电机学的教学改革与实践

摘 要：针对电机学课程理论性强、难学以及课时压缩等特点，精炼教学内容，优化教学手段，改进教学方法；针对实验设备套数少、陈旧、维修滞后以及使用实际设备实验的局限性，引用仿真实验，激发学生的学习兴趣。

关键词：电机学 教学 改革

电机与工业的发展是分割不开的，也是广泛应用于人们日常生活的。从电能的产生、变配到驱动矿山机械、轻工机械、农副产品加工机械，包括家用电器和医疗器械等，均有电机的存在。电机学的学习具有很强的实用性。同时，电机学又是电气工程及其自动化专业重要的专业基础课，在专业课程设置中占有关键性的地位。但是，电机学理论中的电量和磁量很抽象，随时间和空间变化又是非线性的[1-3]，课程内容难以理解，常使初学者头痛。另外，在全国高等教育改革的背景下，各学校均存在课时压缩、实验设备套数有限等问题。怎样使学生在有限的时间内掌握电机学的基本理论，提高教学质量和教学效果，培养学生分析问题和解决问题的能力，是一个值得探讨的问题。本文从教学内容、教学方法及实验教学几方面探索电机学教学改革。

1 教学内容的调整

我校2010年新使用的人才培养方案中，电气工程及其自动化专业培养计划中电机学的总学时压缩为64学时，其中讲课58学时，实验6学时。为了适应新形势下人才培养的需要，必须精简教材中的部分内容，同时向学生传授一些书中没有的新知识。在教学实践中做了以下几方面的调整：

（1）略去关于“磁路”基础知识的讲解。考虑到大二下半学期的学生已经学过大学物理、电路的前修课程。对于磁和磁路的知识，学生已有基础。另外，在同一学期学院开设有电磁场选修课，因此在电机学的教学中可以略去磁和磁路基础知识的讲解。

（2）减少直流电机所占学时。与交流电机相比，直流电机的原理、分析和计算相对简单，没有相位、不用相量知识，没有功率因数等问题。复杂的部分是换向问题，直流电机换向有火花，不易高速化和大容量化。随着电力电子技术的发展，直流电动机有被无换向器电机取代的趋势，因此，换向部分可以略讲，直流电机课时可以压缩。但直流电机的机械特性好，调速系统简单，在实际生产中常作为拖动的主要设备，直流电机也可作为小容量同步发电机的励磁机。在很多方面，直流电机的内容又是交流电机的基础，所以，不可将直流电机的课时压缩过多。

（3）将部分不重要的知识等变为学生自学内容。如变压器的暂态运行、同步发电机不对称运行和暂态过程及电动机发热和冷却过程。

2 适当增加相关知识

在削减部分内容的同时，增加有关电机学发展史的知识。从奥斯特发现电生磁，法拉第的电磁回转实验，电磁感应，格拉姆发明直流电机，特斯拉发明交流电机，19世纪末美国出现电动机床到伏特汽车公司装配流水线，沿着电机发展的“线”，介绍工业的变革。让学生了解电机发展的来龙去脉以及电机在工业发展中的重要作用。同时介绍中国电机工业发展史，通过学习和比较，从思想上教育学生，使他们充分认识到学习电机学的必要性和重要性，同时还能培养学生的责任感。

另外，为了适应计算机的不断发展，教学中适当增加有关Matlab/Simulink的相关知识，运用到电机仿真实验上，该软件能帮助学生更好地理解电机学中参数变化等现象。

3 采用多种教学手段提高教学质量

合理利用多种教学手段授课，对让学生学好电机学，提高教学质量起到非常重要的作用。

3.1 充分利用多媒体这个平台，优化教学内容

人的认识多是从感性到理性。电机学与工程实际联系比较紧密。在讲解每一种电机时，利用多媒体教学平台，播放该种电机的实际应用场所以及电机设备的结构、绕线、组装过程及电机运行等录像，让学生充分掌握电机实际结构的主要特点。有了第一步的感性认知，才能进一步讲解相关理论。对于类似“磁场”“电场”这些实际看不见的概念，可以利用模型、动画或演示实验进行讲解。如，旋转磁场就可以利用模型实验让学生亲眼看见在三相异步电机模型绕组中通入三相交流电后，小铁球会跟随着旋转磁场旋转。小实验可以激发学生探究的兴趣，有了这些基础，再从数学的角度讲解，效果将会提高很多。对于电机的电流、磁场、转矩等随时间和空间的变化情况可以通过仿真实验进行描述。让学生从不同角度全方位地加深对电机的了解与认识，提高学生的学习兴趣。为后续课程的学习打下坚实基础。

3.2 教学中充分利用比较和总结法

直流电机、三相异步机和同步电机均有定、转子，但它们的结构和性能有相似处也有不同点，利用比较法可以使学生更加清楚地了解它们的结构和特点。表1列出了部分比较项目。另外，对于初学者来说有很多的物理量要记、公式要背，考试和练习中常常搞混。若抓住某一规律就能起到事半功倍之效。如，所有电机无论是直流电机、交流异步机还是交流的同步电机，额定功率均指输出功率。发电状态不乘效率，电动状态须乘效率；对于额定功率还有：直流电机不存在功率因数，交流电机一定不能忘记有功率因数和相数问题；交流电机的电势平衡方程、功率平衡及机械特性等相关公式复杂、难记，但要依靠等效电路和相量图就会显得非常简单。

3.3 教学以多媒体电子课件为主，板书为辅的方式进行

多媒体教学的特点是：进程快，单位时间内信息量大，在相同的时间内可以讲授更多的知识。为了适应学生掌握知识和反应思考的过程，课件的放映尽量使用动画，一步一步地演示，循序渐进地引导学生，达到较好的教学效果。针对公式推导较多的内容或需要比对的知识点，则采用传统的“板书”方式，板书教学在公式推导及分析等方面能更好地引导学生跟着教师的思路，师生之间形成更好的互动效果。但在作图方面，板书需要花大量时间，要么需提前准备挂图。在专业图像上，尤其是在三维图像上“板书”又几乎难以适合现代教学的要求。教学中两种方式交替使用更符合人对事物认识和学习过程的需要，有利于提高教学效果。

4 改革实践教学

电机学课程的理论性和实践性很强。实践教学是对理论教学的巩固、补充和深化。行之有效的实践教学，能把理论教学与实践教学有机结合起来，提升学生分析和解决问题的能力，培养他们的创新能力及综合能力。实际实验中存在这样一些问题：设备套数有限，陈旧、维修滞后等因素影响实验效果；有些实验是采用挂件结构或实验箱来完成的，实验电路和系统都是封闭式的，学生能够观测的参数有限，实验过程可操作的灵活性不够，对理论教学的辅助有局限性。实验中若设备或连线稍有问题，学生就不能独立分析和解决问题。实践中引入软件仿真[4]，结果证明：仿真实验能做真实设备不能做（或不允许做，因为有些实验会造成人员的安全问题）的实验；仿真实验更能清楚地观测一些参数的暂态变化过程，如观测电机的启动电流、转速的超调等；仿真实验的接线、调试、观测点以及在实验时间上都很灵活，几乎无耗材；如果实验结果有问题，查找原因也很便利。仿真实验能使学生更快、更灵活地掌握所学内容，有助于激发学生的学习兴趣，进一步培养学生的实践动手能力和创新能力，提高教学质量。

参考文献

[1] 阎治安，崔新艺，苏少平.电机学[M].西安：西安交通大学出版社，2006.

[2] 王爱霞，王蕾.电机原理及实训[M].北京：中国出版社，2011.

[3] 张启新.电机与拖动基础[M].北京：中国出版社，2011.

[4] 张金霞，樊明，陈晓.基于SIMULINK异步电动机的动态仿真[J].青海大学学报：自然科学版，2012，30（2）：5-9.