電機拖動理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)探索

張海

為提高《電機拖動與控制》的課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出適合社會需求的技術(shù)應(yīng)用型人才。闡述了電機拖動與控制理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容和方法。針對課程中的一些典型問題、重點和難點內(nèi)容，列舉了具體的、實用的、獨特的教學(xué)方法，使學(xué)生從實踐中去獲得知識與技能，并將所學(xué)知識積極地應(yīng)用于實踐過程中，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神和綜合實踐操作技能。

電機拖動與控制工程實踐能力理論結(jié)合實踐一、引言

電機拖動與控制是機電類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，其內(nèi)容與工程實際結(jié)合緊密，實踐性較強，包括了電機理論及應(yīng)用，拖動系統(tǒng)的原理以及控制方法，其理論知識和實踐應(yīng)用在社會生產(chǎn)各行各業(yè)中的地位都非常突出。譬如，機械加工的各種類型機床、起重機械、農(nóng)業(yè)機械以及各種控制裝置等都有典型應(yīng)用。對于機械設(shè)計及制造、機電一體化、電氣控制等專業(yè)的同學(xué)來講，能夠正確選擇、使用電機，構(gòu)建電機拖動與控制系統(tǒng)，分析和設(shè)計各種專業(yè)技術(shù)資料和圖紙，是該專業(yè)工程應(yīng)用型人才應(yīng)具備的基本能力。為適應(yīng)現(xiàn)代高等教育的改革和發(fā)展，根據(jù)應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)目標(biāo)的教育教學(xué)要求，下文就對于理論結(jié)合實踐的教學(xué)改革模式深入進(jìn)行了分析和探究，以期更好地提高應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)成效。

二、理論結(jié)合實踐提升學(xué)生專業(yè)技能

應(yīng)用型本科教育強調(diào)應(yīng)用，因此除了“學(xué)”之外也要注重“做”這一方面，實現(xiàn)實踐和理論的統(tǒng)一。山西工程技術(shù)學(xué)院是一所公辦全日制本科高校，前身是太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院，2016年學(xué)校被山西省教育廳確定為山西省高校轉(zhuǎn)型發(fā)展試點高校，成為教育部數(shù)據(jù)中國“百校工程”產(chǎn)教融合創(chuàng)新項目培育院校。我校發(fā)揮自身的煤炭資源優(yōu)勢，將實踐能力培養(yǎng)融入到教學(xué)工作中，對于我校的發(fā)展和學(xué)生的發(fā)展具有一定的現(xiàn)實意義。

1.理論與實踐結(jié)合的重要性

電機拖動與控制理論和實踐要深度結(jié)合，學(xué)生才能全面把握課程的精髓，學(xué)院系部教學(xué)計劃安排理論和實驗分列開展教學(xué)，理論部分40學(xué)時在主教學(xué)樓講授，實驗8學(xué)時在實驗樓內(nèi)開展，理論和實驗分別進(jìn)行考核，在這么短的學(xué)時內(nèi)，不利于理論和實踐的深入結(jié)合。學(xué)生知識的掌握和實踐能力的提高是一個具有反復(fù)性與無限性的過程，需要經(jīng)過實踐、認(rèn)識、再實踐、再認(rèn)識、循環(huán)往復(fù)以至無窮才能達(dá)到較為滿意的效果。基于此，依托學(xué)校現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，將實驗實訓(xùn)教學(xué)樓電機拖動與控制實驗室更立為學(xué)生理論學(xué)習(xí)和實踐動手能力提高場所，同學(xué)和老師共同參與教學(xué)，增強互動，將抽象的理論和實踐結(jié)合起來，既加深理論知識的理解，同時也激發(fā)同學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而將理論知識和實踐環(huán)節(jié)深度結(jié)合在一起，一方面便于教師進(jìn)行專業(yè)教學(xué)，另外對于學(xué)生對該課程理論知識的掌握和實踐能力的提高有了一個良好的開端。

2.教學(xué)內(nèi)容重新修訂

根據(jù)企業(yè)需求調(diào)整培養(yǎng)人才方案，因此課程目標(biāo)要及時反映社會需求，積極主動的與社會進(jìn)行溝通，結(jié)合我校地緣特點，及時將這些改進(jìn)措施落實在人才培養(yǎng)課程的編制中，推動產(chǎn)學(xué)合作的發(fā)展。傳統(tǒng)的交直流電機拖動和控制還是重點學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生通過該重點內(nèi)容的學(xué)習(xí)，對電機運行的維護(hù)和故障的分析判斷能力得到提高，加強了理論的實際應(yīng)用，山西是重要的煤炭資源生產(chǎn)基地，教師可以酌情介紹煤炭生產(chǎn)中應(yīng)用的防爆電機、軟啟動器、強迫油循環(huán)高壓配電變壓器等的結(jié)構(gòu)、原理、特點和系統(tǒng)應(yīng)用維護(hù)，增加一些學(xué)生自主研究學(xué)習(xí)項目，比如變壓器空載合閘沖擊電流的分析研究、三相鼠籠異步電動機定子斷相故障分析、開關(guān)磁阻電機的學(xué)習(xí)和研究等，這樣既拓寬了學(xué)生的知識面，培養(yǎng)了自學(xué)和應(yīng)用知識的能力，也培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、工程意識、創(chuàng)新能力和獨立分析和解決問題的能力。

3.教學(xué)方法手段推陳出新

對于電機拖動教學(xué)章節(jié)，首先，在理論結(jié)合實踐的每一節(jié)課堂中，為提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情和主觀能動性，利用多媒體視頻播放一些生產(chǎn)技術(shù)片段，不僅活躍課堂氣氛，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，同時加深學(xué)生對電機拖動系統(tǒng)的理解。我們將實驗室的各種電機、儀表、控制元件、開關(guān)元件等都展示在教學(xué)中，如教師講解電機理論時，可以先將直流電機和交流電機一并展示在同學(xué)面前，讓同學(xué)仔細(xì)觀察外形、結(jié)構(gòu)。通過對比，教師將各個部件的名稱、技術(shù)術(shù)語等潛移默化地植入到學(xué)生腦海中，進(jìn)而學(xué)生分組在老師的指導(dǎo)下，學(xué)生動手組裝電機，連接線路，啟動電機系統(tǒng)，學(xué)生邊動手邊思考，提出問題，小組討論、答辯，最終由學(xué)生歸納總結(jié)結(jié)論。在整個教學(xué)過程中，始終學(xué)生動手動腦，教師啟發(fā)學(xué)生總結(jié)理論知識，從實踐演練中去獲取真知。

對于一些比較深奧的理論，教師可將一些抽象的，看不到摸不著的物質(zhì)利用動畫軟件展示出來，比如三相異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生，將教材中不動的圖片，通過動畫將其模擬演示，在播放過程中，讓學(xué)生回顧電工學(xué)電磁學(xué)理論，讓學(xué)生深入理解三相對稱電流通入三相對稱繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的過程，調(diào)節(jié)電流的頻率，改變電機的極對數(shù)，觀察模擬動畫的旋轉(zhuǎn)速度，學(xué)生從這一實踐認(rèn)知中獲得三者的關(guān)系。再比如，直流電動機換向過程的分析研究，電機換向頻率很高，可以采用計算機模擬，將其慢動作分解，直接通過直流電動機的實際電樞繞組、換向片、磁極來分析講解換向規(guī)律，這樣提高了教學(xué)效率，而對于電機模型，有興趣的學(xué)生可以動手搭建，加深理論知識的掌握，提高技術(shù)應(yīng)用能力。

為提高學(xué)生處理生產(chǎn)實際問題的能力，對于電機拖動系統(tǒng)中一些常見的運行現(xiàn)象和故障狀態(tài)，老師不直接講授該內(nèi)容，而是由實踐引理論，如學(xué)生做直流并勵電動機實驗，運行時發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速異常升高，啟發(fā)學(xué)生利用公式E=CeΦn進(jìn)行思考，由于電源電壓正常，那么感應(yīng)電動勢也正常，當(dāng)轉(zhuǎn)速異常升高時，必然是由于磁通量被削弱造成的，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生考慮有哪些因素會導(dǎo)致磁通量降低，是否勵磁繞組被短路、斷線或者磁極極性裝反等等因素，這樣一環(huán)扣一環(huán)的問題情境，既鍛煉了學(xué)生思考問題的能力，又培養(yǎng)了他們勤于動腦、肯于動手的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

在拖動系統(tǒng)控制教學(xué)過程中，由于電機拖動控制系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)無觸頭、連續(xù)控制、弱電化、微機控制，但繼電器-接觸器控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉等優(yōu)點，仍能滿足各種生產(chǎn)機械不同工藝的過程控制，目前仍然廣泛應(yīng)用于工程之中。因此，在本課程的學(xué)習(xí)中，繼電器-接觸器控制仍然是基礎(chǔ)內(nèi)容、重點內(nèi)容，為提高學(xué)生的動手能力、工程思維意識、創(chuàng)新意識，緊緊圍繞教學(xué)目標(biāo)，本著“應(yīng)用、實用”的原則，引導(dǎo)學(xué)生首先了解并掌握各種控制元件的結(jié)構(gòu)原理和使用方法，將國家標(biāo)準(zhǔn)中的電器圖形元件符號動手標(biāo)注在元件的醒目位置，鍛煉了學(xué)生的思維和記憶能力，在老師的指導(dǎo)下，遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，從簡單到復(fù)雜，如展示給學(xué)生兩臺時間繼電器，它們動作原理有差異，交流電源一條支路調(diào)整好額定電壓值并通過開關(guān)連接線圈，另外一條支路通過繼電器觸點去控制一臺指示燈，設(shè)定動作時間值，啟動電路，學(xué)生觀察比較并給出結(jié)論，這樣在很短的時間內(nèi)，教師并沒有繁瑣的說教，學(xué)生已經(jīng)找到了繼電器的動作規(guī)律，對其后面復(fù)雜系統(tǒng)的分析和創(chuàng)建有了必要的技術(shù)保障。再比如，學(xué)習(xí)掌握電氣控制的一些基本元件和環(huán)節(jié)時，筆者應(yīng)用了Flash動畫模擬三相異步電動機正反轉(zhuǎn)、模擬星形三角啟動，增強了學(xué)生和認(rèn)知對象的互動，同時訓(xùn)練了學(xué)生的邏輯思維能力和分析判斷技能。在此基礎(chǔ)上學(xué)生嘗試設(shè)計各種電機拖動控制方案，比如直流電動機三級切除電阻的啟動系統(tǒng)、三相異步電動機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)、煤礦風(fēng)瓦斯閉鎖控制系統(tǒng)等，根據(jù)自己設(shè)計的電路，在拖動系統(tǒng)控制柜平臺連接線路，教師檢查并提示學(xué)生安裝必要的電路保護(hù)措施，最后通電試運行，發(fā)現(xiàn)問題現(xiàn)場處理，直至系統(tǒng)成功穩(wěn)定運行。對于學(xué)習(xí)優(yōu)秀的學(xué)生，老師推薦一些較為復(fù)雜的課題，比如復(fù)雜曲軸、曲面的機械加工控制、機器人、航天器等復(fù)雜軌跡的控制、拖動系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、信息化應(yīng)用等，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)一步思考電機拖動控制系統(tǒng)的發(fā)展方向，為日后步入工作崗位，迅速提升自己的專業(yè)技能打下一個良好的基礎(chǔ)，通過這樣一系列的動手動腦實踐，學(xué)生掌握了拖動系統(tǒng)的原理，初步具有了系統(tǒng)的安裝、調(diào)試和排除故障的能力，提高了動手操作技能，為畢業(yè)后從事本專業(yè)實際工作奠定必要的基礎(chǔ)，并具有了適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的能力。

4.采用理論與實踐相結(jié)合的考核方法

考試是檢驗學(xué)生掌握知識和知識應(yīng)用能力的手段，同時，學(xué)生考試結(jié)果將反饋課程教學(xué)質(zhì)量，督促教師及時發(fā)現(xiàn)問題，總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗，采取更優(yōu)、更有效的思路改進(jìn)教學(xué)。目前，學(xué)院系部專業(yè)課程均采用理論和實驗分開考核，有的學(xué)生理論知識掌握較好，但動手能力較差，也有同學(xué)相反，不管怎樣，筆者認(rèn)為這樣一種考核方案不能充分反映學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，只有將理論實踐結(jié)合在一起綜合評定成績，才能充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。從學(xué)生的知識掌握，技能、態(tài)度，最終達(dá)成的培養(yǎng)目標(biāo)分層分段進(jìn)行評定，可以采取各種豐富多樣的考察手段，如筆試、口試、教師在實驗平臺設(shè)立電機故障，由學(xué)生利用儀表判斷分析，并正確排除，實踐方面可以考查學(xué)生小組設(shè)計和構(gòu)建系統(tǒng)的能力，通過這樣一種理論結(jié)合實踐演練綜合考察學(xué)生對基本概念、原理，重點是實踐動手操作的掌握程度，學(xué)生也通過模擬考試不斷地鞏固所學(xué)內(nèi)容，重復(fù)演練直至達(dá)到熟練，這對學(xué)生也是一種能力的培養(yǎng)，也是我們?nèi)瞬排囵B(yǎng)寄希望達(dá)到的目標(biāo)。

三、結(jié)束語

在向技術(shù)應(yīng)用型大學(xué)轉(zhuǎn)型的過程中，為了凸顯應(yīng)用型人才培養(yǎng)，突出學(xué)生的實踐能力，專業(yè)課程的教學(xué)改革至關(guān)重要。在應(yīng)用型人才培養(yǎng)改革的新形勢下，將我校大學(xué)生培養(yǎng)成未來的工程師，培養(yǎng)成能應(yīng)對技術(shù)、社會、經(jīng)濟(jì)等發(fā)展變化需求的專業(yè)技能人才，使學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)都有大幅提升，以《電機拖動與控制》這門課程為例，緊緊抓住理論與實踐結(jié)合的教學(xué)方法，從學(xué)科內(nèi)容、知識結(jié)構(gòu)、考核辦法等方面都進(jìn)行了有益的探索，并積極付諸于教育教學(xué)中。

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