《機電傳動控制》課程實驗教學改革探討

朱曉翠　張新戈　王繼利

【摘 要】《機電傳動控制》是機械電子工程專業的一門必修的專業基礎課，是電知識結構的軀體。通過該課程的學習，學生不但能夠掌握電機、電器等的工作原理、特性及應用，而且能夠了解最新控制技術在機械設備中的應用，為日后的學習和工作做了充足的準備。其中開設的實驗課是該課程主要的實踐環節，針對以往只注重理論知識的傳授，輕視實驗教學這一問題，探索在實驗教學內容、教學方法等方面進行改革的嘗試，在實驗教學中取得了良好的教學效果。

【關鍵詞】機電傳動控制；實驗教學改革；實踐探索

0 前言

《機電傳動控制》是一門理論性及實踐性都非常強，且具有重要工程應用價值的課程。該課程主要以電機、電器等的基本理論和基本知識為支撐，本著原理與應用兩者并重，元件與系統二者緊密結合的理念[1]。課程的講授過程須要有相應的實踐教學環節與之配合，即實驗教學環節。通過該環節，不但能消化、理解學生課堂上學到的理論知識，提高其動手能力，而且能培養學生分析問題與解決問題的能力，為日后進一步學習深造及畢業后從事專業工作打下堅實的基礎。

在講授《機電傳動控制》課程開設的實驗課“直流他勵電動機機械特性實驗”時，我發現存在以下幾方面問題：第一，電機的內部結構較復雜，工作原理抽象，學生難于理解；第二，授課內容單一、枯燥無味，調動不起學生的學習興趣；第三，實驗裝置老套，沒有過載保護；第四，學生們的學習態度不積極，忽視實驗教學環節，部分學生只是為了應付，取得學分。因此，對《機電傳動控制》中開設的“直流他勵電動機機械特性實驗”課進行教學改革勢在必行。

1 教學內容的改革

機械工程類專業是實踐性很強的專業，其動手能力的培養尤為重要。實驗教學是其實踐性的主要環節，該環節既能提供理論知識應用于實際的機會，又能充分發揮和提高學生們的動手能力[2-3]。由于該實驗課涉及電機的內部結構較復雜、工作原理較抽象，實驗課時又有限，如何在有限的時間內讓學生熟練地掌握電機的相關知識，電機性能的測量方法，培養學生的解決問題、分析問題的能力，成為該實驗教學改革的關鍵。因此，依據本實驗的授課特點，結合當前學生的就業需求，對實驗內容進行了篩選，既保證學生對電機及其特性測試原理有全面的了解，又著重講解學生日后在實際工作中將要用到的知識。

實驗進行的整個過程中，首先是要規劃一條課程主線，將各知識點用這條主線串聯起來，這樣使實驗課的授課內容變得條理清晰，具有很強的邏輯性[4-5]。將該實驗課的內容劃分為三大部分：（1）直流電機的結構介紹；（2）直流電機結構虛擬拆裝及工作原理動畫；（3）電機特性測量及實驗裝置改進。

1.1 直流電機結構虛擬拆裝及工作原理虛擬動畫

直流電機具體結構包括兩部分，分別是定子和轉子。定子的主要作用是產生主磁場，而轉子的主要作用是產生感應電動勢，并產生機械轉矩，以此實現能量的轉換。其中，定子由主磁極、換向極、機座和軸承等組成；轉子主要由電樞鐵芯、電樞繞組、換向器等元件組成。由于電機的結構較復雜，講起來很空洞，故將其結構的虛擬拆裝內容增添到實驗課上，這樣將空洞的問題實體化。其工作原理較抽象，這部分單憑老師依照課本去講，學生理解起來較苦難，故課程內容添加工作原理的虛擬動畫，不但讓學生對該部分內容有了感性認識，還加深了學生對該理論的理解，達到事倍功半的效果！而且為實驗課內容的創新開辟了先河！

1.2 直流電機機械特性測量

該實驗裝置是以電機作為被測對象，通過測功機的動力加載，完成直流電機機械特性的測量。實驗中的被測電機額定電壓是220V、額定電流是1.2A、額定轉速是1600r/min、額定功率是185W。整個實驗需要測量電機的固有機械特性及人為機械特性。

1.2.1 固有機械特性

固有機械特性是電機的自然特性，指在額定條件下電機轉矩與轉速之間的關系。理論上通過兩點法就能繪制電機轉矩與轉速關系曲線。這兩點分別是額定轉矩、轉速點和空載點。

1.2.2 人為機械特性

人為的機械是非額定狀態下，電機的轉矩與轉速之間的關系。有三種改變方式：電樞回路串接附加電阻；改變電樞電壓；改變磁通。

1.3 實驗裝置改進

本套實驗裝置是10年前為開設該部分內容購置的實驗系統，經過幾年實驗下來，發現如果操作有誤，系統中的電阻就會燒毀，整個實驗臺就不能繼續工作，并且檢測燒毀電阻的具體部位很麻煩，這樣就很費時，嚴重影響實驗教學。故在原實驗臺的基礎上，加上過載保護，當出現誤操作時，系統報警，使本科實驗能正常進行。

2 教學方法的改進

2.1 多媒體技術的應用

鑒于該實驗的特點：直流電機結構及工作原理抽象，而這些抽象的問題單憑老師的講解，學生不容易理解。將多媒體技術融入到實驗課上，上述問題迎刃而解。將直流電機的拆裝動畫、工作原理的視頻等多媒體結合在一起，使直流電機的結構、及工作中的勵磁過程活靈活現的展現在學生面前，不但加深了學生對直流電機結構及工作原理的理解，又激發了他們的學習興趣，使枯燥的課堂變得生動有趣。

2.2 教與學的互動

以往該實驗的授課多是老師將實驗裝置的連線直接連接完，然后由老師按照實驗步驟一步一步的完成，整個實驗都以教師為主，學生為輔。最終學生只能是得出個實驗結果，至于實驗如何做的，為什么要這樣做，學生們不是很清楚。這種授課方式導致學生的動手機會很有限。基于此，提出了教與學互動的教學模式：首先做實驗之前布置學生課后復習實驗內容，上課時在回顧關于該實驗課的理論知識的基礎上，介紹儀器設備結構、工作原理及使用方法。實驗前的準備工作完成后，以每組8人將學生分兩組，然后由學生自己連接實驗臺，親自動手測量電機的機械特性。實驗過程中，通過調節負載電阻及電壓，觀察電機轉矩與轉速的變化，最終繪制出其機械特性曲線圖。實驗完成后要求每位做實驗的同學談談自己的體會及實驗課有待改進的地方，最后由老師對課堂情況進行總結。幾輪課下來，該授課方法取得了極好的授課效果！

3 結論

經過幾屆的實驗教學，不斷研究《機電傳動控制》課中“直流他勵電動機機械特性實驗”課的授課特點，綜合運用各種教學理念及方法，大力激發了學生們的學習興趣、充分調動其學習的積極性，不斷拓寬其視野、發揮其創造性，提高其動手能力，培養學生們的創新意識。在教學質量和教學效果上得到了很大的提高。

【參考文獻】

[1]馮清秀，鄧星鐘，等.機電傳動控制[M].武漢：華中科技大學出版社，2011，6.

[2]吳濤，尹志宏.“機電傳動控制”課程的研究型教學模式[J].實驗室研究與探索，2013，32（1）.

[3]熊新，馬如宏.《機電傳動控制》教學方法探討[J].產業與科技論壇，2009（7）.

[4]李雪，等.機電控制工程基礎課程的教學改革實踐研究[J].科技信息，2010（29）.

[5]白巖，等.《機電傳動控制》課程教學的研究與改進[J].教育教學論壇，2014（37）.

[責任編輯：湯靜]