直流電機(jī)教學(xué)方法新探討

惠阿麗

摘要：本文針對電機(jī)類課程中直流電動機(jī)和直流發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)，將多媒體視頻、比較法和任務(wù)驅(qū)動法應(yīng)用于課程講解過程中，以提出問題、分析問題、解決問題為主線，應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，引導(dǎo)學(xué)生由舊知識推理新知識；強(qiáng)調(diào)實(shí)際動手，在實(shí)踐中檢驗(yàn)所學(xué)知識，從而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：直流電機(jī)；任務(wù)驅(qū)動法；比較法電磁感應(yīng)；多媒體

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）12-0165-02

一、引言

電機(jī)課程作為自動化、電氣控制及其自動化等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，囊括了各類電機(jī)的原理與應(yīng)用。直流電機(jī)作為電機(jī)課程中重要的一部分內(nèi)容，是學(xué)生將電磁物理應(yīng)用于具體物理模型理解其工作原理并實(shí)際應(yīng)用的重要切入點(diǎn)，其內(nèi)容具有概念抽象、公式和結(jié)論較多等特點(diǎn)[1-3]。而電磁學(xué)作為學(xué)習(xí)電機(jī)課程的先導(dǎo)課程，其理論抽象、難以理解，同時由于實(shí)際條件的局限，也沒有較多的實(shí)驗(yàn)設(shè)備支撐課堂教學(xué)來給學(xué)生展示電磁理論的現(xiàn)象，因此學(xué)生對電磁學(xué)的掌握只有公式、原理的記憶，而沒有真正的感受現(xiàn)象和理解本質(zhì)。

針對以上特點(diǎn)，對于直流電機(jī)的教學(xué)采用多媒體動畫視頻為主、板書為輔的教學(xué)方式，運(yùn)用比較教學(xué)法和任務(wù)驅(qū)動激發(fā)學(xué)生的興趣和解決實(shí)際問題的能力。

二、多媒體視頻在教學(xué)中的應(yīng)用

鑒于電磁感應(yīng)原理的抽象，對直流電動機(jī)的工作原理借用視頻短片形象的呈現(xiàn)，如圖1所示。

在理解了直流電動機(jī)的基本工作原理的基礎(chǔ)上提出問題：如果現(xiàn)在同樣的結(jié)構(gòu)，沒有給直流電源，而是用外力使線圈轉(zhuǎn)動起來，會發(fā)生什么？如此來引導(dǎo)學(xué)生自行運(yùn)用電磁感應(yīng)原理推導(dǎo)出直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理。至此直流電機(jī)的基本工作原理都了解后，提出“直流電機(jī)同樣的物理結(jié)構(gòu)，到底是電動機(jī)還是發(fā)電機(jī)？”的問題而引出直流電機(jī)中重要的直流電機(jī)可逆性原理，引導(dǎo)學(xué)生討論最終給出答案，并結(jié)合視頻短片驗(yàn)證結(jié)論。在圖2直流電機(jī)可逆性視頻截圖左圖中綠色齒輪的直流電機(jī)連接黑色直流電源，作為電動機(jī)使用，通過綠色齒輪轉(zhuǎn)動來帶動紅色齒輪同步轉(zhuǎn)動起來，紅色齒輪的電動機(jī)是作為發(fā)電機(jī)工作，因而使得兩個燈泡負(fù)載發(fā)亮。而在右圖中僅僅是調(diào)換了兩個電機(jī)的位置，即給紅色齒輪直流電機(jī)提供直流電源，因此紅色齒輪直流電機(jī)工作在電動機(jī)狀態(tài)來帶動綠色齒輪轉(zhuǎn)動，使綠色齒輪直流電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，從而為負(fù)載燈泡提供電能使其發(fā)亮。

三、比較教學(xué)法的應(yīng)用

比較教學(xué)法也稱對比教學(xué)法，是教師在教學(xué)過程中，著重體現(xiàn)確定教學(xué)內(nèi)容之間相同和不同關(guān)系的思維過程和方法，是一種利用比較來找出各種電機(jī)的共性和特點(diǎn)，加深對各種電機(jī)原理的理解方法，有助于學(xué)生對知識的消化與吸收，使學(xué)生獲得的新知識更加準(zhǔn)確，已學(xué)的舊知識更加深刻，真正的溫故而知新[4，5]。

在講述直流電機(jī)基本結(jié)構(gòu)和工作原理時，給出直流電機(jī)的簡單物理模型后，引導(dǎo)學(xué)生在先線圈轉(zhuǎn)起來和先給線圈電流兩種不同情況下，由電磁感應(yīng)的相關(guān)知識推導(dǎo)出的不同情況下的能量傳遞和電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而自己推導(dǎo)出直流電機(jī)的工作原理。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生將物理模型對應(yīng)的電路圖畫出，得到直流電機(jī)的電壓平衡方程。通過如此的推導(dǎo)過程最后獨(dú)立完成表1。在這一過程中，通過學(xué)生自己的推導(dǎo)、分析、論證，深刻體會直流電機(jī)的基本工作原理和其可逆性，以及直流電動機(jī)和發(fā)電機(jī)中電勢、轉(zhuǎn)矩的不同作用和性質(zhì)。

上表中，Ua為電樞端電壓，Ea為電機(jī)感應(yīng)電勢，Ia為電樞電流，Ra為電樞總電阻；Tem為電磁轉(zhuǎn)矩，TL為電機(jī)軸上外轉(zhuǎn)矩，T0為電機(jī)總阻轉(zhuǎn)矩。

四、任務(wù)驅(qū)動法

任務(wù)驅(qū)動法是指在學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生在教師的幫助下，緊緊圍繞一個共同的任務(wù)活動中心，在強(qiáng)烈的問題動機(jī)的驅(qū)動下，通過對學(xué)習(xí)資源的積極主動應(yīng)用，進(jìn)行自主探索和互動協(xié)作的學(xué)習(xí)，并在完成既定任務(wù)的同時，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生一種學(xué)習(xí)實(shí)踐活動。任務(wù)驅(qū)動法以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)，最根本的特點(diǎn)是“以任務(wù)為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”，使學(xué)生主動建構(gòu)探究、實(shí)踐、思考、運(yùn)用、解決的學(xué)習(xí)體系[6-8]。

在學(xué)習(xí)了直流電機(jī)理論知識后，教師布置實(shí)際動手作業(yè)——做一個簡易直流電機(jī)，最后將學(xué)生中比較優(yōu)秀的作品展示給大家相互學(xué)習(xí)，相互勉勵。在實(shí)際動手的過程中，學(xué)生再次對所學(xué)的理論知識深刻體會，同時發(fā)揮各自的想象力和創(chuàng)造力，尋找身邊可用素材材料實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的換向和轉(zhuǎn)動。此過程中，有學(xué)生制作的電機(jī)換向時出現(xiàn)了火花，通過現(xiàn)象看本質(zhì)，這是有效的學(xué)習(xí)。通過這一現(xiàn)象，學(xué)生提出各種改進(jìn)以消除摩擦火花的舉措，真正提高了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。圖3為學(xué)生制作的各種直流電機(jī)和換向器摩擦火花現(xiàn)象。

五、教學(xué)效果

電機(jī)學(xué)是基于抽象的電磁感應(yīng)原理的理論推理課程。傳統(tǒng)的教學(xué)方法使得課程枯燥難于理解，在應(yīng)用了多媒體動畫后，學(xué)生的感性認(rèn)識加強(qiáng)，興趣也逐漸提高了。在采用對比教學(xué)法和任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法后，教師只是提出了相關(guān)的探究性任務(wù)，學(xué)生可以應(yīng)用各種方法達(dá)到目的，對學(xué)生的要求也因人而異，每個學(xué)生只要努力了、進(jìn)步了，教師就會給予一定的肯定和評價，這樣讓每個學(xué)生都有了成就感，也增強(qiáng)了他們的自信心，課堂氣氛明顯活躍了。在直流電機(jī)實(shí)物作業(yè)展示中學(xué)生相互學(xué)習(xí)，相互勉勵。通過這些方法，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性都有了較大的提高，教師在課堂中起引導(dǎo)總結(jié)的作用，教學(xué)效果良好。學(xué)生在較為輕松愉快的學(xué)習(xí)氣氛中提高了分析問題、解決問題和對知識的綜合運(yùn)用能力。

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