提升“電機(jī)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)效果的探索

杜世勤

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提升“電機(jī)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)效果的探索

杜世勤

（上海電機(jī)學(xué)院，上海 201306）

目前，留有“電機(jī)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)的專業(yè)已經(jīng)不多，其一般作為一門電氣工程類專業(yè)的選修課。在分析現(xiàn)有“電機(jī)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中存在理論難度較高、各類電機(jī)設(shè)計(jì)程序較多、教學(xué)課時(shí)較少這些問題的基礎(chǔ)上，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和對(duì)社會(huì)及工業(yè)的適應(yīng)性的教學(xué)目標(biāo)、補(bǔ)充新知識(shí)點(diǎn)和降低理論深度的教學(xué)內(nèi)容、注重工程實(shí)踐思維的教學(xué)方法等方面進(jìn)行了教學(xué)改革的探索，并通過課后反饋，對(duì)課程教學(xué)持續(xù)進(jìn)行改進(jìn)，以期提高“電機(jī)設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)成果。

電機(jī)設(shè)計(jì)；教學(xué)改革；磁路；電路

1 概述

目前，留有“電機(jī)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)的專業(yè)已經(jīng)不多，其一般作為一門電氣工程類專業(yè)的選修課，是電機(jī)理論、電機(jī)電磁場、機(jī)械制圖、金屬材料及處理和絕緣材料等多門課程的綜合應(yīng)用，其在電機(jī)行業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用非常廣泛，是一門綜合性非常強(qiáng)、理論與實(shí)際緊密結(jié)合的課程。

“電機(jī)設(shè)計(jì)”對(duì)于學(xué)生而言是一門難度較大的課程，這是由于該課程的內(nèi)容多、涵蓋知識(shí)面廣、內(nèi)在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬于“難教難學(xué)”的課程[1]；且實(shí)踐性強(qiáng)，教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)際聯(lián)系緊密，對(duì)沒有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生來說又比較抽象。課程中的電路和電機(jī)學(xué)是較為難學(xué)的內(nèi)容，外加學(xué)生對(duì)電機(jī)的電路和磁路組成的理解不夠深入，導(dǎo)致深化到工程數(shù)學(xué)模型時(shí)，理論與實(shí)際對(duì)應(yīng)不起來。目前，電機(jī)產(chǎn)品運(yùn)用非常廣泛，同時(shí)，市場競爭非常激烈，電機(jī)企業(yè)積極采用新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝。針對(duì)以上在教學(xué)中存在的問題和電機(jī)設(shè)計(jì)發(fā)展的方向，應(yīng)及時(shí)、合理選擇課程的講授內(nèi)容。因此，對(duì)于本課程，筆者嘗試從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面進(jìn)行教學(xué)改革，以解決本課程難學(xué)難懂和理論與實(shí)際聯(lián)系的問題，切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量。

2 教學(xué)目標(biāo)的確定和教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)目標(biāo)的確定

為了規(guī)范我國高等學(xué)校工程教育，全面提高工程專業(yè)教育質(zhì)量，教育部在全國開始實(shí)施工程教育專業(yè)認(rèn)證。工程教育專業(yè)認(rèn)證以學(xué)生為中心，關(guān)注全體學(xué)生，是一種合格評(píng)估，只要“產(chǎn)出”的人均實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)，即為合格。工程教育專業(yè)認(rèn)證重視實(shí)踐教學(xué)，要求工程教育重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)踐能力和對(duì)社會(huì)及工業(yè)的適應(yīng)性[2]。

如何在“電機(jī)設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)過程中實(shí)現(xiàn)知識(shí)、能力和素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，使學(xué)生設(shè)計(jì)出電磁性能優(yōu)良的電機(jī)？筆者認(rèn)為，該課程的主要特色是理論的完整性和指導(dǎo)性，理論教學(xué)與工程實(shí)踐教學(xué)并重，但該課程計(jì)劃學(xué)時(shí)只有48學(xué)時(shí)。因此，在授課的過程中，一方面，要加強(qiáng)該課程工程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的建設(shè)；另一方面，在選用教材方面，要選用全國優(yōu)秀教材，使課程授課內(nèi)容處于領(lǐng)先地位，且針對(duì)教材中的重點(diǎn)、難點(diǎn)要加強(qiáng)講解和輔導(dǎo)。

2.2 教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

由于目前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)與電磁場數(shù)值解法的飛速發(fā)展，電機(jī)設(shè)計(jì)也隨之發(fā)展，教材的內(nèi)容也應(yīng)根據(jù)當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀不斷更新。教學(xué)過程中應(yīng)根據(jù)本課程的特點(diǎn)，精心選擇教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)補(bǔ)充新的知識(shí)點(diǎn)，使教學(xué)內(nèi)容與該領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)同步，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如，隨著學(xué)生計(jì)算機(jī)能力的提高，應(yīng)逐步增加程序計(jì)算的教學(xué)內(nèi)容，避免手工計(jì)算的費(fèi)時(shí)費(fèi)力，利用Matlab語言強(qiáng)大的圖形顯示能力，把電機(jī)設(shè)計(jì)要用到的工程數(shù)據(jù)查找圖示化。

由于“電機(jī)設(shè)計(jì)”課程的講授內(nèi)容豐富全面，有些教材甚至羅列了各種交直流電機(jī)和特種電機(jī)的設(shè)計(jì)方法，這就需要教師根據(jù)課時(shí)合理選擇講授內(nèi)容，處理好教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)課時(shí)之間的矛盾，做到由簡入繁，突出重點(diǎn)內(nèi)容。作為以培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的技術(shù)本科院校，要降低理論深度，要以點(diǎn)帶面，以生產(chǎn)生活中應(yīng)用范圍最為廣泛的中小型異步電機(jī)的設(shè)計(jì)為著力點(diǎn)，解決這一種電機(jī)的電路和磁路設(shè)計(jì)，這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

在上面提到補(bǔ)充新知識(shí)點(diǎn)和降低理論深度2個(gè)方面的基礎(chǔ)上，要注重“電機(jī)設(shè)計(jì)”是一門與工程實(shí)際聯(lián)系十分緊密的課程，在講授時(shí)應(yīng)多舉一些實(shí)例說明，比如氣隙主磁場、端部漏磁場等例子，激發(fā)學(xué)生的興趣。“電機(jī)設(shè)計(jì)”課程中應(yīng)抓住主線，以電機(jī)主要尺寸與氣隙的確定、繞組和鐵心的設(shè)計(jì)、工作和起動(dòng)性能的計(jì)算為主線，提出每個(gè)電機(jī)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)要解決的問題，接著應(yīng)用電機(jī)設(shè)計(jì)理論分析問題，反復(fù)計(jì)算來解決問題，做到以電磁計(jì)算為主線，由簡入繁，由低到高地循序漸進(jìn)，有利于學(xué)生的理解和掌握。

3 教學(xué)方法的改革

由于“電機(jī)設(shè)計(jì)”是一門學(xué)習(xí)難度較大的課程，教師在講授該課程時(shí)，一定要注意學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效果，課下及時(shí)與學(xué)生交流，最快地了解學(xué)生對(duì)于本課程知識(shí)的理解和掌握情況。除此之外，還應(yīng)在教學(xué)過程中注意教學(xué)的技巧與方法。

3.1 前后聯(lián)系，及時(shí)消化

在“電機(jī)設(shè)計(jì)”的教學(xué)過程中，由于該課程學(xué)習(xí)難度大，課程由簡到難，步步相連，在教學(xué)過程中，要處理好先修課程與本課程的關(guān)系。很多學(xué)生反映電機(jī)學(xué)學(xué)得不好，對(duì)“電機(jī)設(shè)計(jì)”課程感到擔(dān)憂，認(rèn)為自己可能學(xué)不好該課程。其實(shí)“電機(jī)設(shè)計(jì)”課程中常用電機(jī)的導(dǎo)磁和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，但是計(jì)算過程中則要求仔細(xì)一些。因此，教師要鼓勵(lì)學(xué)生，使其有信心學(xué)好本課程，并通過本課程的學(xué)習(xí)，深化理解先修課程的內(nèi)容。學(xué)生一般制圖能力較強(qiáng)，電機(jī)的結(jié)構(gòu)理解也就有了基礎(chǔ)。對(duì)于涉及其他的一些先修課程的內(nèi)容，一般要在上下一次課涉及該先修課程內(nèi)容之前，要求學(xué)生課下先復(fù)習(xí)，再預(yù)習(xí)電機(jī)設(shè)計(jì)課程的內(nèi)容。在下次課時(shí)簡單復(fù)習(xí)，會(huì)有較好的效果。

由于“電機(jī)設(shè)計(jì)”課程的內(nèi)容前后相連、環(huán)環(huán)相扣，要求學(xué)生對(duì)每次課程講授的內(nèi)容進(jìn)行課后復(fù)習(xí)，及時(shí)消化，不要影響之后的學(xué)習(xí)。

3.2 培養(yǎng)設(shè)計(jì)能力

電機(jī)設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐中，人們以設(shè)計(jì)理論分析為出發(fā)點(diǎn)，運(yùn)用了大量經(jīng)驗(yàn)的、近似的、簡化的、類比的和旁推的方法，得出了各種在電機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)踐中行之有效的計(jì)算辦法，進(jìn)而形成了一整套程式化的計(jì)算公式，這也就是人們通常說的電機(jī)設(shè)計(jì)程序。所以，人們的電機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)踐，實(shí)際上就是憑著設(shè)計(jì)上的工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，跟隨著電機(jī)設(shè)計(jì)程序中的一系列有序的計(jì)算公式，進(jìn)行著一連串的初等數(shù)學(xué)運(yùn)算[3]。

工程思維還要求學(xué)生把每一個(gè)具體電機(jī)設(shè)計(jì)當(dāng)作一項(xiàng)工程來做，比一般理論課程中的做習(xí)題要考慮的因素更多，要把電機(jī)運(yùn)行性能和電機(jī)制造成本，以及對(duì)應(yīng)企業(yè)加工工藝結(jié)合起來。

在電機(jī)主要尺寸、繞組設(shè)計(jì)、鐵心設(shè)計(jì)、磁路計(jì)算、參數(shù)計(jì)算和性能計(jì)算方面，結(jié)合實(shí)際例子，使用Matlab計(jì)算機(jī)語言計(jì)算上述各方面，得到具體數(shù)據(jù)，使電機(jī)設(shè)計(jì)的理論與工程設(shè)計(jì)操作緊密聯(lián)系在一起。

3.3 持續(xù)改進(jìn)教學(xué)方法

教學(xué)效果是檢驗(yàn)教學(xué)方法是否得當(dāng)?shù)淖罴淹緩健？梢酝ㄟ^調(diào)查，查看學(xué)生能否將所學(xué)到的知識(shí)靈活運(yùn)用到后續(xù)課程中，即教師不但要注意學(xué)生這門課的考試成績，還要關(guān)心他們后續(xù)課程的學(xué)習(xí)情況，向講授后續(xù)課程的教師了解學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)是否能夠靈活運(yùn)用，并找出不足之處，有針對(duì)性地改變教學(xué)方法。有一部分學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及電機(jī)設(shè)計(jì)，這門課程為其奠定了基礎(chǔ)，不少學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中碰到問題，能夠通過查閱課本相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合文獻(xiàn)設(shè)計(jì)相關(guān)電機(jī)，較好地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。另外，有一部分學(xué)生畢業(yè)后去了電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)或電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品應(yīng)用公司，比如上海電氣、三菱電梯、ABB等，學(xué)習(xí)電機(jī)設(shè)計(jì)課程對(duì)他們的工作有較大的幫助，他們也把工程實(shí)際操作中的問題反饋到教學(xué)中來。我們需要加強(qiáng)計(jì)算機(jī)程序在電機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用、使用軟件設(shè)計(jì)電機(jī)兩個(gè)方面的工作。

4 結(jié)束語

進(jìn)入新時(shí)代，隨著我國工業(yè)化和信息化的逐步發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)由勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)化，機(jī)器人被廣泛使用，電機(jī)除了作為傳統(tǒng)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)元器件，還被廣泛地使用在控制系統(tǒng)之中。學(xué)好“電機(jī)設(shè)計(jì)”課程，有利于技術(shù)應(yīng)用型本科學(xué)生的就業(yè)和深造。本文就如何提高學(xué)生理論應(yīng)用于實(shí)踐的能力，深化教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)方法的改革，提高教學(xué)效果進(jìn)行了探討，旨在提高該課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)合格的技術(shù)應(yīng)用型人才。

［1］徐永明，孟大偉.“電機(jī)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐［J］.中國電力教育，2009（19）.

［2］肖義平.基于工程專業(yè)認(rèn)證背景下電氣工程專業(yè)教學(xué)改革探索［J］.教育教學(xué)論壇，2014（07）.

［3］戴文進(jìn)，張景明.電機(jī)設(shè)計(jì)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2010.

2095－6835（2018）23－0068－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.23.068

杜世勤（1967—），男，研究方向?yàn)殡姍C(jī)及其自動(dòng)化系統(tǒng)、電機(jī)設(shè)計(jì)。

〔編輯：張思楠〕