的学校电气工程及其自动化专业主要分为电力系统、高电压技术与电气工程三个学科方向。教学计划将课程分为：公共基础课、专业基础课、专业限选课、专业任选课等，缩短专业课程的学时，精简课程教学内容，形成“伺服电机—测速发电机—步进电机—自整角机—旋转变压器—永磁无刷直流电机”的教学主线，通过试点，取得了满意的效果。③增加新型电机教学内容。随着控制技术等相关技术的发展，电机在很多方面突破了传动概念，已经不再局限于传动的电磁理论，而是与其他学科相互结合、互相渗透。

3.教学方法与手段改革。①采用推理式教学方法。采用推理思路教学，如交变电流交变磁场交变磁通交变电势电流电磁转矩，推动转子旋转，进而输出机械功率。通过诸如此类的推理式教学，学生不仅可以准确理解“电机的本质就是一个能量转换工具”，而且有利于他们理解电机的可逆性原理。②采用对比式教学方法。大部分微特电机在结构和分析方法上存在共性内容，因此，比较不同种类的微特电机结构和原理，根据已经学习的内容帮助学生掌握新知识。如学生对开关磁阻电机和磁阻电机的原理和控制方法理解比较困难，而对步进电机非常熟悉，这时，可根据步进电机工作原理和控制方式来讲解开关磁阻电机的内容。③互动法教学。采用互动法教学，积极发挥学生的主观能动性，如在讲解直流测速发电机的结构和工作原理时，应根据其与普通直流发电机原理的相似性，提问学生，让学生回忆已学过的直流发电机的相关内容，然后再分析直流测速发电机的独有特性。同时还可以采用课堂讨论的方式，如解决永磁式同步电机启动问题，首先讨论得出无法自启动的原因：第一，转子本身存在惯性；第二，定、转子磁场之间转速相差太大，进而得出永磁式同步电机自行启动方法：在转子上安装启动绕组，启动时，依靠鼠笼式启动绕组产生电磁转矩，使转子转动起来，当转速接近同步速时，定子旋转磁场就与转子永磁磁场相互吸引牵入同步。这样通过讨论和归纳，学生就明白了为什么永磁式同步电机转子上会安装启动绕组。④理论联系实际教学。学习《微特电机及系统》目的是为了应用，教师讲解时只要重点把握微特电机结构和基本原理，并增加应用实例，激发学生的兴趣。如在讲解微特电机的基本用途时，一枚导弹中需要60多台电机，仅一艘潜艇导航仪表配套设备就用90多台电机，并采用多媒体动画教学的方法演示随动系统跟踪和定位过程，形象地让学生了解随动系统中的力矩电动机、自整角机和伺服电动机在其中所起的作用。当学生听到和看到这些生动的微特电机应用实例，他们就会明白《微特电机及系统》这门课程和高新技术是紧密结合的，具有广泛的用途，能激发学生在课堂上的学习兴趣。

二、实践环节的改革

1.理论教学穿插实验教学。结合电子与电气工程学院电工实验中心为国家与地方共建项目的契机，添置了新的微特电机教学模型和实验设备，在进行理论教学的过程中穿插实验教学，教学模型通电时，可以让学生直观的看到电机运行中的起动过程、制动和可逆等。因此，学生在学习理论知识的同时，对电机也有了直观的认识。

2.严格要求实验预习报告。在学生进入实验室之前，应详细检查学生的预习报告，应该包括以下几个方面：本实验的目的、该电机的结构和工作原理、电机的静态特性和调节特性、转速如何调节、主要性能参数和指标有哪些、控制系统硬件组成、完成本实验需要用到的仪器设备、实验的具体步骤等，可通过提问的方式完成实验预习的检查，使得学生对实验有整体的把握，使他们带着目的做实验，这样在实验过程中易于发现、解决问题。

3.增加设计性综合实验。传统的实验教学都是单一的验证型实验，为培养创新性应用人才，设计性综合实验势在必行。在设计性综合实验中，教师只需给出实验目的、实验要求和注意事项，具体的实验方案和实验步骤、以及所需的仪器设备，都由学生自己拟定。

4.专业方向课程设计。由于《微特电机及系统》课程的特殊性，通常的考核方式难以体现学生的学习效果，在结束理论学习后，要增加两周的专业方向课程设计对学生进行考核，将每五个学生分成一组，选择以不同的微特电机为对象，给出设计要求，完成控制系统硬件和软件的设计工作，最后通过答辩确定学生成绩，这样可以充分激发学生的创造性。

《微特电机及系统》是一门内容丰富、理论抽象、实践性非常强的运动控制方向专业课程。在课程教学中，应进一步丰富内容，尽可能大的提高学生学习的积极性和主观能动性，采用多种灵活的教学方法，注意理论联系实际，特别注重实践教学环节，改革课程考核方式，拓展学生的知识面，培养学生的创新意识和动手能力，从而取得令人满意的教学效果。

参考文献：

[1]刁小燕，朱熀秋，杨泽斌，等.《微特电机》课程的教学与实践[J].天津：电力系统及其自动化学报，2011，23（4）：158-160.

[2]李培根.主动实践——创新能力培养的关键[N].华中科技大学周报.

[3]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.

[4]朱伟兴，李新城等.以学生为主体改革实验教学[J].江苏大学学报，2002，4（1）：51-53.

作者简介：张涛（1978-），男，汉族，江苏淮安人，博士，淮阴工学院讲师，主要从事特种电机、无轴承电机、高速电机及其控制技术的研究与教学工作；倪伟（1965-），男，汉族，江苏江阴人，教授，硕士生导师，淮阴工学院电子与电气工程学院院长，主要从事电机及其控制技术的教学和科研工作。