电机与拖动基础模块化教学方法分析

【摘要】《电机与拖动基础》课程是自动化专业的专业基础课程之一，是一门集理论与实践于一身的课程。这门课程需要电磁学、微积分、电工技术等多门学科为基础，内容抽象，对理论与实践均要求较高，是一门既难教又难学的课程。本文从本校教学实际出发，分析《电机与拖动基础》课程教学过程中存在的问题，对教学内容、教学方法以及实践应用等方面进行改革，开展“模块化”教学，取得了良好的效果。

【关键词】电机与拖动基础；教学改革；模块化教学；任务驱动

近年来，培养创新型人才已成为各个高校培养人才的方向，各个专业增开涉及到新技术、新理论的各类课程，多门专业基础课和专业课程的学时被压缩，学时少、任务重是日常教学中必须解决的矛盾。如何在有限的学时内，高质量地教，高质量地学，是当前教学过程必须解决的问题。

1教学中面临的问题

《电机与拖动基础》在自动化专业的课程中，是一门既难学又难教的课程，具有以下几个特点：1.1内容多而学时少。《电机与拖动基础》课程内容包含电机学、电力拖动两方面内容，概念繁多，公式种类纷繁复杂。本校教学学时为40学时，包含8个学时的实验。如何更好地利用这40个学时，使学生对电机、电力拖动这两大模块知识具有基础理论与基本的实践操作技能，是这门课教学过程中急需解决的问题。1.2内容抽象而实践性强。《电机与拖动机车》课程是以《高等数学》中的微积分运算、《大学物理》中的电磁学、《电路理论》中的基本概念、元件等知识点为基础。需要学生对上述知识点熟练掌握，理解透彻，否则会对本课程的学习产生畏难情绪，甚至影响学习效果。实践上包含电机的启动、工作特性与机械特性的测定、调速与制动等电机运行的几个环节，需要了解电机结构、掌握电机工作原理以及运行性能，才能够更好地理解实验目的、分析实验结果。

2《电机与拖动基础》模块化划分

从电机与拖动基础课程的教学实际出发，结合教学中遇到的问题，对该课程教学内容进行模块化划分，开展教学改革研究与实践。该课程的知识点主要包括直流电机、变压器、交流电机的工作原理与基本结构；直交流电动机的运行特性和实验；电力拖动系统的运行性能和分析计算方法；各种电机的启动、制动与调速。从电机角度进行分类，可以将知识分为直流电机知识、交流电机知识以及变压器知识。那么，我们将教学内容分为三个模块：直流电机、交流电机与变压器。模块一：直流电机直流电机模块包括直流电机基本工作原理、结构、绕组、电磁特性、稳态运行时电压平衡方程式、机械特性、工作特性、过渡过程以及启动、调速与制动。模块二：变压器变压器模块包含变压器基本工作原理、结构、空载运行与负载运行、等效电路、参数测定以及连接组别。模块三：交流异步电动机交流异步电动机模块包含异步电动机工作原理、等效电路、功率与转矩、机械特性、启动制动与调速。

3教学改革措施

3.1理论教学中的改革措施。各个知识模块之间既相互关联，又相对独立，因此在教学过程中，启发学生思考各个模块知识的共性，同时对比各个模块知识的个性，从而更好地理解各个模块知识的基础理论，加深理解各种电机的实践应用。电机的工作原理是基于物理学的电磁感应定律，涉及到电生磁、磁生电、电磁力等，电机的运行涉及到电压平衡、受力平衡、功率守恒等物理规律，因此在讲授直流电机工作原理之前，先对电磁感应定律、基尔霍夫典雅与电流定律、安培环路定则以及受力平衡等物理规律进行回顾。然后，进行直流电机、变压器与交流电机理论内容的讲授。在讲授过程中，注重启发式教学。比如，讲解直流发电机原理时，请同学们利用运动导体在磁场中运动产生电来分析电能的产生，然后利用整流的方式获得直流电，从而引申出直流电机结构上的特殊性——换向器的存在。在讲解三相异步电动机的工作原理时，引入三相交流电产生旋转磁场，启发学生思考磁场与定子之间的相对运动、磁场与转子之间的相对运动、转子与定子之间的相对运动，从而理解同步转速、转子转速与转差率之间的关系。在讲授过程中，注重知识点的对比，从而启发学生主动思考。比如，在直流发电机和直流电动机的工作原理教学过程中，引导学生对比这两种电机能量转换的方向以及电枢电流进出电机的方向，从而加深对这两种电机工作原理的理解；在讲授交流电机原理时，注意与直流电机原理进行对比，加深对异步交流电机工作原理的理解。由于各种电机既有其共性，也有其个性，因此在教学过程中，引导学生总结共性，对比个性。在讲授三相异步电动机的等效电路时，引导学生与变压器的等效电路进行对比。3.2实践教学的改革措施。电机与拖动基础课程是一门实践性强的课程，而教学过程中受限于实验条件以及学时等因素，不可能将每个环节都进行实践教学，因此我们充分利用动画展示以及MATLAB软件仿真，将抽象的电机运行展示出来。利用动画展示直流电动机的能耗制动、电压反接制动、倒拉反转制动以及回馈制动过程，使用MATLAB软件仿真直流电机的制动方法，学生可以选择电机的负载、修改各种电气参数，来观察电机的机械特性，分析电机的功率分配关系。在学习直流电动机启动时，将电枢回路串电阻启动作为一个项目，采用项目驱动的教学方式，将理论学习与工程实践结合起来，使学生掌握理论知识的同时，熟悉工程实践中的基本安全操作章程以及直流电动机的启动方法在具体工程中的应用，做到学以致用。首先通过仿真，观察直流电动机直接启动的电枢电流（如图1所示）；然后设计电枢回路串电阻分级（3级）启动的电路，并用MATLAB软件仿真验证可行性仿真结果如图2所示；最后在实验台上操作，验证电枢回路串电阻启动的可行性。实验结束后，分析电枢回路串电阻的可行性以及还可以通过什么方法启动直流电动机。从仿真结果可以看出，直流电机直接启动时，启动电流最大值接近45A，比额定电流3A大得多，而采用串电阻分级启动，最大电流只有6A左右，启动电流在直流电动机容许通过的最大电流之内，因此可以采用串电阻分级方法启动直流电动机。3.3教学管理。采用雨课堂教学软件对教学过程进行管理，比如出勤率、作业正确率以及常错题等。考核上，注重平时过程管理，将作业、实验、项目实施与完成纳入考核范围，平时成绩占比40%，期末试卷占比40%，课程过程中的测验占比20%。

4结论

通过将课程内容模块化处理，教学过程中注意知识点的比对，加深了学生对基本原理的理解，调动了学生主动思考、主动参与课堂教学；采用任务驱动式教学，使学生主动将理论付诸于实践，在实验中主动动手的学生增多了；教学管理上，更多地关注学生的平时学习过程，夯实了学生的基础理论，提高了学生的实践操作能力。

参考文献

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作者:樊春霞 周颖 万佑红 单位:南京邮电大学自动化学院