《微特電機(jī)及系統(tǒng)》教學(xué)改革與實(shí)踐

摘要：《微特電機(jī)及系統(tǒng)》是電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)控制研究領(lǐng)域的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)課。針對(duì)新成立的應(yīng)用型本科院校，為了提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型應(yīng)用人才，本文從教學(xué)內(nèi)容、方法、手段以及實(shí)踐環(huán)節(jié)幾個(gè)方面，提出了《微特電機(jī)及系統(tǒng)》課程建設(shè)的改革與實(shí)踐。實(shí)踐表明，學(xué)生學(xué)習(xí)《微特電機(jī)及系統(tǒng)》的積極性和主動(dòng)性提高，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造型思維，在教學(xué)實(shí)踐中取得了較好的成效。

關(guān)鍵詞：微特電機(jī)及系統(tǒng)；教學(xué)改革；實(shí)踐；電氣工程及其自動(dòng)化

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）38-0049-02

微特電機(jī)系統(tǒng)通常是由與常規(guī)電機(jī)結(jié)構(gòu)、性能、用途或原理不同，體積和輸出功率較小的微型特種精密電機(jī)、控制器及驅(qū)動(dòng)硬件電路組成的復(fù)雜系統(tǒng)。融合了電機(jī)、計(jì)算機(jī)、電力電子、控制、機(jī)械、新材料和新工藝等高新技術(shù)，是現(xiàn)代武器裝備、工業(yè)自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化和家庭生活自動(dòng)化不可缺少的重要技術(shù)[1]。本文結(jié)合新成立的本科院校的特點(diǎn)，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，準(zhǔn)確定位本課程在電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)中的地位和作用，對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容、方法及實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行改革與實(shí)踐，為培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型應(yīng)用人才提供必須的平臺(tái)與保障。

一、教學(xué)改革與實(shí)踐

1.人才培養(yǎng)目標(biāo)定位。針對(duì)新成立的應(yīng)用型二本院校的特點(diǎn)，明確人才培養(yǎng)目標(biāo)定位，在明確課程地位的基礎(chǔ)上做好課程性質(zhì)、任務(wù)和教學(xué)目標(biāo)的細(xì)化工作[2]。學(xué)校提出以“應(yīng)用型人才”作為人才培養(yǎng)的最終目標(biāo)，落實(shí)到《微特電機(jī)及系統(tǒng)》這門(mén)課程中，就是要培養(yǎng)出能夠?qū)⑽⑻仉姍C(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，能夠在微特電機(jī)系統(tǒng)遇到的問(wèn)題中，分析、定位好問(wèn)題的所在，提出問(wèn)題解決方案的應(yīng)用型人才。

2.教學(xué)內(nèi)容的改革與實(shí)踐。①增加預(yù)備知識(shí)。《微特電機(jī)及系統(tǒng)》是以電機(jī)學(xué)和電機(jī)拖動(dòng)基礎(chǔ)等課程為基礎(chǔ)，但有些同學(xué)電機(jī)基礎(chǔ)薄弱，因此在課程講授前，應(yīng)將電機(jī)學(xué)的基本內(nèi)容和概念作詳細(xì)講解[3，4]，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。②優(yōu)化課程體系，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。筆者所在的學(xué)校電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)主要分為電力系統(tǒng)、高電壓技術(shù)與電氣工程三個(gè)學(xué)科方向。教學(xué)計(jì)劃將課程分為：公共基礎(chǔ)課、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課、專(zhuān)業(yè)限選課、專(zhuān)業(yè)任選課等，縮短專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)時(shí)，精簡(jiǎn)課程教學(xué)內(nèi)容，形成“伺服電機(jī)—測(cè)速發(fā)電機(jī)—步進(jìn)電機(jī)—自整角機(jī)—旋轉(zhuǎn)變壓器—永磁無(wú)刷直流電機(jī)”的教學(xué)主線，通過(guò)試點(diǎn)，取得了滿意的效果。③增加新型電機(jī)教學(xué)內(nèi)容。隨著控制技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)在很多方面突破了傳動(dòng)概念，已經(jīng)不再局限于傳動(dòng)的電磁理論，而是與其他學(xué)科相互結(jié)合、互相滲透。

3.教學(xué)方法與手段改革。①采用推理式教學(xué)方法。采用推理思路教學(xué)，如交變電流→交變磁場(chǎng)→交變磁通→交變電勢(shì)→電流→電磁轉(zhuǎn)矩，推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而輸出機(jī)械功率。通過(guò)諸如此類(lèi)的推理式教學(xué)，學(xué)生不僅可以準(zhǔn)確理解“電機(jī)的本質(zhì)就是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換工具”，而且有利于他們理解電機(jī)的可逆性原理。②采用對(duì)比式教學(xué)方法。大部分微特電機(jī)在結(jié)構(gòu)和分析方法上存在共性內(nèi)容，因此，比較不同種類(lèi)的微特電機(jī)結(jié)構(gòu)和原理，根據(jù)已經(jīng)學(xué)習(xí)的內(nèi)容幫助學(xué)生掌握新知識(shí)。如學(xué)生對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)和磁阻電機(jī)的原理和控制方法理解比較困難，而對(duì)步進(jìn)電機(jī)非常熟悉，這時(shí)，可根據(jù)步進(jìn)電機(jī)工作原理和控制方式來(lái)講解開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的內(nèi)容。③互動(dòng)法教學(xué)。采用互動(dòng)法教學(xué)，積極發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，如在講解直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理時(shí)，應(yīng)根據(jù)其與普通直流發(fā)電機(jī)原理的相似性，提問(wèn)學(xué)生，讓學(xué)生回憶已學(xué)過(guò)的直流發(fā)電機(jī)的相關(guān)內(nèi)容，然后再分析直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的獨(dú)有特性。同時(shí)還可以采用課堂討論的方式，如解決永磁式同步電機(jī)啟動(dòng)問(wèn)題，首先討論得出無(wú)法自啟動(dòng)的原因：第一，轉(zhuǎn)子本身存在慣性；第二，定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)之間轉(zhuǎn)速相差太大，進(jìn)而得出永磁式同步電機(jī)自行啟動(dòng)方法：在轉(zhuǎn)子上安裝啟動(dòng)繞組，啟動(dòng)時(shí)，依靠鼠籠式啟動(dòng)繞組產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近同步速時(shí)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就與轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)相互吸引牽入同步。這樣通過(guò)討論和歸納，學(xué)生就明白了為什么永磁式同步電機(jī)轉(zhuǎn)子上會(huì)安裝啟動(dòng)繞組。④理論聯(lián)系實(shí)際教學(xué)。學(xué)習(xí)《微特電機(jī)及系統(tǒng)》目的是為了應(yīng)用，教師講解時(shí)只要重點(diǎn)把握微特電機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理，并增加應(yīng)用實(shí)例，激發(fā)學(xué)生的興趣。如在講解微特電機(jī)的基本用途時(shí)，一枚導(dǎo)彈中需要60多臺(tái)電機(jī)，僅一艘潛艇導(dǎo)航儀表配套設(shè)備就用90多臺(tái)電機(jī)，并采用多媒體動(dòng)畫(huà)教學(xué)的方法演示隨動(dòng)系統(tǒng)跟蹤和定位過(guò)程，形象地讓學(xué)生了解隨動(dòng)系統(tǒng)中的力矩電動(dòng)機(jī)、自整角機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)在其中所起的作用。當(dāng)學(xué)生聽(tīng)到和看到這些生動(dòng)的微特電機(jī)應(yīng)用實(shí)例，他們就會(huì)明白《微特電機(jī)及系統(tǒng)》這門(mén)課程和高新技術(shù)是緊密結(jié)合的，具有廣泛的用途，能激發(fā)學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)興趣。

二、實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革

1.理論教學(xué)穿插實(shí)驗(yàn)教學(xué)。結(jié)合電子與電氣工程學(xué)院電工實(shí)驗(yàn)中心為國(guó)家與地方共建項(xiàng)目的契機(jī)，添置了新的微特電機(jī)教學(xué)模型和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在進(jìn)行理論教學(xué)的過(guò)程中穿插實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教學(xué)模型通電時(shí)，可以讓學(xué)生直觀的看到電機(jī)運(yùn)行中的起動(dòng)過(guò)程、制動(dòng)和可逆等。因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，對(duì)電機(jī)也有了直觀的認(rèn)識(shí)。

2.嚴(yán)格要求實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告。在學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前，應(yīng)詳細(xì)檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告，應(yīng)該包括以下幾個(gè)方面：本實(shí)驗(yàn)的目的、該電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理、電機(jī)的靜態(tài)特性和調(diào)節(jié)特性、轉(zhuǎn)速如何調(diào)節(jié)、主要性能參數(shù)和指標(biāo)有哪些、控制系統(tǒng)硬件組成、完成本實(shí)驗(yàn)需要用到的儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)的具體步驟等，可通過(guò)提問(wèn)的方式完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的檢查，使得學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)有整體的把握，使他們帶著目的做實(shí)驗(yàn)，這樣在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中易于發(fā)現(xiàn)、解決問(wèn)題。

3.增加設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)都是單一的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，為培養(yǎng)創(chuàng)新性應(yīng)用人才，設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)勢(shì)在必行。在設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)中，教師只需給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)要求和注意事項(xiàng)，具體的實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)步驟、以及所需的儀器設(shè)備，都由學(xué)生自己擬定。

4.專(zhuān)業(yè)方向課程設(shè)計(jì)。由于《微特電機(jī)及系統(tǒng)》課程的特殊性，通常的考核方式難以體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，在結(jié)束理論學(xué)習(xí)后，要增加兩周的專(zhuān)業(yè)方向課程設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核，將每五個(gè)學(xué)生分成一組，選擇以不同的微特電機(jī)為對(duì)象，給出設(shè)計(jì)要求，完成控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)工作，最后通過(guò)答辯確定學(xué)生成績(jī)，這樣可以充分激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。

《微特電機(jī)及系統(tǒng)》是一門(mén)內(nèi)容豐富、理論抽象、實(shí)踐性非常強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制方向?qū)I(yè)課程。在課程教學(xué)中，應(yīng)進(jìn)一步豐富內(nèi)容，盡可能大的提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主觀能動(dòng)性，采用多種靈活的教學(xué)方法，注意理論聯(lián)系實(shí)際，特別注重實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，改革課程考核方式，拓展學(xué)生的知識(shí)面，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力，從而取得令人滿意的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]刁小燕，朱熀秋，楊澤斌，等.《微特電機(jī)》課程的教學(xué)與實(shí)踐[J].天津：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2011，23（4）：158-160.

[2]李培根.主動(dòng)實(shí)踐——?jiǎng)?chuàng)新能力培養(yǎng)的關(guān)鍵[N].華中科技大學(xué)周報(bào).

[3]李文輝，丁守成.電機(jī)類(lèi)課程教學(xué)改革的研究與實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2004，26（5）：18-20.

[4]朱偉興，李新城等.以學(xué)生為主體改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，4（1）：51-53.

作者簡(jiǎn)介：張濤（1978-），男，漢族，江蘇淮安人，博士，淮陰工學(xué)院講師，主要從事特種電機(jī)、無(wú)軸承電機(jī)、高速電機(jī)及其控制技術(shù)的研究與教學(xué)工作；倪偉（1965-），男，漢族，江蘇江陰人，教授，碩士生導(dǎo)師，淮陰工學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院院長(zhǎng)，主要從事電機(jī)及其控制技術(shù)的教學(xué)和科研工作。