刁小燕， 朱熀秋， 楊澤斌， 張 多

(江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院， 鎮(zhèn)江 212013)

《微特電機》課程的教學(xué)與實踐①

刁小燕， 朱熀秋， 楊澤斌， 張 多

(江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院， 鎮(zhèn)江 212013)

《微特電機》是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)課。為提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型人才，本文從教學(xué)內(nèi)容、方法、手段以及實踐環(huán)節(jié)幾方面提出了《微特電機》課程建設(shè)的改革與實踐。主要措施有：增加預(yù)備知識；引入最新科研成果，豐富教學(xué)內(nèi)容；將多媒體技術(shù)與黑板書寫相結(jié)合；引入現(xiàn)場直觀教學(xué)，提高學(xué)生的參與性；開放實驗室，培養(yǎng)研究分析的能力；加強實習(xí)訓(xùn)練，增強動手能力。實踐表明，學(xué)生學(xué)習(xí)微特電機的積極性和主動性提高，激發(fā)了創(chuàng)新思維，取得了較好成效。

微特電機； 教學(xué)改革； 實踐； 能力培養(yǎng)

微特電機通常指結(jié)構(gòu)、性能、用途或原理等與常規(guī)電機不同，且體積和輸出功率較小的微型電機和特種精密電機。微特電機所涉及的技術(shù)包括電機、電力電子、控制、微電子、計算機、材料等。微特電機產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制、家用電器、汽車、機械、制造、半導(dǎo)體、紡織、包裝以及國防等各個領(lǐng)域。

《微特電機》課程作為電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)本科和電機與電器專業(yè)研究生的一門專業(yè)課，主要講解常用的伺服電動機、測速發(fā)電機、步進電動機、自整角機、旋轉(zhuǎn)變壓器、無刷直流電動機等。其特點是理論性強、概念多、公式多、圖形多、與工程實際緊密聯(lián)系?！段⑻仉姍C》課程學(xué)習(xí)的難點在于與常規(guī)電機不同的結(jié)構(gòu)、內(nèi)部旋轉(zhuǎn)磁場、抽象的概念以及學(xué)習(xí)本課程前要求掌握電機學(xué)的一般基礎(chǔ)知識。

幾年來，對改革《微特電機》課程的教學(xué)、實驗和實踐環(huán)節(jié)進行了一些探索，取得了一些較好的效果，以下總結(jié)了筆者在教學(xué)和實踐方面的一些做法和體會。

1 教學(xué)內(nèi)容的改革

1.1 增加預(yù)備知識

微特電機在開課時要求學(xué)生已經(jīng)掌握電機學(xué)的基礎(chǔ)知識，在分析微特電機原理和特性時，大多以電機學(xué)的理論為依據(jù)。但有些同學(xué)電機基礎(chǔ)較差或已經(jīng)忘記了一些重要的知識點，因此在微特電機課程開始的第一次課，將電機學(xué)中磁路的基本概念、基本定律、電機重要參數(shù)以及交流電機的旋轉(zhuǎn)磁場分析等作為預(yù)備知識先詳細講解。例如，脈振磁勢可以分解為兩個旋轉(zhuǎn)磁勢，這樣就為后面分析伺服電動機等電機的工作原理打下基礎(chǔ)。

1.2 補充實際應(yīng)用知識

在微特電機的教學(xué)中，若適當(dāng)增加最新應(yīng)用的例子，更能激發(fā)學(xué)生的興趣。

在第一章緒論中除講述微特電機的基本用途和分類，還補充微特電機在航空和軍事上的應(yīng)用。例如，在導(dǎo)彈發(fā)射裝置中的瞄準(zhǔn)機，需對高低和方向兩個方面進行自動瞄準(zhǔn)，這就需要兩套由伺服電動機為主構(gòu)成的隨動系統(tǒng)，并采用多媒體動畫演示雷達天線和顯示管偏轉(zhuǎn)線圈的隨動系統(tǒng)，讓學(xué)生形象地了解其中力矩電動機、自整角機和伺服電動機等微特電機在其中所起的作用。又如，一艘軍事潛艇僅導(dǎo)航用的儀表就要90多臺微特電機，測速發(fā)電機在控制系統(tǒng)中可以作積分和微分元件，旋轉(zhuǎn)變壓器可以應(yīng)用在數(shù)控機床測量裝置中等。聽到看到這些生動的應(yīng)用例子，使學(xué)生在課堂上興趣高漲，明白微特電機不僅用途廣泛，而且和高新技術(shù)緊密聯(lián)系。

1.3 壓縮不重要內(nèi)容

對于電氣專業(yè)學(xué)生，學(xué)習(xí)微特電機的目的主要為了應(yīng)用，關(guān)于電機原理方面的內(nèi)容夠用就行。因此，對電機詳細原理內(nèi)容進行適當(dāng)壓縮；同時，有些復(fù)雜公式的推導(dǎo)過程也省略，直接根據(jù)公式闡述電機的特性。這樣，既考慮教學(xué)計劃的學(xué)時數(shù)，又降低了學(xué)習(xí)難度，減輕學(xué)生的負擔(dān)，也不影響教學(xué)效果。

1.4 自學(xué)補充其他微特電機知識

課堂學(xué)時畢竟有限，不可能將所有的微特電機介紹得面面俱到，有些章節(jié)就不在課堂教學(xué)，如交流同步伺服電機部分，要求學(xué)生課后自學(xué)，并與交流異步伺服電機進行對比，寫一份小論文來說明它們在結(jié)構(gòu)、原理、應(yīng)用等各個方面的相同點和區(qū)別。并要求學(xué)生在課程將要結(jié)束時根據(jù)自己的興趣，選取某一種新型微特電機，寫一篇綜述論文加以詳細闡述，如永磁無刷直流電動機、開關(guān)磁阻電機、直線電動機、超聲波電動機、懸浮電動機、超微電機以及分子電機等。通過自學(xué)，學(xué)生提高了闡述、歸納和總結(jié)的能力，同時更深入地掌握了這幾種微特電機的特點。

2 教學(xué)方法的改革

2.1 互動法教學(xué)

在課程教學(xué)時采用互動式教學(xué)，讓學(xué)生積極思考。例如，在講交流異步測速發(fā)電機時，它的工作原理和已經(jīng)講過的交流伺服電動機原理類似，這時有選擇地提問學(xué)生，讓學(xué)生回憶前面內(nèi)容的同時，再分析出兩者的不同，這樣就啟發(fā)了學(xué)生的思維。

同時，針對某些章節(jié)的重點內(nèi)容，組織課堂討論。例如：討論直流力矩電動機轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速低的原因。學(xué)生在討論并推導(dǎo)公式后，得出兩點結(jié)論：第一，在轉(zhuǎn)子體積、電樞電流、電流密度和氣隙磁通密度相同的條件下，電磁轉(zhuǎn)矩基本和電樞直徑成正比；第二，當(dāng)電樞體積和導(dǎo)體直徑不變時，在電樞電壓和氣隙平均磁通密度相同時，理想空載轉(zhuǎn)速與電樞直徑近似成反比。所以，其他條件相同時，增加力矩電動機的直徑、減小其軸向長度可以增加電動機的轉(zhuǎn)矩和降低電機的轉(zhuǎn)速。通過熱烈的討論和歸納，學(xué)生一下子就明白了直流力矩電動機為什么做成扁平型。

2.2 多媒體和黑板板書相結(jié)合

微特電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，理論比較抽象，不但在黑板上難以表達，有些內(nèi)容即使借助于實物也難以理解，如交流異步伺服電動機中的脈振磁場、旋轉(zhuǎn)磁場等。如何展現(xiàn)這些看不見的內(nèi)容呢？多媒體教學(xué)就彌補了傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足。

在多媒體課件中插入了大量微特電機的實物照片、電機繞組連接等，結(jié)合透明模型詳細演示微特電機內(nèi)部的電磁分布和變化過程等。比如直流伺服電動機空心杯轉(zhuǎn)子，特別展示制造過程、勵磁繞組的結(jié)構(gòu)以及它們是如何嵌放的，內(nèi)部磁場如何分布等，使學(xué)生建立起一個清晰的概念。同時，由于多媒體課件制作得還不夠豐富和完善，教師就鼓勵學(xué)生參與到制作中來，將豐富的計算機知識用到微特電機中來，使學(xué)生成為學(xué)習(xí)主體，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動手技能，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識。

但是“尺有所短、寸有所長”，多媒體只能作為一個工具，教師不能對著課件做讀報員。黑板板書具有即時性強、邏輯性強、表現(xiàn)力重等優(yōu)點，在推導(dǎo)公式以及闡述一些難點時，教師有效結(jié)合黑板板書，一步一步地推導(dǎo)、總結(jié)出結(jié)論或公式，學(xué)生理解了公式的來龍去脈，才能更深入地理解微特電機的機械特性、調(diào)節(jié)特性以及動態(tài)特性等知識。

2.3 實驗室現(xiàn)場教學(xué)

學(xué)生對微特電機的認識過程是一個從感性認識到理性認識的過程。進了實驗室，學(xué)生對電機有了個直觀認識，在實驗中穿插課堂教學(xué)，不但對實驗起到輔助作用，而且讓學(xué)生將微特電機結(jié)構(gòu)、工作原理以及特性等完整結(jié)合，對電機認識上升到理性，進一步鞏固了知識點。

3 實踐環(huán)節(jié)的改革

3.1 嚴格要求實驗預(yù)習(xí)報告

在實驗前，要求學(xué)生寫一份詳細的預(yù)習(xí)報告，包括以下問題：該類型電機有什么特征、若改變勵磁電壓轉(zhuǎn)速會如何變化、會觀察到什么現(xiàn)象、需要用到哪些電器和儀表以及實驗的具體步驟等。學(xué)生通過做預(yù)習(xí)報告，在做實驗時心里就有數(shù)，想著該如何接線，可以改變哪些變量和通過實驗應(yīng)得到什么結(jié)論等。

3.2 增加綜合型和開放型實驗

以前的單一驗證型實驗，學(xué)生看完就忘了，有的甚至不需要接線，看一下電機轉(zhuǎn)動就行了，不動腦筋，自然沒有印象。因此，將實驗內(nèi)容擴充為綜合型，增強學(xué)生的工程概念。同時，江蘇大學(xué)以申報國家級電工電子實驗示范中心為契機，建立了開放型的Ansoft電機設(shè)計和微特電機數(shù)字控制實驗室，給對電機方向感興趣的學(xué)生提供了很好的平臺，增加了學(xué)生的動手能力和科研能力。

3.3 加強校外電機實習(xí)的訓(xùn)練

在電機學(xué)和微特電機課程結(jié)束后，安排學(xué)生去上海電機廠、長江電氣集團等實習(xí)基地實習(xí)，除了參觀各種電機的結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝以外，還要求每人完成一臺電機，從繞制線圈到整機裝配整個過程獨立完成，直至測試合格。

4 結(jié)語

微特電機是一門內(nèi)容豐富、理論抽象、實踐性又很強的課程。在課程教學(xué)中，應(yīng)該進一步豐富內(nèi)容，采用多種靈活的教學(xué)方法，注意理論聯(lián)系實際，加強實踐環(huán)節(jié)，盡可能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，拓展知識面，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和動手能力，從而取得令人滿意的教學(xué)效果。

[1] 黃文新，朱學(xué)忠，劉闖(Huang Wenxin,Zhu Xuezhong,Liu Chuang). “電機學(xué)”開放式教學(xué)的創(chuàng)新探討(A creative discussion about open teaching of electric machinery)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(Journal of Electrical and Electronic Education)，2006,28(6):109-111.

[2] 肖鴻杰，宋金煜，韋鋼(Xiao Hongjie,Song Jinyu,Wei Gang). 《電機學(xué)》課程教學(xué)改革探討與實踐(Exploration and practice of teaching reform approach for "electrical machines" course)[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報(Proceedings of the CSU-EPSA)，2001,13(5):75-77.

[3] 楊澤斌，孫玉坤, 朱熀秋，等(Yang Zebin,Sun Yukun,Zhu Huangqiu,etal).“電機學(xué)”課程教學(xué)改革與實踐(Teaching reform and practice of the electrical machine course)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(Journal of Electrical and Electronic Education)，2008,30(5):5-6.

[4] 肖金鳳，龔學(xué)余，王有香(Xiao Jinfeng ,Gong Xueyu, Wang Youxiang). 電機學(xué)精品課程建設(shè)的實驗教學(xué)改革研究 (Experiment teaching reform for constructing excellence course of electric machinery)[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報(Proceedings of the CSU-EPSA)，2007,19(5):125-128.

[5] 張新華，楊澤斌，朱熀秋(Zhang Xinhua,Yang Zebin,Zhu Huangqiu). 《電機與拖動基礎(chǔ)》精品課程建設(shè)改革與實踐(Teaching reform and practice for constructing excellence course of electrical machines and drives)[J].中國電力教育( China Electric Power Education)，2008,(18):120-121.

TeachingandPracticeof"SmallandSpecialElectricalMachine"Course

DIAO Xiao-yan， ZHU Huang-qiu， YANG Ze-bin， ZHANG Duo

(School of Electrial and Information Engineering, Jiangsu University,Zhenjiang 212013, China)

"Small and Special Electrical Machine"is one of professional courses of electrical engineering and automation.In order to enhance teaching quality and cultivate creative talents,reform and practice on the course construction are put forward on the contents,methods,means and teaching practice.The primary methods taken in the teaching is increasing prepared knowledge,introducing more latest research achievements,combining multimedia and blackboard,adopting intuitional introduction to make all students involved in;opening the laboratory to train students'ability of analysis ad creation;strengthening the practice and manipulative ability.In practice,the reform has achieved good results.

Small and Special Electrical Machine; teaching reform; practice; ability culture

2009-12-10

2010-02-05

TM383； G642

B

1003-8930(2011)04-0158-03

刁小燕(1979-)，女，講師，博士研究生，研究方向為電機及控制、PLC應(yīng)用技術(shù)等。Email:xiaodiao79@163.com

朱熀秋(1964-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為無軸承電機，磁軸承支承高速電機傳動系統(tǒng)，特種電機非線性智能控制等。Email:zhuhuangqiu@ujs.edu.cn

楊澤斌(1976-)，男，講師，研究方向為電機及控制等。Email:zbyang@ujs.edu.cn