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摘要:《电机学》是发电厂及电力系统专业的重要基础课,且一直被认为是最难学的课程。在高职院校课程理论学时少的情况下,如果不注重教法,教学效果可想而知。笔者根据多年的教学经验,结合专业特点,在教学内容、教学手段、教学方法等方面进行了改革,取得了较好的成效。
关键词:电机学;教学内容;教学手段;教学方法
中图分类号:G642.0文献标识码:A文章编号:1671-0568(2010)23-0100-02
《电机学》是发电厂及电力系统专业的重要基础课,该课程要求学生掌握主要类型电机的结构、电磁关系、基础理论知识、基本运行特性和一般的分析方法。为进一步学习《电力系统继电保护》、《电力系统分析》、《电力系统自动装置》、《电气设备安装与调试》等专业课程做好准备。
《电机学》课程理论性很强,其特点为:一是电机既有电路部分,又有磁路部分,知识涉及面广;二是电机磁路方面的概念抽象,不易理解;三是教学内容与工程实际联系紧密,既带有基础性又带有专业性。因此,教好这门课要求具有深厚的专业知识和扎实的教学基本功,是一门公认难教难学的课程。一方面应要求学生知道这门课难学,做好克服困难的思想准备,另一方面要让学生了解这门课,掌握其特点和学习方法。笔者在多年的《电机学》教学实践的探索中,针对课程特点,结合浙江同济科技职业学院(以下简称“我校”)学生的实际情况,在教学内容、教学手段和教学方法等方面进行了改革。
一 、教学内容合理化
《电机学》课程内容包括变压器、交流绕组、异步电机、同步电机和直流电机等。以往课程设置:教材分上下册,一百多学时,两学期完成,内容广,学时多。目前,随着技术的发展和知识的增加,该课程缩减为60学时,一学期完成。然而,在学时减少的情况下,不能简单地把教学内容大量压缩,否则,达不到教学目的。
针对上述情况,根据我校发电厂及电力系统专业的特点,在教学内容、教学顺序和教学学时上进行了相应调整。考虑到《电机学》虽然包含大量的数学推导和演算,但它是阐述电机基本理论的课程,最关键的是明确物理概念,掌握基本原理,相对来说,数学的推导计算倒是次要的,故采用赵君有等编撰、中国电力出版社出版的《电机学》为教材,教学内容为变压器、交流绕组的共同理论、异步电机、同步电机、直流电机,因学时有限,根据必须、够用的原则,强调针对性和适用性,去掉第三章变压器的不对称运行和瞬变过程、第十一章同步发电机的三相突然短路和异常运行、第十三章直流电机的电磁原理及运行特性和实验等内容。为突出电机在电力系统中的作用,为后续课程打好基础,对变压器、同步电机两部分的学时安排较多,异步电机相对较少,直流电机只作简单介绍,详见下表。
由此可见,异步电机和直流电机课时相对同步发电机和变压器较少,原因是我校发电厂及电力系统专业的专业方向为发配电、供配电,培养的学生将来择业的方向为电力系统发电厂、供电所、电气设备制造厂等,而同步电机和变压器是生产电能和送、变电能的关键设备,所以安排课时较多,强调针对性和适用性。
二、教学手段现代化
《电机学》教学中既有空间概念又有时间概念,既有静止电机又有旋转电机,既有电磁知识又有机械知识,大量的分析推导和结构插图,加上电机复杂的工作原理、电磁关系十分抽象,并且学时少,授课进度快,传统的“黑板+粉笔”教学方法耗时、费力,学生觉得难以理解和接受,觉得电机学枯燥难学,甚至像听“天书”。
在信息技术和传媒手段迅猛发展的今天,应采用现代化的教学手段适应压缩学时、丰富信息的要求。笔者将全部教学内容制作成多媒体课件,象波形分析、时空矢量图、电机内部的复杂结构、交流电机的旋转磁场、绕组展开图等难以讲授的内容,都能清晰、逼真地表现出来。又如变压器铁心结构、异步电机定子铁心结构等内容,利用课件讲解,一目了然,教师轻松,学生易懂。采用多媒体教学,达到图文并茂、动静结合的效果,比传统的教具、挂图更直观、逼真,使教学由复杂、抽象变为简单、形象,调动了学生的学习积极性,教师也节省了时间,上课效率提高,缓解了学时紧张的问题,同时增大了授课信息量,使教学效果达到质的飞跃。
在多媒体教学的同时,也不能忽略“黑板+粉笔”的教学方式。课程中涉及大量的公式推导,如这部分内容采用多媒体教学,播放PPT速度较快,学生不容易理解,所以,仍要采用黑板教学。故在采用多媒体教学的同时,还要结合黑板教学,这样教学效果会更加理想。
三、教学方法多样化
1.由浅入深
在教学中,由浅入深的方法用得较多。如交流绕组的教学,一般的教科书都是开门见山地阐述绕组理论,学生无从着手,普遍反映难学,不好理解。究其原因就是没有采用由浅入深的教学方法。开始就是深奥的理论,学生很难接受,很难入门。因此笔者改变传统的教学模式,先从最简单的交流电机模型讲起,循序渐进。首先是模型结构,其次是工作原理,再次是关键问题,如旋转磁场,然后再演变结构,以最简单的三相绕组代替永久磁铁,通三相交流电流产生的旋转磁场代替永久磁铁旋转产生的旋转磁场,最后再由简单的三相单层集中绕组逐渐演变成单层分布绕组、双层整距分布绕组、双层短距分布绕组。又如绕组在磁场中运动产生电动势的分析和计算,采用的也是该教法,即先从一根导体开始分析,然后是整距线圈、短距线圈、线圈组、相绕组,最后是三相绕组。类似的还有绕组通交流电流产生的磁动势,等等,由浅入深地讲授,学生容易理解和掌握。
2.横向联系
横向联系是指与以往所学相关课程的联系。《电机学》与《物理》、《电路与磁路》等基础课程联系极为密切,可以说各种电机的理论基础是“磁生电”、“电生磁”和“电磁力”这三大基本规律。学习本课程前需掌握的概念、定律主要有安培环流定律、磁路的基尔霍夫第一定律、磁路的基尔霍夫第二定律、磁路的欧姆定律、电磁力定律、电磁感应定律及铁磁材料的特性等。这些内容由于学时少,在绪论中是不讲的。而在教学过程中,要用到上述定律时,及时补充、及时联系。例如分析变压器工作原理时需补充电磁感应定律、分析电机铁心损耗时需补充铁磁材料的特性、分析电动机工作原理时需补充电磁力定律等,通过广泛的横向联系,使学生在学习中思路更加清晰,概念更加明确,可以收到事半功倍的效果。
3.纵向类比
纵向类比是指本课程前后各章节即各类电机之间的类比。在教学中,应加强纵向联系,帮学生综合分析、比较,辨别各类电机的异同,使学生真正掌握所学内容。如三相同步电动机和三相异步电动机,从结构来说,定子铁心和三相电枢绕组完全相同,转子铁心和转子绕组的结构却截然不同。三相异步电动机的转子绕组是短路绕组,其运行时的转子电流是由于转子绕组切割定子旋转磁场产生的感应电流,是交流电;而三相同步电动机的转子绕组是励磁绕组,其运行时须通入外加的直流电励磁,正是这个区别使得异步电动机和同步电动机的运行原理不同:一个是转子转速低于定子旋转磁场的转速而异步转动,一个是转子转速等于定子旋转磁场的转速而同步转动。这样,不仅讲解了三相同步电动机,对三相异步电动机的认识也进一步深化,一举两得。
在教学中,有许多内容可以采用纵向类比。如三相异步电机的等效电路与变压器的等效电路类比;同步发电机与直流发电机工作原理类比;同步发电机的并网运行与变压器的并联运行类比,等等。通过纵向类比,使复杂问题简单化,既讲授了新知识,又巩固了旧内容,加深学生的理解,使其学习思路清晰,并进一步提高逻辑思维能力,学生易接受,温故知新,提高了学习效率。
除了上述几种方法,还有启发式、由近及远等教学方法。不同的教学内容,应采用不同的教学方法,只要多种教学方法灵活结合运用,就能收到较好的教学效果。
另外,笔者注重第一堂课的教学。在第一堂课上,让学生明白本课程的学分、课程性质、先修课程、后期课程、在电力系统中的作用、电机分类与教学内容(结合讲)、考核方式(注重平时成绩)、学习方法及要求等,使学生从第一堂课起就知道为什么要学这门课,以及如何正确对待本课程考试,从而调动学习的积极性,培养学生自主学习的能力,改善学习风气,促进教学。
《电机学》是一门内容丰富、理论抽象、系统性很强的课程。笔者在教学实践过程中,针对本课程内容多、教学学时少、学习难度大的特点,合理安排教学内容,应用多媒体等现代化手段教学,采用灵活多样的教学方法,并注重第一堂课教学,取得了良好的成效。
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