“电机学”教学思考与改进

摘要：“电机学”是工科专业中难教难学的课程之一，如何科学改进教学一直困扰着“电机学”教学人员。从工程观点的角度入手，对“电机学”教学中的难点问题进行了分析，并给出了解决的方法和措施。“电机学”教材涉及到的内容往往很庞杂，教学中很难抓住重心所在。从工程的角度来搭建知识框架和组织教学内容，既有助于学生工程观念的培养，也有助于教学效果的提升。

关键词：电机学；工程观念；教学；学习方法

作者简介：刘想德（1976-），男，湖北云梦人，重庆邮电大学自动化学院，讲师；李彦（1981-），女，四川开江人，重庆邮电大学工会，助教。（重庆 400065）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）16-0066-02

“电机学”是电气工程及其自动化专业的一门主干专业基础课，主要讲授电机的基本结构、工作原理、分析方法和运行特性等方面的内容。该课程具有较强的理论性和实践性，强调知识、能力、素质的协调发展，注重培养学生分析能力和实践能力，该课程的学习效果对后续专业课程的学习有很大影响。同时，“电机学”也是工科专业中难教难学的课程之一，该课程涉及的基础理论知识和实际知识的面很广，综合了电学、磁学、力学、热学、机械学等多个学科的知识，这种多学科交叉、理论结合实际的特点使得“电机学”的教学一直是理论教学上的一个难点。

一、教学中的难点问题

根据多年的“电机学”教学经验，发现“电机学”教学中经常碰到如下问题。

1.“电机学”中电机结构和构造方面的问题

“电机学”中涉及到很多电机结构及绕组形式，例如：凸极电机、隐极电机、换向磁极、主磁极、补偿绕组、单叠绕组、单波绕组、集中绕组、分布绕组、单相绕组、三相绕组等。这部分内容，尽管教材上配有一些图片来讲解，但是，学生依然觉得很难通过教材上有限的文字和图片在大脑中构建出真实的电机结构。尤其是各种复杂的绕组联接方法往往让学生觉得难以理解，同时教学人员也很难讲解。学生对电机结构、绕组联接的认识不到位，往往会造成后续学习的困难。

2.“电机学”中概念和专业术语理解方面的问题

通常在“电机学”教材后面会有一个名词索引附录，该附录中把教材中涉及到的大量概念和术语按照一定顺序罗列出来，大概有400-500个。如：磁动势、时空相矢量图、励磁电抗、脉振磁场、功率因数角、同步电抗、谐波分布因数等。“电机学”教学的一个难点就是概念很多，一本教材中出现如此多的新概念和术语，对于初学者来说是一个巨大挑战。这些概念和术语涉及的领域很广泛，一些重要的概念和术语在“电机学”教材中并没有做出仔细的讲解，对概念缺乏准确理解和把握往往会造成学生学习的困难。同时，因为涉及到的概念太多，教学人员很难在规定课时内对各个概念进行详细讲解。

3.“电机学”中模型分析和公式推导方面的问题

对电机内部电磁关系的分析往往需要跟具体的电机类型（直流电机、同步电机、异步电机、变压器等）和电机运行状态（电动状态、发电状态、空载状态、负载状态等）结合起来，除此以外，还包括：静态的分析、动态的分析，电路的分析、磁路的分析，基波的分析、谐波的分析，集中绕组的分析、分布绕组的分析、整距绕组的分析、短距绕组的分析等方面的内容。采用的分析方式有：基本方程式、波形曲线图、等效电路图、相量图、时空相矢量图等。这些内容交织在一起，使得整个“电机学”教材内容十分庞杂，涉及到的知识点很多，同时也需要学生具备很扎实的电磁理论基础和数学理论基础。这些问题加大了“电机学”教学的难度，使得教师的讲授和学生的学习都很吃力。

4.“电机学”中一些特性曲线和工程实践方面的问题

例如对空载特性、负载运行特性、短路特性、电压调整特性、无功功率调节特性、机械特性等特性曲线的理解和掌握，以及对电动状态、发电状态、电制动状态、正常励磁状态、过励状态、欠励状态等电机工作状态的理解和掌握。

工程技术人员在电机使用中往往需要借助各种特性曲线来分析和控制电机的运行情况。这些特性曲线往往来自工程实践的需要，教材中对这方面的背景知识介绍很少，使得学生在学习这部分内容的时候很茫然，不知道这些特性曲线有什么用，更谈不上对各种特性曲线进行深入理解。

另外，在“电机学”中，还存在一些工程实验方面的问题，例如短路试验、参数测定、并联运行试验等。“电机学”教材中对于这些问题的介绍不系统、很含糊，不利于学生学习掌握。

以上是“电机学”教学中常见的问题，这些问题交织在一起，使学生在学习时感到头绪多，概念性强，不易掌握。

二、对问题的思考

在“电机学”教学中遇到的上述问题都是一些具有普遍性质的问题，很多“电机学”教改方面的文章对这些问题进行了详细的讨论，并提出了解决的思路和手段，对“电机学”教学品质的提升起到了积极促进作用。

本文认为在“电机学”的教学中转变教学思维方式，从工程的角度来学习“电机学”，培养学生在“电机学”学习中的工程观点是至关重要的。由于学生在前期很多理论课程学习中养成了重理论、轻实践的学习习惯，这对于“电机学”的学习来说是一个巨大的障碍，正是这种学习方式的跨越使得学生在学习“电机学”时很难适应，从而在教学中出现上述的各种问题。

电机学理论是人们从长期的电机工程实践中总结提炼出来的，与实际装置紧密结合是其突出特点。在对具体的电机装置进行分析时，“电机学”中通常采用工程处理的方式，即根据所分析问题的要求，忽略一些次要因素，抓住主要因素，分析结果的准确性对于实际应用足够就可以了，这种近似处理方法与物理学、电路原理等理论课中的严格推导、准确计算有所不同。工程观点的培养对学生来说是一个很大的跨越，“电机学”这门专业基础课的学习应该立足于学生工程观点的培养，只有这样才有助于学生学习，也有助于教学的展开。

三、“电机学”中的工程分析方法

“电机学”教材中的内容十分庞杂，学生在学习过程中往往容易陷入各个知识细节中，缺乏对“电机学”课程的整体把握。虽然在学习中能够记住一些知识点，也能够进行一定的分析和计算，但是如果没有通过“电机学”的学习有意识地培养工程观点，那么学习是十分有限的。可以说，工程观点是学习“电机学”方法的灵魂，也可以说工程观点的培养是学习“电机学”的一个重要目的。“电机学”中使用到的工程分析方法如下。

1.建立物理模型

根据需求，对具体的电机进行抽象和简化得到一个简化模型。因为任意一个具体的电机都是一个复杂对象，无法对它进行有效分析。只有从某个关注角度进行简化，抽象出需要关注的参数，建立其简化模型，才能进行有效分析。当然，对具体电机关注角度不同，抽象出的参数和建立的模型就不同，因此可以对同一个电机建立很多种模型。

2.模型的理论分析

基于建立的物理模型，采用数学理论、电磁理论、电路理论等工具对模型中的参数进行逻辑推演、建立方程、曲线和图表等，最后得出一些对实践有用的结论。

3.理论分析结果的验证

采用上述理论分析得出的结果，其可靠性最终需要在实践中进行检验和验证。

四、解决办法

针对前面介绍的教学中出现的问题，按照工程的观点进行如下处理。

1.电机的结构问题

对这部分问题，可以采取图片、动画、视频的方法进行，同时通过丰富的实践教学（拆卸电机、装配电机、修理电机）让学生对电机的结构建立感性认识。这部分内容在理论上不做过多要求。

2.概念和术语的理解问题

这部分内容是核心，对电机的理解，很大程度上就是对这些概念和参数的理解，因此要从概念和术语的来源、理论意义、工程意义等角度逐一讲透。可以通过专门的讨论课来强化学生对概念和术语的理解。

3.繁杂的分析过程，大量的公式推导与计算

这部分内容的重点应该放在掌握电机分析的思路上，对于具体的分析手段和具体的公式、数据计算可以不做特别要求。这种处理方式可以让学生从大量繁杂的公式推导中摆脱出来，把注意力放在分析思路上。多年的教学实践中发现很多学生由于前期理论课程学习中养成的思维定式，喜欢把大量的时间和精力放在公式推演、数据计算上，这其实是“电机学”学习的误区。当然，要走出这种误区，需要有相应的教学改革措施来进行积极引导，例如“电机学”的考核方式上可以采取开卷的方式，题目可以出得更灵活些。

4.电机的各种特性及其分析等

这部分内容，学习的重点应该放在特性曲线的工程意义上，即实际中如何使用这些特性曲线。“电机学”教材中通常会对各种特性曲线的理论推导进行详细介绍，这些理论推导往往掩盖了曲线的实际工程意义，增加了学习难度，因此在理论教学中对这些特性曲线理论推导的内容可以不予关注。

5.其他问题

例如短路试验、参数测定、并联运行试验等。这些都是实实在在的工程问题，重点应该放在如何搭建实验平台，如何做实验，测取参数上。这部分内容应该在实践和实验环节来解决，在理论教材中可以不关注这些内容。

通过上述的处理方法，“电机学”的教学将变得有章可循，教学人员在教学中不必被教科书牵着走，可以灵活地从教材中抽取知识点，并把知识点按照工程的观点进行搭建和梳理。学生在学习过程中，也可以培养和建立工程观点，从而能够更好地学习“电机学”。

参考文献：

[1]汤蕴璆，史乃.电机学[M].北京：机械工业出版社.2004.

[2]王善铭.电机学[M].北京：清华大学出版社，2006.

[3]李发海，朱东起.电机学[M].北京：科学出版社，2004.

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