基于Flash的電機學教學重難點動畫演示課件的制作

李 勇 胡建輝 連春星 劉承軍 徐永向

哈爾濱工業大學 黑龍江哈爾濱 150001

電機學是電氣工程領域非常重要的專業基礎課程之一，該課程的主要目的是使學生既能深入地了解電機內部的基本電磁關系和基本分析方法，又能掌握一定的電機系統工程應用知識。在我校電氣工程系現有的8門專業基礎課中，電機學學時最多，其重要性可見一斑。從課程的銜接上看，電機學是學習專業課的先導課程，沒有電機學，學生無法完成后續相關主要專業課程的學習。

盡管電機學課程如此重要，但學生普遍反映該課程比較難學。這其中的原因，除了電機學本身原理復雜、機種繁多、很多知識不易理解外，其知識體系的多學科交叉也是主要原因。電機學綜合了電學、機械學、磁學等多學科知識，尤其是磁學，很多物理模型不能被精確描述，像旋轉磁場這樣的基本現象又不能直觀顯示，因此學習起來確有難度。

基于上述原因，各個院校都想了很多方法和措施來提高學生的學習興趣，提高課堂授課效果，其中比較有特點的是：

(1)哈爾濱理工大學電機學，國家精品課程，PPT比較完備，個別內容還采用GIF動態演示，如感應電機的工作狀態。

(2)華北電力大學電機學，國家精品課程，采用Authorware制作了一些動畫，但由于課程內容關系，多側重于同步發電機。

(3)山東大學電機學，省級精品課程，采用圖片的方式，把各類電機的結構、特性描述得很完備，但動畫演示不多。

(4)東南大學電機學，省級精品課程，PPT課件較好，有一些動畫演示，但不全面，如交流繞組部分。

(5)西安交通大學電機學，省級精品課程，動畫演示較多，畫面特色突出，但內容也偏重于同步電機部分。

因此，現有電機學動畫演示課件的不足主要是：

(1)內容不全面，沒有充分體現出電機學課程的難點和重點。

(2)范圍不適合，很多學校側重于同步電機，但我校的平臺課中不包括同步電機部分。

(3)重點不突出，現有的動畫課件畫面簡單，沒有要點的文字說明，不利于學生理解。

(4)動畫文件比較零散，各自為戰，不成系統。如單相交流繞組和三相交流繞組以及感應電機原理和同步電機原理，都有相關性，可以用一個文件演示，便于比較和理解。

因此，研制一套具有我校特點、適于教師課堂授課和學生自學、基于動畫演示的多媒體課件系統是很有必要的。上述工作的完成，將對電機學的學習、提高學生的綜合素質起到很好的促進作用。

結合我校電機學課程的具體情況，提出了電機學教學中的若干重難點問題，設計并研制了基于Flash的動畫演示課件，實際應用效果良好。

1 電機學授課中的重難點問題

重難點指的是教學大綱要求的重點和學生認為的學習難點兩部分內容。因為課件著眼于動畫演示，所以一些很重要但又不適合用動畫來演示的知識點我們沒有選取，如變壓器的參數測試、直流電機的工作特性、感應電機的T-s曲線等。根據多年的教學經驗和學生的反饋，我們將如下內容作為本課件的主要演示對象(見表1)：

表1 電機學中的重難點問題

2 動畫演示課件的設計原則

本課件的研制既要適于教師課堂授課，又適于學生自學，因此課件的設計原則為：

(1)操作簡明，可以連續運行，也可以單步運行，便于學生仔細體會。

(2)畫面力求簡潔形象，既能反映出電機學問題的本質，又絕不能把一個電機學問題變成單純的數學問題和計算機問題。

(3)圖文并茂，對所涉及的重難點問題給出必要的文字說明，把問題的要點以簡潔的文字闡述清楚。

(4)軟件的圖形功能和嵌入功能應該比較強，尤其是電機學中的數學符號和公式比較多，軟件應當與Word，AutoCAD，Powerpoint等有很好的交互與嵌入引用。

為此，筆者選擇了Macromedia公司的二維動畫制作軟件—Flash。Flash是以流控制技術和矢量技術為代表，能夠將矢量圖、位圖、音頻、視頻和交互動作有機靈活地結合在一起，從而制作出美觀、新奇、交互性更強的動畫效果。使用Flash制作本課件具有以下優勢：

(1)使用矢量圖和流式播放技術，可以任意縮放畫面尺寸而不影響質量，動畫可以邊播放邊下載。

(2)擁有共享圖庫的功能。在Flash動畫中多次重復出現的同一幅圖片，在編輯時可以重復使用共享圖庫中的這一圖片，這樣就可以使課件更加小巧，便于播放、下載、攜帶、異地修改等。

(3)與Authorware和Powerpoint等軟件相比，Flash在修改課件方面更加方便。比如要修改課件中所有按鈕的顏色，只需要在庫中修改按鈕元件的顏色，所有按鈕的顏色就都會改變，這就提高了課件的可擴展性和再使用率。

(4)可以方便地把課件做成可執行文件，教師演示和學生學習時，不需要Flash的軟件環境，在Windows中直接運行就可以了。

3 動畫制作與運行效果

根據上述原則，設計并制作了相關問題的演示課件，對應的要點和主要畫面為：

(1)變壓器的T型等效電路。文字介紹要突出離散參數的集中化問題、歸算的基本原則和二次側電流方向問題。主頁面和中間過程如圖1和圖2所示。

圖1 演示課件的主頁面

圖2 變壓器的T型等效電路中間過程

(2)變壓器的阻抗三角形。文字介紹要突出阻抗三角形的概念、負載性質和負載電流變化時阻抗三角形的變化規律問題。兩種情況下的動態過程如圖3和圖4所示。

圖3 負載性質變化時阻抗三角形的動態變化

圖4 負載電流變化時阻抗三角形的動態變化

(3)不同負載性質時變壓器的電壓變化率。文字介紹要突出負載性質不同時電壓變化率的正負問題、電壓變化率的最大值與最小值問題。運行過程略。

(4)直流發電機的工作原理。文字介紹要突出線圈電勢的波形、換向器的整流作用和元件多少的影響3個核心問題。中間過程如圖5和圖6所示。

圖5 直流發電機線圈電勢的性質

圖6 直流發電機原理演示的中間過程

(5)并勵直流發電機的自勵過程。文字介紹要突出剩磁的作用、正反饋過程和臨界電阻的概念。中間過程略。

(6)單相和三相交流繞組磁勢的性質。文字介紹要突出單相交流繞組磁勢的分解與性質、脈振磁場特征、三相交流繞組合成磁勢的性質、旋轉磁場特征。中間過程如圖7和圖8所示。

圖7 單相交流磁勢的性質

圖8 三相合成磁勢的性質

(7)感應電機與同步電機的工作原理。文字介紹要突出同步電機的運行原理、感應電機單邊勵磁結構的特殊性、轉子繞組連接方法的特殊性以及感應電機的運行原理。中間過程如圖9～11所示。

圖9 永磁同步電機結構對比

圖10 感應電機的運行原理

圖11 不同轉速下的轉矩變化

4 結束語

電機學課程有其特殊性，以旋轉磁場為代表的一類問題具有原理復雜、形象不直觀、難以理解的共同特點。以大綱中的一些重難點問題為研究對象，設計并研制了基于Flash的動畫演示課件，并輔以必要的文字說明，使得課件圖文并茂，要點突出。所研制的課件實際使用效果良好，非常受學生歡迎。

[1]乜勇,張慕華.電子教案在課堂教學中有效運用探究[J].現代教育技術,2009,12(19):133-136.

[2]楊巍,何曉玲,王軍,楊挺.多媒體教學方法的研究[J].中國現代裝備教育,2008(9):50-51.

[3]施偉鋒.教學模式改革是提高工科研究生科研能力的良好切入點[J].高教論壇,2010(9):99-101.

[4]王衛東.多媒體在教學中的應用思考[J].工會論壇,2008,14(4):128.