基于JMAG軟件的《電機學》翻轉課堂教學實踐探索
——基于JMAG 軟件的課堂翻轉教學

郭玉敬

（河海大學能源與電氣學院，江蘇南京 211100）

1 問題介紹

電機學是電氣工程及其自動化專業的一門主要技術基礎課，是一門集電、磁、機械為一體的課程，涉及多物理場知識，且較多原理性內容。傳統的電機學教學方法主要為課堂教學和實驗教學兩個方面: 課堂教學以文字和圖片為素材，難以生動形象地介紹原理性內容，且采用學生聽、老師講的方式，學生參與度很低，學習效果不理想，而實驗教學對電機原理性內容涉及很少。因此從傳統的教學方式中學生很難對電機學中的一些原理性問題有充分的理解和認識，課堂改革十分必要。

翻轉課堂是近年來實施有效的教學方式之一，它能充分調動學生的學習興趣和學習積極性，將講授型課堂變為引導性和討論性的課堂。因此可將翻轉課堂引入到電機學教學中，將部分重要但又抽象的內容進行翻轉課堂學習是十分必要的。

翻轉課堂教學方式需有可操作的平臺工具才能達到預期效果，有限元軟件具有可視化操作是一種不錯的選擇。JMAG 軟件是近年來新興的有限元分析軟件，相比ANSYS 等有限元軟件，該軟件操作簡單，模型參數可通過界面進行參數設置，且界面十分友好，短時間內便能掌握電機基本參數的設定，還可展示電機不同參數下的磁力線分布，在不同負載下的特性輸出等。因此電機學課堂中可引入JMAG 軟件，以提供翻轉課堂中的快捷有效的平臺工具。

2 電機學翻轉課堂案例

2.1 準備工作

在教學內容方面，教師應對翻轉課堂的教學內容有所選擇，需結合教學進度選擇重要卻難理解的內容為翻轉課堂內容，必要時可以將幾點內容合為一堂課進行翻轉課堂教學，因此要在開課前提前進行內容規劃。

在教學組織方面，應提前給學生劃分課堂小組，每班劃分若干小組，小組成員不宜太多，便于小組成員之間相互交流和討論，并互相合作完成課堂任務。

在平臺及工具準備方面，可讓學生進入學校電機學學習平臺，若學校沒有學習平臺可建立微信群、QQ群等進行布置任務、材料發放、材料收集等工作。另外在翻轉課堂開始前需拿出時間讓學生對JMAG 軟件進行熟悉，必要時進行課堂學習，幫助學生做到熟練改變電機參數，并熟悉各性能參數的顯示界面。

2.2 任務下達

翻轉課堂需給學生留充分的準備時間，因此任務下達時間應較課堂時間至少提前一周。內容可以一個教學難點為主，涉及2～3 個其他教學難點或重點，并告知學生可自行有延伸。

該文以異步電機變極調速為例進行說明。提前一周時間讓學生進行準備工作，并以變極調速內容為主，要求學生在電機結構不變的前提下，在軟件中設置異步電機定子極對數為1 和2（或者極對數更多），觀察電機繞組的連接情況，計算當前參數設置下的磁場分布，并觀察磁力線分布情況以進一步確認電機的極對數，同時將定子磁場旋轉轉速與電機轉速關系，及主、漏磁通等內容相結合進行課程內容的講解，并要求在課堂上要進行參數的實時改變。

2.3 課堂內容

學生根據所布置內容進行相關內容的準備，并在課堂中通過軟件實操的圖形及其變化進行講解。在JMAG 軟件中，學生自行設置極對數參數觀察繞組連接的變化形式。

圖1 電機極對數p=1 對應的繞組連接

圖2 電機極對數p=2 對應的繞組連接

如圖1和圖2分別為設置感應電機1 對極和2 對極時對應的繞組排布，學生對繞組的排布進行分析，從而鞏固繞組排列方式的相關內容復習，增強了學生對定轉子結構及繞組排布方式的認識程度。有限元軟件不但可以展示繞組連接圖，還可結合電機界截面圖直觀看到各槽間的繞組連接方式，這比傳統的繞組連接圖更直觀，更好理解，幫助學生在電機結構的空間分布上有更深刻的認識。在講解過程中注意引導學生思考，在連接方式可變的情況下電機需要具備哪些條件，是不是可以任意連接改變的等啟發性問題。

圖3 磁力線分布圖(a) p=1,(b)p=2

通過繞組連接圖難以對電機極對數進行直觀觀察，因此需要通過磁力線分布圖來幫助學生進行感性認識。圖3(a)和(b)分別為圖1和2 中繞組連接方式下對應的磁力線分布圖。從磁力線分布圖中可以很直觀地看出，電機的極對數分別為1 和2。這兩個圖對應的電機定轉子結構并未改變，改變的只是繞組的連接方式，因此加深了學生對變極調速的概念和應用的理解。此外，讓學生觀察磁力線的分布可區分主磁通和漏磁通，觀察磁力線的動態旋轉圖可分析轉子轉速與磁場轉速的關系，幫助學生更好地鞏固相關內容。

3 教師點評

電機學翻轉課堂需在教學內容和安排上做充分準備。教師在課下對學生案例中可能遇到的問題做提前預知，否則可能不能很好地把握課堂時間。最初的翻轉教學可指定成績較好的同學開始，這樣開始就有好的效果，便于持續執行，良性發展。

不宜將每個知識點進行案例教學，不僅要看知識點是否重要，還要看對其他內容是否有幫助，是否可在同一案例進行不同內容地穿插講解，有效利用好每一堂反轉時間，提高課堂效率。

每堂課結束后應進行及時總結，遇到問題時及時更新課堂操作方式，為下一次翻轉課更好地進行做好充分準備。

4 結語

文章以電機學中異步電機變極調速為例，對電機學教學中采用有限元JMAG 軟件以翻轉課堂形式進行內容學習進行了介紹，對采用這種教學模式下應注意的問題進行了分析。JMAG 軟件能夠將抽象的電機原理直觀地以圖畫及動畫形式表現出來，翻轉課堂能夠讓學生有效參與到課堂中，提高學習效率和學習興趣，因此有限元軟件地翻轉教學是可行的。但這種模式引入電機學課堂要根據課堂需求判斷，將幾個重點且抽象的知識點放在同一堂課，利用有限元軟件進行翻轉學習可收到事半功倍的學習效果。