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關於“電機學”課程教學的改革與實踐

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關於“電機學”課程教學的改革與實踐


  論文摘要:“電機學”課程是一門理論性與實踐性都很強的電氣工程專業基礎課。文章結合多年來的教學實踐、教學改革以及課程系統建設所取得的初步成果,從課程特點、專業特點、教學實踐、教材建設、教學改革、課程輻射、科研拉動等方面入手,總結了電機學課程教學改革的方法和實踐經驗,上述方法在多年的教學實踐中取得了良好效果並獲得了學生好評。

  論文關鍵詞:電機學;教學改革;課程建設;教學實踐
   
  “電機學”課程是電氣工程專業的一門專業基礎課。課程主要內容包括:變壓器,交流電機繞組理論,異步電機和同步電機以及直流電機,共五篇。課程的特點是理論性強、概念多,與工程實際聯繫密切。學生透過本課程的學習,將獲得電機的基本理論知識、基本分析方法和基本實驗技能,爲進一步學習專業課和從事相關專業工作打下堅實基礎。

  一、中國農業大學(以下簡稱“我校”)電氣工程專業學習特點

  在基於我校資訊與電氣工程學院國家級重點學科“農業電氣化與自動化”的基礎上,着眼於地方電網,從控制與執行的角度進行講授。本專業培養能夠從事與電氣工程有關的系統執行、自動控制、電力電子技術、資訊處理、實驗分析、研製開發、經濟管理、工程設計與施工以及電子與計算機應用等領域工作的寬口徑複合型進階工程技術人才。課程設定偏重於電力系統及其自動化,主要學習電力系統的執行分析、系統規劃、自動化技術應用等方面的知識。知識結構上體現了強電與弱電相結合,電工技術與電子技術相結合,軟件與硬件相結合,工程與科技開發相結合的特點。
  “電機學”課程在我校本科專業電氣工程的培養計劃中,是必修課程,目前按64學時課堂講授,另有32學時的關聯課程“電機學實驗”,課程在大三上學期開設,屬在前期修學普通物理、高等數學、電路原理等的基礎上,爲後續專業課作承上啓下的專業基礎課。

  二、課程特點

  本課程基於在電力系統中執行的各種電機進行分析與研究,因此電機的“功率”特徵十分明顯;着重於穩態分析,與先期課程銜接緊密,如普通物理、電路原理等;因普遍涉及鐵磁材料,故非線性(飽和)問題是必須面對的;一方面,課程在遵循經典電工與電磁理論的基礎上,推導嚴密,教學嚴謹,邏輯性強,另一方面,許多結論是在合理的忽略次要因素後得出的,因此工程意義上的允許偏差與數學意義上的精確,在學生課程學習中面臨衝突;實驗中,學生開始接觸更加真實的電機控制、執行與測量,結合實際緊密,是鍛鍊綜合動手能力的很好機會。特別是在電力系統中執行的各種電機,彼此既相對獨立又相互關聯,這些在增加了學生課程學習難度的同時,也開啟了一扇幫助學生了解電機、電器以及電力系統知識的窗戶。較好的課程教學成果,不僅能夠擴大學生的知識面,而且還能培養學生掌握基礎理論知識的能力、系統的分析方法以及綜合運用所學知識解決具體問題的能力。另外,課程的實踐性教學環節對理論聯繫實際、培養學生的動手能力、分析解決工程中的實際問題和科學研究能力的培養尤爲重要,是課程教學不可缺少的重要組成部分。

  三、教學實踐

  多年來的本科“電機學”課程教學實踐,基本形成了較爲完整的教學思路與做法,主要體現出如下幾點:
  (1)課程內容講授中,體現了加強基礎,重點突出,注重啓發,強調實踐,綜合評價。加強基礎就是力求使學生掌握本課程要求的基本理論和分析方法,以及發展前沿、技術焦點等問題;重點突出是指課程中的最重要的一些概念與結論,必須講好、講透,比如“T”型等效電路、磁勢平衡、電樞反應等;注重啓發包括課堂講授中的啓發互動做法,以及實驗、討論中的語言與角色把握;強調實踐是指注重實驗教學與課程講授之間互動以及相輔相成的有機聯繫;綜合評價是全面評價學生課程學習的整體表現,多年來,一直堅持平時成績與期末考試成績按比例計入總評成績。
  (2)課程內容組織上,注意結合本專業需求,在“基礎與精髓不漏”的前提下,對一些涉及設計、製造及在少學時情況下較難理解的內容,如交、直流電機繞組、時-空向量分析等,進行刪減,適當精簡或簡化電機電磁理論的闡述及推導,注重結論的理解與應用。在每一篇的最後,講授一些典型應用,比如變壓器之後,介紹互感器;異步電機之後,介紹單相異步電動機以及變頻驅動;同步電機之後,介紹永磁同步風力發電機;直流電機之後,介紹無刷直流電動機等。這樣,既鞏固了學生對本篇主要結論的印象,又避免了“通篇學完電機學,只知四種電機”的尷尬局面。
  (3)注重語言表達和多媒體的合理應用。課堂上,介紹概念需要表達準確,推導過程需要嚴謹,但好的課堂講授效果,與表達方式有很大關係,這裏不僅有語言表達和口齒的問題,更有良好的語言運用、知識積累和直觀形象展示的問題。如,介紹到變壓器勵磁電流性質時,會涉及到在鐵芯磁路飽和時,正弦分佈的基波勵磁電流,會產生平頂形態的磁通波形,反之,欲獲得正弦分佈的磁通波形,則需配合適當非正弦分佈的勵磁電流供給。這樣的內容,學生第一次接觸,難理解,不易記憶,用一句成語,“魚翅與熊掌不可兼得”去概括,收效很好;在講授交流電機三相合成旋轉磁勢時,自制的Flash動畫,直觀、形象地演示出了駐波、行波以及合成等曲線圖形,有助於學生理解和記憶。再比如,在用電磁轉矩物理公式,解釋異步電動機起動電流大的現象時,需說明主磁通大幅減小,且轉子迴路功率因數很低,從而造成轉子電流幅值很大的局面,用一句成語,“屋漏偏逢連陰雨”去描述,就很形象。在多媒體課件設計上,着重兩個思路:循序漸進層層深入的思維過程的啓發式引導,形象直觀的物理過程可視化展示。顯然在課件中,大量的文字堆砌,無助於脫稿講授,大量公式的粘貼,替代不了連貫的現場推導與演繹。多年的教學過程證明,良好的授課表達方式可有效地提高教學效果和學生的學習興趣。