電機與拖動課程教學(xué)改革研究論文
論文摘要:“電機與艷動”是一門理論性與實踐性都很強的電氣專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。筆者通過近六年的教學(xué)實踐,提出從教學(xué)安排、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容、實驗實踐等方面加大教學(xué)改革力度,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。
論文關(guān)鍵詞:電機與拖動;多媒體教學(xué);實驗實踐
“電機與拖動”是電氣工程及其自動化、機電一體化等專業(yè)的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。本課程由于牽涉到磁場的概念,使教學(xué)內(nèi)容抽象、概念多、公式推導(dǎo)繁瑣復(fù)雜,難于理解;直流電機、變壓器、交流電機各部分相對獨立,但又有內(nèi)部聯(lián)系;實踐性強,但又必須有理論支持,同時還必須具備高等數(shù)學(xué)、電路與磁路、大學(xué)物理等多門學(xué)科的相關(guān)知識,導(dǎo)致學(xué)習(xí)這門課程存在著學(xué)生難學(xué)的情況。因此,必須從教學(xué)安排、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容、實驗實踐等方面加大教學(xué)改革力度,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性,增強學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力,提高課程教學(xué)質(zhì)量。
一、合理安排授課計劃和內(nèi)容
隨著高校課程改革的深人進往我們在教學(xué)內(nèi)容上進行了調(diào)整:現(xiàn)在工業(yè)應(yīng)用的大部分是交流電機,直流電機的應(yīng)用比重有所減小,所以在變壓器、交流電機的內(nèi)容上可適當加大,直流電機所占的比例可適當壓縮。從講課反饋上來看,按照先講直流電機,再講變壓器,最后是交流電機的教學(xué)安排可能更合理些。因為學(xué)生在高中和大學(xué)物理等課程中已掌握了直流發(fā)電機和直流電動機的工作原理,所以接受起來并不困難。變壓器的工作原理在“電路”的互感電路章節(jié)中有所涉及,它對“電機與拖動”中的內(nèi)容有所鋪墊,同時變壓器與交流電機也有聯(lián)系,可以把它看成是一臺靜止不動的交流電動機。對比變壓器的一次側(cè)電壓表達式和交流電動機的定子電壓表達式,我們可以看到兩者的表達式非常相像,只不過交流電動機多了.項基波繞組系數(shù)。當講到交流電動機繞組的磁勢和電勢時我們會發(fā)現(xiàn):變壓器采用的是集中整距繞組,因此;交流電機為了抑制諧波的磁勢和電勢,采用短距分布繞組,因此。所以,變壓器可以看成是一臺靜止不動的交流電動機。另外,從它們的T型等效電路上來看也很相像。當然,在講課過程中也要注意兩者的區(qū)別。筆者發(fā)現(xiàn)按照上述的講課順序進行教學(xué),學(xué)生理解會更清晰些。
二、理論聯(lián)系實際,突出重點.體現(xiàn)課程教學(xué)中的主線
“電機與拖動”這門課程中概念很多,因此,教師在講課時需要把“電路”中牽涉到的概念和定律先復(fù)習(xí)一下,如左手定則、右手定則、右手螺旋定則、基爾霍夫電壓和電流定律、同名端和異名端等。在講課過程中理論聯(lián)系實際會使學(xué)生更易理解。如為什么轉(zhuǎn)子沖片采用硅鋼片疊片沖壓而成?目的是為了減少磁滯損耗和渦流損耗。轉(zhuǎn)子上為什么安裝風扇?轉(zhuǎn)子沖片上為什么開了小圓孔?目的是為了加強空氣對流和散熱。電機轉(zhuǎn)動時風扇吸風,空氣從轉(zhuǎn)子的軸向通風孔流過,可幫助散熱。這樣講述理論聯(lián)系實際,學(xué)生學(xué)習(xí)就不會感覺枯燥了。
講完直流電機、變壓器和交流電機的每一部分后,要對該部分進行總結(jié),歸納出重點,幫助學(xué)生理解和復(fù)習(xí)。如直流電動機部分里最重要的就是6個方程式和一個定律:(1)機械特性方程式;(2)轉(zhuǎn)矩平衡方程式,(3)電壓平衡方程式;(4)慣性定律:電機的轉(zhuǎn)速n不能突變;(5)動力學(xué)平衡方程式;(6)電磁轉(zhuǎn)矩表達式;(7)感應(yīng)電勢表達式。
從這6個方程式和一個定律中我們可以分析出直流電動機的啟動、調(diào)速和制動過程。如根據(jù)方程式(7)和方程式(3),可推導(dǎo)出電樞電流的表達式。結(jié)合慣性定律可分析直流電動機的啟動,由于電機的轉(zhuǎn)速n不能突變,在啟動的一瞬間,轉(zhuǎn)速n二0,因此電樞電流為U/Ra。在一般情況下,電壓U為額定電壓UN,電樞中不串人附加電阻,只有內(nèi)阻Ra,則電樞中電流過大,易燒毀電機。因此,工業(yè)用直流電動機不允許直接啟動,要限制啟動電流在一個合適的范圍內(nèi)。由電樞電流U/R。的關(guān)系可知,可減小分子或增大分母,因此,可采用電樞串電阻或降壓啟動這兩種方式。
對于直流電動機釣調(diào)速過程,根據(jù)方程式(1)可知,要想改變電機的轉(zhuǎn)速n,對于選定的電機,由于Ce和CT是常數(shù),電機達到平衡狀態(tài)時T=TL,因此,進行調(diào)速能改變的電氣參數(shù)就只有電壓U、電樞回路的電阻Ra和主磁通Ф。由此得到了三種調(diào)速方法:降壓調(diào)速、電樞串電阻調(diào)速和弱磁調(diào)速。
對于直流電動機的制動過程,根據(jù)方程式(1)、方程式(S)和慣性定律亦可進行推導(dǎo)。如能耗制動過程的分析:電動機本來在第一象限電動運行,能耗制動開始時,機械特性方程立刻變化為方程式(8),但根據(jù)慣性定律的結(jié)論,由方程式(8)可知電磁轉(zhuǎn)矩T為負值。根據(jù)方程式(2)可知電動機進入減速狀態(tài),即能耗制動過程。當n=0時,由方程式(8)可知,T=0,但負載轉(zhuǎn)矩一般不為0,因此在能耗制動結(jié)束時需要采用機械裝置卡住轉(zhuǎn)子使之停車。
學(xué)生掌握了這些方程式和定律,在不同的情況下分析和靈活運用,就可以抓住直流電動機這部分的核心內(nèi)容,它對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)幫助很大。同理可歸納出變壓器和交流電動機的核心要點,這里不再贅述。
三、充分利用多媒體等教學(xué)手段
本門課程如果僅靠板書來講解,不僅授課進程緩慢,影響教學(xué)進度,而且學(xué)生理解吃力,教學(xué)效果比較差。 例如,三相旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生過程,該部分比較難理解,學(xué)生容易產(chǎn)生厭煩情緒。為此我們精心設(shè)計和制作了PowerPoint圖片和Flash動畫等教學(xué)課件來演示三相旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生過程,同時采用電機實物進行現(xiàn)場演示。在一臺去除了轉(zhuǎn)子的交流電動機定子內(nèi)部放置一個小磁針,在三相對稱繞組上加上三相對稱電源,將直觀地看到小磁針轉(zhuǎn)動。將三相交流電源中的任意兩相電源線對調(diào)后,發(fā)現(xiàn)小磁針轉(zhuǎn)動方向會改變。這樣,學(xué)生就直觀地看到了交流電機旋轉(zhuǎn)磁場的正反轉(zhuǎn),便于理解交流電動機的正反轉(zhuǎn)。由此我們就可以提出問題:為什么小磁針能夠轉(zhuǎn)動?采用這種方式在多媒體教學(xué)過程中解決問題。即提出問題一分析問題一解決問題。通過這樣的教學(xué)手段,能夠鍛煉學(xué)生獨立思考能力和獨立解決問題的能力。
采用多媒體等教學(xué)手段,結(jié)合理論知識進行分析和講解,教師可將復(fù)雜、枯燥的內(nèi)容變得直觀、容易理解,給學(xué)生留下深刻的印象,學(xué)習(xí)過程也變得輕松愉快,教學(xué)效果很好。
但對于變壓器、異步電動機的運行分析,采用傳統(tǒng)的板書教學(xué)模式比較好,因為這些部分需要進行邏輯推導(dǎo),采用板書教學(xué)有助于學(xué)生前后連貫地分析和理解。所以,在教學(xué)過程中要因地制宜,在適當?shù)恼鹿?jié)采用并加強多媒體教學(xué)。
四、理論教學(xué)和實驗實踐教學(xué)相結(jié)合
為了增強學(xué)生對電機結(jié)構(gòu)的感性認識,我們在教學(xué)計劃中安排了一周時間進行交流電機的拆裝實習(xí)。通過拆裝實習(xí)可幫助學(xué)生掌握電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理;掌握電機繞組拆卸、繞制及電機裝配過程;掌握電機測試和檢修的方法;掌握相關(guān)電工儀表使用。學(xué)有余力的學(xué)生可以向?qū)嶒炇医處熒暾堖x做實驗。學(xué)生自已查閱資料選題,設(shè)計實驗線路和接線步驟,分析實驗數(shù)據(jù),培養(yǎng)學(xué)生的獨立工作能力。
此外,我們也積極開展校外實習(xí)活動,即組織學(xué)生到工廠進行參觀實習(xí),實際觀看各種電機和變壓器的接線和工作過程,了解各種電氣設(shè)備的功能和使用。經(jīng)過和廠方協(xié)調(diào),讓工人師傅現(xiàn)場示范不同類型電氣設(shè)備的操作,讓學(xué)生對各種生產(chǎn)機械的'主要結(jié)構(gòu)及操作情況有親身體驗,從而為講授相關(guān)生產(chǎn)機械的電氣控制打下基礎(chǔ)。通過校外實習(xí)可提高學(xué)生的工程意識與實踐能力,為將來的就業(yè)增加磅碼。
五、通過網(wǎng)絡(luò)平臺與學(xué)生互動,加強交流
“電機與拖動“這門課程已申報洛陽理工學(xué)院精品課程。我們把很多教學(xué)資源放在校園網(wǎng)上供學(xué)生下載觀看。學(xué)生只要登錄校園網(wǎng),就可以學(xué)習(xí)和觀看教學(xué)錄像。我們在網(wǎng)上提供比較新穎的資料:如歐美國家和我國的電機發(fā)展簡史,西門子公司生產(chǎn)的步進電機和伺服電機,日本三菱公司的變頻電機的圖片和直流無刷電機的實際應(yīng)用等。通過上述措施提高學(xué)生的興趣,從而提高教學(xué)效果。
另外,我們在精品課程網(wǎng)站上建立了BBS,學(xué)生有任何關(guān)于“電機與拖動”這門課程的疑問都可以提出來,教師抽出時間集中進行解答。通過這種形式與學(xué)生互動,使學(xué)生能共享教學(xué)資源,加強對所學(xué)內(nèi)容的理解,方便學(xué)生學(xué)習(xí)。
六、重視習(xí)題課的作用
在課堂教學(xué)中通過對學(xué)生的提問,了解學(xué)生的理解程度和錯誤原因,幫助他們糾正錯誤。在習(xí)題課上精心選擇兩三道計算題讓學(xué)生進行解答,然后對計算過程中出現(xiàn)的問題進行講評。在講評過程中,分析學(xué)生的解題步驟,了解學(xué)生的解題思路。爭取實現(xiàn)一題多解,從而有利于學(xué)生的發(fā)散性思維和演繹能力的培養(yǎng)。對學(xué)生解題中出現(xiàn)的錯誤及時指出,避免重復(fù)犯錯,起到事半功倍的作用。針對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的薄弱環(huán)節(jié),適當調(diào)整教學(xué)安排,有的放矢,從而更好地完成教學(xué)任氛
七、結(jié)束語
筆者在近六年的教學(xué)實踐工作中,積極采用多種教學(xué)手段進行教學(xué)改革實踐!半姍C與拖動”課程教學(xué)改革取得了顯著的效果,達到了預(yù)期的教學(xué)目標。從學(xué)生的反饋來看,教學(xué)改革是成功的。當然,教學(xué)改革是一項長期艱巨的任務(wù),還需要任課教師不斷地完善。
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