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“電機與拖動基礎”課程是自動化、機電一體化及相近專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課。[1,2]從教學內容來看,該課程涉及到電學、磁學、力學等方面的概念和定律,課程具有綜合性、復雜性和抽象性的特點;從整個課程體系來看,其先修課程包括“大學物理”、“電路原理”,后續(xù)課程為“電力拖動與運動控制”,這就使得該課程處于承上啟下的重要環(huán)節(jié);從本科教學實踐環(huán)節(jié)來看,無論是金工實習,還是學生參加各個級別競賽,都離不開該課程的知識作為支撐。
“電機與拖動基礎”課程存在以下一些特點:
1.內容多,課時少
“電機與拖動基礎”課程由原來的72學時減少到現(xiàn)在的56學時,但內容并沒有減少。這就給課程的教學提出了更高的要求,如何用最少的時間學到最多的知識,并能理解、掌握、應用和創(chuàng)新,給“電機與拖動基礎”的教學提出了挑戰(zhàn)。
2.學生畏難情緒大,興趣少
由于“電機與拖動基礎”課程與大學物理和電路等知識緊密相關,這些課程內容的缺失會增大“電機與拖動基礎”課程的學習難度;并且電機原理中的復雜物理知識,使得學生望而生畏,更談不上感興趣了。
3.學生對知識的綜合應用能力差
由于第二個特點,造成學生對所學知識只知其然,而不知其所以然,難以達到靈活應用的程度。
針對以上特點,基于知識分類理論開展“電機與拖動基礎”課程教學改革試驗研究。
二、“電機與拖動基礎”知識分類理論
信息加工心理學廣義知識分類和學習階段理論認為,[3,4]知識分為陳述性知識和程序性知識。陳述性知識回答“是什么”的問題,程序性知識回答“怎么做”的問題。陳述性知識是一種靜態(tài)的知識,它的激活是輸入信息的再現(xiàn);而程序性知識是一種動態(tài)的知識,它的激活是信息的變形和操作。也就是陳述性知識達到的目標是“記憶”,而程序性知識達到的目標是“應用”。
對不同類型知識的學習,其達到的目標不同,因此學習活動也會相應不同,對學生需達到的能力要求也會不同。為了提高教學質量,擬采取以知識分類為前提,教學過程為主線,教學活動為載體,師生為主體的教學模式。
基于知識分類理論的教學模式包括陳述性知識的教學和程序性知識的教學。
1.陳述性知識的學習過程
陳述性知識的學習過程包括四個階段:[4]知識的選擇、知識的整合、知識的組織和知識的精加工等。在每個階段中,教學主體(教師和學生)開展相應的教學活動。
2.程序性知識的學習過程
程序性知識的學習過程包括三個階段:[4]知識的學習、知識的應用和知識的創(chuàng)新等。在每個階段,教學主體開展相應的教學活動。其中創(chuàng)新是程序性知識學習過程非常重要的步驟。
我國目前普遍的大學生教學模式,對大學生的綜合應用能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)不夠,造成了大學生普遍存在的綜合應用能力差、創(chuàng)新能力不足等問題。究其原因,一方面是學生在學習程序性知識的時候,學生能基本達到知識的簡單應用,但是解決問題的能力和創(chuàng)新能力很難得到培養(yǎng);另一方面是學生學得的知識表現(xiàn)為碎片化,即獲得的知識單就某一知識學習效果比較好,但不夠完整、系統(tǒng)。如何將碎片化的知識根據(jù)自己的需要進行加工整理,與原有的知識體系相互整合形成新的個人化知識體系,是面臨的另一大挑戰(zhàn)。
針對以上兩個挑戰(zhàn),就“電機與拖動基礎”課程進行教學改革初步探索。
三、“電機與拖動基礎”教學改革措施
將“電機與拖動基礎”教學內容中所涉及的知識分為兩大類:陳述性知識和程序性知識。以直流電機的部分教學內容為例,進行教學改革措施舉例。陳述性知識包括:直流電機的工作原理、結構、磁場、運行原理等。程序性知識包括:直流電機拖動系統(tǒng)的運動方程、機械特性、起動、制動、調速等。
1.陳述性知識的教學改革措施
以直流電機工作原理的教學為例進行說明。
在直流電機工作原理知識的教學之前,首先選擇與電機知識關系比較密切的大學物理和電路中的有關電磁概念與定律進行復習,這些知識對于學生來說都屬于舊知識,包括磁感應強度、磁通量、磁場強度、磁通勢、磁路等物理概念,安培環(huán)路定律、磁路的歐姆定律、磁路的基爾霍夫定律、電磁力定律、電磁感應定律等基本定律。對這些舊知識的復習,能夠使學生很快產生熟悉感,消除或減弱畏難情緒,同時溫故而知新,為新知識的學習打下鋪墊。
接著給出直流電機的工作原理示意圖,如圖1所示。圖1(a)是直流發(fā)電機的工作原理示意圖,圖1(b)是直流電動機的工作原理示意圖。
直流電機的基本工作原理就是基于電磁力定律和電磁感應定律的。在直流發(fā)電機中,運動的帶電線圈切割磁力線,產生感應電動勢;在直流電動機中,載流線圈在磁場中受到電磁力的作用。這些都是學生已經掌握的知識,將這些舊知識用于直流電機,整合得到新知識:直流電機的工作原理。這樣直流電機工作原理這個新知識點就很容易被學生接受、掌握和記憶了。
然后對所學知識進行比較和組織。對于直流發(fā)電機和直流電動機的工作原理進行比較教學。兩者的相同點是主體結構基本相同;不同點是直流發(fā)電機是先有運動后有電,而直流電動機是先有電后有運動。同時引入直流電機的可逆性,也就是直流發(fā)電機和直流電動機的統(tǒng)一性。這樣兩個知識點可以合并為一個知識點,利于學生記憶和掌握。
最后完成知識的精加工。通過對直流電機工作原理的理解和總結,可以將其概括為三個詞:電動生磁、磁動生電、電磁生力。學生只要記住這三個詞,就能掌握直流電機的工作原理。
由此可見,通過知識選擇、整合、組織和精加工,很容易就完成了對直流電機工作原理這種陳述性知識的教學。
2.程序性知識的教學改革措施
以直流電動機拖動系統(tǒng)調速內容的教學為例進行說明。教學分為三個階段:知識學習、知識應用和知識創(chuàng)新。
在直流電動機拖動系統(tǒng)調速知識的學習階段,首先創(chuàng)設問題情境。采用實驗的方法,使學生在實驗中發(fā)現(xiàn)問題,提出問題,解決問 題。比如,在講述直流他勵電動機調速課程之前,安排學生做直流他勵電動機實驗。在該實驗中,直流測功機按他勵發(fā)電機連接,作為直流電動機的負載,用于測量電動機的轉矩和輸出功率。通過調節(jié)直流電動機勵磁回路中的勵磁電阻來調節(jié)直流電動機的磁場,電樞回路由可調電源供電,電樞回路中串有可調電阻。實驗過程中,首先起動電動機,電動機轉速平穩(wěn)后,分別調節(jié)勵磁電阻、電樞回路電阻及電源電壓,觀察在不同物理量變化時,電動機轉速、感應電動勢、電樞電流等的變化情況,由此使學生直觀了解電動機調速方法和調速過程中電動機各物理量的變化過程和特點。接著聯(lián)系前面學過的直流電動機的機械特性相關知識,在驗證了所學知識的正確性的同時,理解和掌握直流電動機的調速知識。另外,還可以由實驗室老師給大家演示了一個他勵直流電機失磁出現(xiàn)“飛車”的現(xiàn)象,然后引導學生討論“失磁飛車”的危害,最后提示學生從電磁轉矩的產生、轉速特性等方面去思考飛車產生的原因,從而進一步加深了學生對直流電動機調速知識的理解。
在對直流電動機調速知識有了初步的掌握之后,教師選擇一些實際應用中的相關例子,使學生對直流電動機的調速知識進一步的鞏固,并能應用所學知識解決問題,從而加深對直流電動機調速知識的理解。比如給出某一型號他勵直流電動機的銘牌數(shù)據(jù),讓學生根據(jù)銘牌數(shù)據(jù)回答下面的問題:降低電動機電樞電壓時的瞬間轉速和電樞電流是多大?降低電動機電樞電壓時電動機穩(wěn)定狀態(tài)的電樞電流和轉速是多大?在回答上面的問題中,使學生學會應用所學知識解決問題,從而對直流電動機的調速過程有更為具體的認識。
在學生具備使用直流電動機調速知識解決簡單問題的能力之后,教師引導學生對知識進行創(chuàng)新理解。由教師創(chuàng)設比較復雜問題的情境,并讓學生劃分小組進行討論,同時教師指導學生選擇所學知識資源,通過分析和整理,尋求問題的解決方案。在整個創(chuàng)新過程中,教師起引導和監(jiān)督的作用。教師應在課前把要問題情境的主要內容告訴學生,以便學生在課前查閱有關資料,做好準備。通過課上討論,既能使學生對所學內容有清晰而深刻的理解,又能培養(yǎng)學生的閱讀能力、思辨能力和語言表達能力,是一種非常有效的教學活動。
問題情境的選擇可以從實際生產或生活過程中選擇,也可以從大學生科技創(chuàng)新項目中選擇。各類科技競賽能引起學生極強的興趣,無論是國家級諸如“飛思卡爾”杯全國大學生智能汽車競賽,還是校內的“校董杯”巡線機器人大賽均在學生中有很大影響。小型直流電動機是這些競賽中廣泛應用的動力裝置,在教學過程中,注重以這些競賽題目為對象,鼓勵學生參與此類競賽,并提供指導。問題情境的創(chuàng)設需要考慮以下幾個問題:
(1)問題情境應源于學生的現(xiàn)實生活。從同學們喜聞樂見的生活現(xiàn)象或大學生活動入手。分析生活現(xiàn)象,就會使學生產生濃厚興趣,而且使學生真切地感受到直流電動機調速知識應用的廣泛性和重要性。
(2)創(chuàng)設情境要符合學生的年齡特征?!半姍C與拖動基礎”課程一般在大學三年級講授,學生還有一年多的時間就要面臨就業(yè)的考驗。所以教師可以從已就業(yè)學生的工作中遇到的有關直流電機的問題選擇問題情境,引起學生的興趣和解決問題的欲望,從而促進學生更加積極地去開動腦筋,活躍思維,解決問題。
(3)問題情境的創(chuàng)設須參照學生的社會環(huán)境特征、思維活動水平和教學條件。由于不同的學生所處的社會環(huán)境不盡相同,所具備的知識背景與活動經驗也各異,例如統(tǒng)招本科學生和自考本科學生有其自身的特點。教學中要關注所在地區(qū)的社會環(huán)境,所教學生的思維活動水平并考慮當?shù)亟虒W條件,創(chuàng)設適合學生發(fā)展,有利于學生思維訓練并切合實際的問題情境,搞好電機教學。
四、結束語
通過采用基于知識分類理論的教學方法,降低了學生對該課程的畏難情緒,提高了學生的學習積極性和學習效率,同時也提高了學生參與科技創(chuàng)新的積極性。因此,該教學改革在活躍大學生創(chuàng)新思維和提高大學生對所學知識的綜合應用能力、解決問題的能力上邁出了新的臺階。
參考文獻:
[1]劉啟新,張麗華,祁增慧,等.電機與拖動基礎[M].第三版.北京:中國電力出版社,2012.
[2]鐘國梁,盧帆興,李明輝.“電機與拖動基礎”核心課程教學改革與實踐[J].中國電力教育,2013,(13):63-64.
關鍵詞: 電機拖動 職業(yè)技能 培養(yǎng)目標 教學方法
從蒸汽機發(fā)明到電機學應用,電機的基礎理論、形式設計、制造和運行均已相當成熟;而相應的電機拖動課程在成為一門歷史悠久、理論和實踐均甚為完整的學科同時,也在不斷吸取新技術、新材料、新工藝的補充與完善。由于電機拖動課程涉及到電、磁、力、機等多方面的理論和相關知識,學生首次面對許多理論聯(lián)系實際的問題,總少不了提出各式各樣的疑問。而職業(yè)教育旨在培養(yǎng)“實踐型人才”,要培養(yǎng)學生在掌握電機拖動專業(yè)基本理論、基本技能的同時,既具有橫向滲透聯(lián)系的實際動手能力,能成為具有較強實踐能力的現(xiàn)場工程師和現(xiàn)場管理人才。因此,如何搞好電機拖動課程的教學,并使其適用于現(xiàn)代的職業(yè)教育,是我們所面臨的一個重大課題。本文從教學實際出發(fā),嘗試探討電機拖動課程如何適用于職業(yè)教育的問題。
一、電機拖動的教學應緊扣培養(yǎng)目標
1、課程突出技術性、實用性
電機拖動課程是技術基礎課,由于它本身的實用性,也可成為學生畢業(yè)后就業(yè)就職的看家本領,因此這門課程教學內容除要體現(xiàn)基礎性外,更要體現(xiàn)其技術性和應用性。從這個角度出發(fā),就要以工程實踐為基礎,以實踐作為立足之本,在制定的教學大綱中對學生提出“應知”、“應會”、“素質能力”的具體要求。
2、課程內容與科技發(fā)展水平相適應
新技術革命推動著電機拖動技術的飛速發(fā)展,同時也對電機拖動課程的教學改革提出了新的要求,課程教學內容應與現(xiàn)代化的科學技術水平相適應。如我國華為公司的TD2100;施耐德公司的Altivar58泵切換卡;SANKEN公司的SAMCO-Ⅰ系列;ABB公司的ACS600系列;富士公司的G11S/P11S系列電機拖動產品等。這些產品將PID調節(jié)器以及簡易可編程控制器(PLC)的功能都綜合到電機拖動控制線路內,形成了帶有各種應用型的新型電機拖動控制線路。由于PID運算在電機拖動控制線路內部,省去了對PLC存貯容量的要求和對PID算法的編程,而且PID參數(shù)的在線調試非常容易,使電機拖動控制系統(tǒng)的調試非常簡單方便。加之電機拖動技術的應用范圍在不斷擴大(如電動汽車應用領域),所以,電機拖動課程的改革和發(fā)展是時代的要求,是電機拖動科學技術飛速發(fā)展的必然結果。
3、教學內容的統(tǒng)一性和多樣性
考慮到《電機與拖動》的性質,有它學科本身的系統(tǒng)性和完整性,為適應科技發(fā)展的需要,調整某些教學內容只能在原課程中適度引入一些新技術。為了不使課程內容過于膨脹,又能補充現(xiàn)代科技發(fā)展的新情況、新知識,另外可開設 “電機拖動與PLC電路”課程、“微控電機應用”及“單片機應用技術”等作為選修課,介紹電機拖動技術發(fā)展中的新技術、新工藝、新器件、新方法,工程性、實用性和靈活性更強,使這些課程相輔相成,教學內容既統(tǒng)一又多樣?!半姍C拖動與PLC電路”課程反映當前電機拖動學發(fā)展的趨勢,“微控電機”則代表了先進電機的熱點。這樣可激發(fā)學生的求知欲和學習興趣,調動學習積極性、主動性,還拓寬了學生的知識視野,引導他們的工程意識。
4、教材建設適應結構調整需求
傳統(tǒng)的電機拖動教材,在課程體系和內容上,均有不適應當前形勢之處,學生在電機拖動控制課程學習中,所接觸到的內容大部分還是接觸器、繼電器控制電路,而現(xiàn)實工程實踐中,PLC控制電機運行和微控電機應用已相當普遍。要改變教材的不適應現(xiàn)象,只有使電機拖動教材在結構上加以補充調整。
隨著電機拖動技術不斷地向自動化程度和應用范圍方向發(fā)展同時,強調教材的先進性和實用性,總是以一定的數(shù)量和篇幅作為前提,關鍵在于對教材內容的精選,要遵循“少而精”的原則,切忌貪多求全,教材的水平應保持與本學科在現(xiàn)代社會發(fā)展相適應的科學水平,以應用為主的職業(yè)教育方面,而不是把本學科最新的知識都編到教材中去,這是教材同專著不同的特點,強調教材是加強實踐的應用,提出課程應兼顧理論和實際的要求,看準PLC技術和微控電機的發(fā)展趨勢,反映有代表性和典型性的新概念電機拖動技術課程。
二、電機拖動的教學應以思維訓練為核心
課堂教學是教學工作中的一個重要的環(huán)節(jié)。課堂教育效果的好壞在很大程度上決定著教學質量的高低。傳統(tǒng)教學所關注的是單位時間內所規(guī)定教材講授任務的完成,并不關心電機拖動課程在多方面因素制約影響下認識的發(fā)生發(fā)展過程。這不僅忽視了學生主體的情感、意志、興趣等非理性因素,而且也忽視了基于教學實踐活動基礎上學生認識發(fā)展電機拖動課程內在的機制及外在影響因素。因此,在課堂教學方式和教學方法方面,要充分利用學生思維敏捷、思想活躍、善于思考的優(yōu)勢激發(fā)其思維的積極性,開拓學生的智力,培養(yǎng)學生的能力,從而得到有益的啟迪。
1、講練結合,給學生留下思維空間
在電機拖動課程教學中,一堂課的講課時間不宜超過30分鐘,其余以討論方式進行練習,力求將所講主要內容在課內消化,并給學生留下思維的空間和余地。講課主要講方法、講過程、講思路,基本目的是讓學生“理解”而不是“死記”教材內容。讓學生“知曉”解決實際電機拖動控制工程問題的方法和思路,而不要求熟記具體的計算公式。在整本電機拖動教材中公式不少,但教師只要求記住其中的主要公式,對于課程中的重點問題和難點問題,在具體講解之前就向學生明確,并在講授過程中突出重點,善解難點。
教師還可以結合課程內容講述自己科研中的切身體會,把科研課題中的一些子項作為學生的課堂練習題,或布置學生課后研究,使學生學會如何運用“假設”、“對比”、“聯(lián)系”的方法,他們逐漸學會應用“假設”,再用“舉反例”的排除法,剝掉假象,去偽存真,漸漸學會將電機拖動控制課程中的知識分層次地組織起來,聯(lián)系起來,進行對比,不僅便于記憶和便于應用,而且通過知識的新的組合,形成新的概念和方法,走向有序。
2、學思結合,培養(yǎng)學生問題意識
心理學研究表明:意識到問題的存在是思維的起點。沒有問題的思維是膚淺的思維,被動的思維。發(fā)現(xiàn)問題是思維活動中解決問題的關鍵。所以,在教育過程中,學生主體作用的發(fā)揮只有在他積極主動地參與和配合,才能真正實現(xiàn)。教師鼓勵學生質疑問題,對學生問題意識的培養(yǎng),使學生們帶著富有趣味和價值的疑難問題去學習,就可以使他們啟動思維,探求知識的奧秘從而積極主動地完成學習活動。培養(yǎng)對認識的懷疑過程和意識,當學生在學習中具有問題意識時,就不會迷信權威,書本和教師的絕對正確性,懂得“盡信書,則不如無書”的道理。
3、師生互換角色,教學相融
在課程教學中提倡學生參與式,即教師與學生互換“角色”,鼓勵學生在適當?shù)恼n堂教學的過程中唱一下“主角”,以提高其參與的積極性。例如,對學生編寫的電機拖動控制 “設計性實驗”的活動中,安排某些優(yōu)秀的、典型性的、有代表性的作品和“設計性實驗”的學生主講,教師和其他學生質疑,教師鼓勵學生充分發(fā)揮個人才智,展現(xiàn)個性。學生不再是被動的而是以主動參與者的身份加入到自覺學習知識的行列中。
三、電機拖動應實踐教學,注重實效
在電機拖動課程教學中,應強化實驗教學環(huán)節(jié),發(fā)展實踐性課程,以充分利用課程計劃中的實踐活動,發(fā)展學生的實踐能力。它將課程與工程問題聯(lián)系在一起,重視解決問題能力的培養(yǎng),又對學生培養(yǎng)實踐能力,進行一定的職業(yè)訓練,并可加深學生對理論課程的學習和理解。
1、實驗獨立設課,給學生提供掌握基本實驗技能的機會
實驗獨立設課,有利于使學生初步掌握在電機拖動專業(yè)領域內進行實驗的基本技能,為進一步學習專業(yè)課和分析、解決工程實際問題打下基礎。實驗教學不只是為了輔助理論而設,而是將它提高到理論教學同樣高的地位。電機拖動實驗設計課,不僅保持課程原有實驗基本要求,并加強了課程內部相互滲透與內在聯(lián)系。
2、開設“設計性實驗”,給學生提供思考、創(chuàng)造、表現(xiàn)及成功的機會
在實驗項目中設置“設計性實驗”,學生根據(jù)教師下達的設計任務書按技術指標,提出設計方案,確定電路參數(shù),寫出設計計算書,并安裝調試,然后寫出實驗報告,教師對此逐個考驗驗收,并組織學生小組評議、交流實驗體會,調動了學生學習積極性,獨立工作能力明顯提高,也加深了對理論概念的理解,學生普遍反映通過訓練,“厚厚的書變薄了”。畢業(yè)后,學生們還反映設計性實驗對他們印象深,對實際工作幫助大。
3、靈活多樣的考試方法,給學生合理表現(xiàn)個性的機會
任何類型的考試都是一定教育思想的體現(xiàn)和產物。傳統(tǒng)的教育思想重于傳統(tǒng)和知識而忽視能力的培養(yǎng)。在教學方法上,不善于實行啟發(fā)式,考試主要靠死記硬背,而不是要求學生主動地發(fā)揮他們的創(chuàng)造性。
在電機拖動課程教學上,要貫徹以自學為主的方針,須采取與之相適應的以培養(yǎng)自學能力和動手能力為目的的考試方法,合理地運用考試這一杠桿,去誘發(fā)和迫使學生通過自學獲得知識。電機拖動課程的教學中,實行了多樣化考核學生成績的方法,即筆試和實驗測試是一種直接考試形式,用它來檢查學生是否弄懂和掌握教材中的各種知識和實驗技能的熟練程度;然后通過實踐與實訓過程強化動手與實踐能力。
四、電機拖動的教學應培養(yǎng)學生學會做人的基本能力
為使知識教育與思想教育融為一體,寓德育于智育之中,教師在教學中應有如下意識:
1、在教學中充分挖掘電機拖動課程教學內容本身的內在辨證聯(lián)系,對學生進行唯物辯證法的方法論的教育。在課堂講授中通過電路與磁路的關系、電能轉換成機械能的過程等實例,來揭示自然界發(fā)展變化的規(guī)律,各類科學知識內在的邏輯聯(lián)系,從形象思維到抽象思維抽出事物的本質特征,讓學生用完整的知識去理解新認識、新概念,著重闡明電機拖動課程與其它有關課程之間、本課程內部各章節(jié)之間、概念與概念之間的聯(lián)系與轉化。這不僅能開闊學生的視野,啟發(fā)學生獨立思考,從掌握學習方法到掌握發(fā)現(xiàn)、發(fā)明的技法。自覺地掌握系統(tǒng)知識和養(yǎng)成獨立進修的能力,而且可以讓學生從中懂得整體和局部、個別與一般、現(xiàn)象和本質、分析與綜合、目的與手段、精確與近似等辨證關系,培養(yǎng)運用唯物辨證法去分析和解決問題的能力,也是向學生進行掌握辯證唯物主義世界觀和方法論教育的有效途徑。
2、教師通過教學實踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生“實踐第一”的觀點
學生對知識的理解是通過思維實現(xiàn)的,但只有在豐富的、典型的、正確的感性材料的基礎上才能更好地進行比較、分析、綜合、抽象、概括,從而理解事物的本質與規(guī)律。教師通過指導學生做電機拖動實驗或帶領學生進行電機實訓(繞制電機定子繞組)等教學環(huán)節(jié),要自覺地運用“實踐――認識――再實踐――再認識”的理論為指導,讓學生形成基本概念與掌握基本原理,認識事物的本質和規(guī)律,使學生懂得“實踐是檢驗真理的唯一標準”的哲理,在掌握科學實驗的一般方法的同時,提高對實踐與理論關系的認識,樹立辯證唯物的知行統(tǒng)一觀。
3、教師要把熱愛機電專業(yè)技術的教育融合到電機拖動專業(yè)教學中去
在專業(yè)教學中,必須重視導向性作用。提出電機學研究我國還處在世界同類研究與應用的比較低下的地位,在培養(yǎng)學生熱愛專業(yè)、準備獻身事業(yè)的精神的同時,還要培養(yǎng)學生既具有民族自信心,又具有民族危機感和急迫感,使學生對自身所應承擔的社會責任產生理性的自覺,并在這理性自覺的基礎上走上艱苦創(chuàng)業(yè)的道路。
4、在教學中培養(yǎng)學生良好的學風和嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度
紀律是一個單位為統(tǒng)一大家的行動而制定的約束人們行動的規(guī)章制度、守則的總的體現(xiàn)。紀律的培養(yǎng),要求在學生對學校的各項規(guī)章制度和守則的理解的基礎上。教師要善于通過各個教學環(huán)節(jié),利用各種和學生接觸的機會進行組織紀律教育,要求學生遵守各項教學制度,對學生中的曠課、遲到、拖欠作業(yè)要提出批評教育。聯(lián)系電機拖動課程專業(yè)教育,組織進行參觀和到企業(yè)實習的機會,增強自信心,提高個人綜合素質與能力培養(yǎng)。
參考文獻:
1、《電機及拖動》許曉峰主編,高等教育出版社,2007年12月
2、《機床電氣控制技術》齊占慶、王振臣主編,機械工業(yè)出版社,2008年7月
關鍵詞 電機與拖動 教學方法 工程應用
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A
能形成的關鍵性課程,也是學生在今后的工作中從事各種自動化工程的必備基礎。該課程既有一定的理論性,又有很強的實踐性,且課程涉及電學、電磁學、力學、機械等內容,具有內容多、教學課時少、學習難度大等特點,長期以來在教與學兩方面都存在著較大的困難。如何使學生較好地掌握這門課程的內容,并具有較強的實際應用能力,一直是該課程要解決的問題。本文結合自己多年的教學實踐,對這門課的教學方法做了深入探討。
1 從緒論出發(fā),引導學生學習興趣
良好的開端是成功的一半。為了使學生從一開始就對“電機與拖動”課程的學習有足夠的認識,在心里上形成強烈的求知欲和濃厚的學習興趣,第一堂課緒論部分,采用多媒體教學,以調動學生的學習熱情。首先播放視頻及圖片,讓學生從外觀上認識電機及變壓器,并從日常生活中去尋找它們,如教室里的電風扇、家里的洗衣機、商場里的電梯、生活小區(qū)的供電變壓器、手機充電器等。通過這些例子,學生對電機及變壓器有了感性的認識,拉近了學生與課程的距離。在此基礎上,通過動畫展現(xiàn)電機在工業(yè)流水線上的應用,如:軋鋼生產線、鋼板剪切、港口裝卸、飲料灌裝等系統(tǒng)。在學生有了直觀的印象后,再介紹電機、變壓器、電機拖動的定義、能量轉換關系、基本功能及特點。通過這種感性引入方式,讓學生感受到學好“電機與拖動”課程的必要性,進而產生對本課程的學習興趣,為今后授課的順利進行,打下了很好的基礎。
2 以工程應用為依據(jù),精選教學內容
“電機與拖動”課程不僅具有較強的理論性,而且具有廣闊的工程背景,加之電機的種類繁多,各種新型電機層出不窮。課程內容多,且涉及電、磁、力等物理概念,學生在有限的課時內,較難掌握這些內容。如何根據(jù)工程實際需要進行取舍,并將這些內容有機地融為一體,使學生在有限的學時里了解、學好、應用好電機,這是教學中碰到的首要問題。在教學內容的組織上主要從打好基礎理論基礎、突出工程應用等方面考慮。
2.1 打好理論基礎,強化對電機結構的理解
電機和變壓器本質上是一種借助于電磁場實現(xiàn)機電能量轉換及電能傳遞的裝置,故對其的分析自然涉及電、磁、力、熱以及結構、材料等方面的知識。在課程的基礎部分,重點討論了鐵磁材料的磁化飽和現(xiàn)象、鐵芯損耗等,說明硅鋼片作為電氣設備鐵芯的原因。強調電磁學的三個基本定律:電生磁的安培環(huán)路定律、磁生電的電磁感應定律以及電磁作用產生力的電磁力定律。有了這些基礎知識后,學生對電機和變壓器的結構組成、工作原理的理解就比較容易了。
2.2 根據(jù)工程應用需要,更新教學內容
近年來電力電子、材料、數(shù)控等新技術的發(fā)展,帶動了電機及電機拖動的發(fā)展。一些新型的電機相繼出現(xiàn),如:永磁同步電機、開關磁阻電機等以其獨特的優(yōu)勢受到青睞,故在教學中,抽出一些時間來介紹這些新型電機,為學生的實踐環(huán)節(jié)、學科競賽及就業(yè)提供一定的知識儲備。
另外,可調直流電源及變頻電源的發(fā)展,使傳統(tǒng)交直流電動機的起動、制動及調速方法有了較大的改變。例如:直流電動機的起動,教材主要介紹電樞回路串電阻的方法,而對降低電樞電壓起動的方法敘述較少。在教學中,加強了這方面內容的講授。又如交流電機的調速,著重講授目前在工程上應用較多的變頻調速方法。根據(jù)電機技術的發(fā)展、工程實際應用的需要,適時加強、更新教學內容,對學生是有益的。
3 以學生為主體,不斷改進教學方法
在當今教育技術迅猛發(fā)展的時代背景下,傳統(tǒng)的“一支粉筆、一塊黑板、一言堂”顯得太古板,對學生缺乏吸引力,尤其是電機拖動課程,內容抽象、知識點多、綜合性強,用傳統(tǒng)的教學方法,學生不易理解。在教學實踐中,應采取多種教學方法,充分調動學生的學習積極性、主動性、參與性,讓學生從被動的學習狀態(tài)下解放出來。
3.1 情景式教學,直觀感性
電機及變壓器結構的講解是比較枯燥乏味的,鐵芯、繞組、附件……往往是教師講得辛苦,學生聽得云里霧里。為了使講課生動、學生容易入門,教師將實物帶到教室,如不同形狀的硅鋼片、銅線,還有拆開的舊電機,定子、轉子、滑環(huán)、電刷及換向片等等。教師對照實物講解電機的結構,學生能親手摸一摸、親眼看一看,現(xiàn)場裝一裝。當講解完電機工作原理后,將教學電機通電,電機開始運轉……采用這種情景式的教學方法,學生不光學得快、記得牢,而且對學習也有了濃厚的興趣,收到了事半功倍的效果。
3.2 對比式教學,印象深刻
學生在學習過程中獲得的大量知識是離散的、非結構化保存的,這些知識沒有形成相互間有機的聯(lián)系,不利于鞏固和綜合應用。為解決這個問題,教師應引導學生適時對所學知識點進行歸納總結、分類,使其系統(tǒng)化,掌握各知識要素之間多重化的鏈接方式。在講電機拖動時,采用對比法教學,防止學生越學越亂。如在異步電機等值電路推導時,可與變壓器等值電路的推導過程進行比較,對旋轉的轉子作處理后,其分析方式就與變壓器類似了。通過比較教學法,理清思路,使學生感覺這門課程不是那么難學了。
3.3 啟發(fā)式教學,條理清晰
以點帶面、進行啟發(fā)式教學,培養(yǎng)學生獨立分析問題、解決問題的能力。在電機拖動教學中按照提出問題-解決方法-性能比較的思路進行教學,如講解電機的起動,首先強調電網及負載對電動機起動的要求,然后分析電機直接起動存在的問題,進而考慮如何解決問題,即應采取什么樣的措施?最后總結采取這種措施達到的效果,即性能分析。這種講課思路與學生學習知識的過程相一致,可以更好地培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。
交流電機原理講完后,讓學生思考一下二相(或單相)繞組通入二相(或單相)電源產生的磁場是什么樣的磁場?單相異步電機是如何工作的?三相異步電機工作時缺相與停車時缺相產生的后果一樣嗎?等等,講清這些工程中經常遇到的實際問題,引起學生很大興趣,對學生今后解決工程現(xiàn)場的突發(fā)事故很有幫助。
4 加強實踐環(huán)節(jié),培養(yǎng)動手能力
對于“電機與拖動”課程,采用理論與實踐操作相結合的教學方法是不可或缺的。通過實驗,激發(fā)學生的創(chuàng)新思維與動手能力,提高學生工程實踐操作技能;通過實驗,提出問題和解決問題,鍛煉學生的探索進取精神;通過實驗,培養(yǎng)學生相互協(xié)作能力和團隊精神。
實驗教學與理論教學不同,十分強調動手能力,由于“電機與拖動”實驗涉及到強電,在實驗過程中,特別要注意用電安全,嚴格操作規(guī)程,正確選用測量儀表,排除簡單故障,以達到正確使用電氣設備的目的。在實驗設備上,既有幾十千瓦的大電機,也有幾十瓦的小電機。根據(jù)實驗室條件,在設計實驗內容時,從認識實驗、基本實驗、綜合實驗到拓展實驗層層遞進,給學生創(chuàng)造了良好的工程環(huán)境,提高了學生的工程意識。
在認識實驗環(huán)節(jié),主要讓學生認識各種實驗設備及配電柜,并現(xiàn)場感受大電機的起動、運行過程,當55KW的交流電動機(采用降壓起動器)帶著48KW直流發(fā)電機起動時,電機發(fā)出的隆隆轟鳴聲,給學生留下了很深的印象?;緦嶒灜h(huán)節(jié)主要是論證性實驗,幫助學生理解課程內容,如變壓器短路、開路參數(shù)測定,直流電動機及交流電動機固有特性、人為特性、工作特性的測定等。電機機組由三臺(交流繞線異步機、他勵直流電動機及發(fā)電機)3~4KW的電機同軸組成,其中的直流發(fā)電機+電阻箱作為模擬負載。在實驗中,學生不僅要測試特性,還要閱讀理解電機的主電路及控制電路,掌握繼電接觸線路中自鎖/互鎖的作用,學會接線及查線方法,科學實驗報告的撰寫等等基本技能。綜合實驗內容為直流電機的四象限運行分析,幫助學生綜合理解電機的各種運行狀態(tài)。通過電機機組+電阻箱,實現(xiàn)直流電機的基速以下串電阻、基速以上弱磁調速,電動機的能耗制動、倒拉反轉及回饋制動。該實驗難度較大、時間較長,對學生和教師都是考驗,但對學生來說收獲很大。拓展實驗主要是控制電機方面,如:步進電機的運行特性及細分步工作分析等。
采用工程上使用的電氣裝置與設備,設計工程上常用的電機運行狀態(tài),為學生提供盡可能多的動手機會。在實驗過程中,讓學生自由組合建立小組,合理分工,認真熟悉實驗內容和實驗電路,認清主電路和控制電路。不斷強化工程化教育,注重培養(yǎng)學生解決實際問題的綜合能力。
5 結束語
教學是一門藝術,教師只有全身心地投入,精心設計每一節(jié)課、每一個實驗,才能將深奧的理論淺顯化、抽象的感念具體化、書本的知識工程化,使學生更好地理解、掌握知識。在“電機與拖動”教學中,教與學同樣重要,改善教學方法,培養(yǎng)學生學習興趣,引導學生動手、動腦,以達到使學生主動學習的目的。實踐證明,這些教學方法能調動學生的積極性,提高學習效率,取得較好的教學效果。
參考文獻
[1] 劉錦波,張承慧.電機與拖動[M].清華大學出版社,2006.
【關鍵詞】電機與拖動;教學內容;教學方法;實驗教學
一、優(yōu)化教學內容,主次分明
對本課程而言,它是由《電機原理》和《拖動基礎》兩門課組成,原理是為應用服務的,因此對于電機原理部分應遵循“少而精”的講解原則,適當刪減部分理論性強又較為抽象的內容,增強教學內容的針對性和實用性。例如講到直流電機的電樞繞組部分,可以簡單介紹一下繞組中常用的基本知識,對于繞組展開圖可略去不講;在講變壓器這章時,明確對變壓器的了解是為后面學習交流異步電動機做鋪墊,因此可確定變壓器的基本原理、負載運行時的電磁關系、基本方程以及等效電路作為重點講授內容,至于變壓器的運行特性等不必詳細講解。對于拖動基礎部分,重點突出電動機的機械特性以及起動、制動和調速,結合工程實際,分析原理及特點。
二、采用提問——比較的教學方法
電機與拖動這門課程概念多、公式多,對高職院校的學生來說,學習難度有點大。為調動學生學習的積極性,可以在課堂授課過程中,采取提問的方式引導學生鞏固舊知識、思考新知識,同時也加強了互動。比如在學習三相交流異步電動機時,首先向學生提出一個問題:“為什么不說三相交流電動機,異步是怎么得名的?”這樣引起學生對問題的思考,告訴學生這要從三相交流異步電動機的工作原理說起,分三個方面展開,首先是電生磁(右手螺旋定則判斷):給三相對稱的定子繞組通入三相對稱電流進而產生圓形旋轉磁場,這個磁場的轉速用ns表示;然后是磁生電(右手定則判斷):轉子導體相對切割旋轉磁場感應電動勢和電流;最后就是電磁力(左手定則判斷):轉子載流導體在磁場中受到電磁力的作用,從而形成電磁轉矩,驅使電動機轉子轉動,其轉速用n表示,并且n的方向和ns相同,但n要小于ns。因為如果兩者相等,則轉子與旋轉磁場之間就沒有相對運動,因而磁通就不切割轉子導條,轉子電動勢、轉子電流以及轉矩也就都不存在。這樣,轉子就不可能繼續(xù)以n的轉速轉動。因此,轉子轉速與旋轉磁場轉速之間必須要有差別。這就是異步電動機名稱的由來。這樣帶著問題講解,學生更容易接受理解,提高了教學效果。
另外在知識的傳授過程中,還可以采用比較法教學,即相關知識點之間可以通過對比找出異同,便于學生對知識的理解和消化。例如在講述直流電機的工作原理時,可將發(fā)電機和電動機對比起來講,從能量轉換、電壓平衡關系和轉矩性質等方面考慮。直流發(fā)電機是將機械能轉換為電能,,是制動性轉矩;直流電動機是將電能轉換為機械能,,是拖動性轉矩。再比如講述他勵直流電動機的機械特性時,先給出固有機械特性表達式,在固有機械特性基礎上改變電樞回路電阻、電源電壓和磁通量等參數(shù),可得到相應的人為機械特性,即電樞回路串電阻人為機械特性、降低電樞電壓人為機械特性、減弱勵磁磁通人為機械特性。三種人為機械特性的表達式均可以用一種簡單形式表示即,這樣可以對比理想空載轉速和機械特性斜率,簡單明了的總結出三種人為機械特性的特點:與固有機械特性相比,電樞回路串電阻人為機械特性的理想空載轉速不變,但機械特性的斜率隨串聯(lián)電阻的增大而增大,機械特性變軟;降低電樞電壓人為機械特性的理想空載轉速隨電壓的降低而正比減小,但是機械特性的斜率不變,即為一組平行的直線;弱磁人為機械特性的理想空載轉速、機械特性的斜率隨磁通的降低均變大,機械特性變軟。
三、加強實驗教學注重能力培養(yǎng)
(1)系統(tǒng)編制實驗指導書,精心選擇實驗項目,使每個實驗都能起到工程訓練的目的。這樣保證每個參加實驗的學生目的明確、思路清晰、步驟正確;(2)強調人人動手、獨立完成實驗。在目前實驗條件下,通過分班開設實驗,增加實驗組次的方法,來滿足實驗教學要求,使每個學生都能獲得實踐的機會。對實驗確實存在困難的學生,指導教師要耐心啟發(fā)學生,幫助分析實驗要領,但決不包辦代替。堅持要求學生獨立完成實驗,提高動手操作能力;(3)注重“多層式”實驗教學模式。實驗教學可以借鑒理論教學采取循序漸進的方式引導學生有目的、有條理的進行實驗。首先從驗證性實驗開始入手,旨在學生認知和掌握《電機與拖動基礎》課程的基本理論知識;其次進入到綜合性、設計性實驗,讓學生自己設計實驗方案,充分調動學生實驗的主動性和創(chuàng)造性;最后上升到工程案例分析實驗,使學生了解和掌握電機在工業(yè)自動化控制中的工程應用。采用“多層式”實驗教學模式,充分以學生為主體,注重培養(yǎng)學生的知識應用能力,為日后走上相關工作崗位打下堅實的實踐基礎。
參考文獻
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關鍵詞技術現(xiàn)狀 工作原理 運行維護
中圖分類號:F407.6 文獻標識碼:A 文章編號:
一、電動機技術發(fā)展及現(xiàn)狀
在現(xiàn)代化生產過程控制中,電機是利用電磁感應原理工作的機械。隨著生產的發(fā)展而發(fā)展的,現(xiàn)有的國產大流量電動執(zhí)行機構存在著控制手段落后、機械傳動機構多、結構復雜、定位精度低、可靠性差等問題。而且執(zhí)行機構的全程運行速度取決于其電機的輸出軸轉速和其內部減速齒輪的減速比,一旦出廠,這一速度固定不可調整,其通用性較弱。反過來,電機的發(fā)展又促進了社會生產力的不斷提高。從19世紀末期起,電動機就逐漸代替蒸汽機作為拖動生產機械的原動機,一個多世紀以來,雖然電機的基本結構變化不大,但是電機的類型增加了許多,在運行性能,經濟指標等方面也都有了很大的改進和提高,而且隨著自動控制系統(tǒng)和計算機技術的發(fā)展,在一般旋轉電機的理論基礎上又發(fā)展出許多種類的控制電機,控制電機具有高可靠性﹑好精確度﹑快速響應的特點,已成為電機學科的一個獨立分支。
它應用廣泛,種類繁多。性能各異,分類方法也很多。電機常用的分類方法主要有兩種:一種是按功能用途分,可分為發(fā)電機﹑電動機,﹑壓器和控制電機四大類。電動機的功能是將電能轉換成機械能,它可以作為拖動各種生產機械的動力,是國民經濟各部門應用最多的動力機械,也是最主要的用電設備,各種電動機消耗的電能占全國總發(fā)電量的60%~70%。另一種分類方法是按照電機的結構或轉速分類,可分為變壓器和旋轉電機.根據(jù)電源電流的不同旋轉電機又分為直流電機和交流電機兩大類.交流電機又分為同步電機和異步電機.
在現(xiàn)代化工業(yè)生產過程中,為了實現(xiàn)各種生產工藝過程,需要各種各樣的生產機械。拖動各種生產機械運轉,可以采用氣動,液壓傳動和電力拖動。由于電力拖動具有控制簡單﹑調節(jié)性能好﹑耗損小﹑經濟,能實現(xiàn)遠距離控制和自動控制等一系列優(yōu)點,因此大多數(shù)生產機械都采用電力拖動。
按照電動機的種類不同,電力拖動系統(tǒng)分為直流電力拖動系統(tǒng)和交流電力拖動系統(tǒng)兩大類。
縱觀電力拖動的發(fā)展過程,交,直流兩種拖動方式并存于各個生產領域。在交流電出現(xiàn)以前,直流電力拖動是唯一的一種電力拖動方式,19世紀末期,由于研制出了經濟實用的交流電動機,致使交流電力拖動在工業(yè)中得到了廣泛的應用,但隨著生產技術的發(fā)展,特別是精密機械加工與冶金工業(yè)生產過程的進步,對電力拖動在起動,制動,正反轉以及調速精度與范圍等靜態(tài)特性和動態(tài)響應方面提出了新的,更高的要求。由于交流電力拖動比直流電力拖動在技術上難以實現(xiàn)這些要求,所以20世紀以來,在可逆,可調速與高精度的拖動技術領域中,相當時期內幾乎都是采用直流電力拖動,而交流電力拖動則主要用于恒轉速系統(tǒng)。
雖然直流電動機具有調速性能優(yōu)異這一突出特點,但是由于它具有電刷與換向器(又稱整流子),使得他的故障率較高,電動機的使用環(huán)境也受到了限制(如不能在有易爆氣體及塵埃多的場合使用),其電壓等級,額定轉速,單機容量的發(fā)展也受到了限制。所以,在20世紀60年代以后,隨著電力電子技術的發(fā)展,半導體交流技術的交流技術的交流調速系統(tǒng)得以實現(xiàn)。尤其是70年代以來,大規(guī)模集成電路和計算機控制技術的發(fā)展,為交流電力拖動的廣泛應用創(chuàng)造了有利條件。諸如交流電動機的串級調速,各種類型的變頻調速,無換向器電動機調速等,使得交流電力拖動逐步具備了調速范圍寬,穩(wěn)態(tài)精度高,動態(tài)響應快以及在四象限做可逆運行等良好的技術性能,在調速性能方面完全可與直流電力拖動媲美。除此之外,由于交流電力拖動具有調速性能優(yōu)良,維修費用低等優(yōu)點,因此它今后將廣泛應用于各個工業(yè)電氣自動化領域中,并逐步取代直流電力拖動而成為電力拖動的主流。
【關鍵詞】獨立學院;運動控制;課程群;實踐教學
運動控制技術的發(fā)展是自動化前進的旋律,是推動新的產業(yè)革命的關鍵技術,基于獨立學院“高素質、應用型”人才培養(yǎng)目標,自動化專業(yè)運動控制課程群的建設尤其實踐性教學環(huán)節(jié)的改革對獨立學院學生能力的培養(yǎng)顯得尤為重要[1,2]。實踐性教學環(huán)節(jié)過去一直是學生培養(yǎng)中的薄弱環(huán)節(jié),重理論輕實踐是過去學生培養(yǎng)中的弊端,加強學生實踐能力的培養(yǎng)最根本要從課程群教學改革人手,形成新的教學體系[3,4]。近年來,華中科技大學武昌分校自動化專業(yè)以建設湖北省獨立學院重點培育本科專業(yè)為契機,通過整合“電力電子技術”、“電機與電力拖動基礎”、“DSP原理及應用”、“電力拖動自動控制系統(tǒng)”等多學科的知識,建立了實踐性和應用性較強的運動控制課程體系,實現(xiàn)了該課程群內各門課程無縫式銜接,學生創(chuàng)新實踐能力得以提升。本文通過探討華中科技大學武昌分校自動化專業(yè)運動控制課程群的改革探索與實踐情況,提出了獨立學院自動化專業(yè)運動控制課程群建設和改革的基本思路及措施。
1 運動控制課程群教學中的問題
華中科技大學武昌分校自動化專業(yè)創(chuàng)辦于2001年,運動控制是該專業(yè)的一個重要學科方向,改革前,課程教學存在著諸多不足之處,主要表現(xiàn)在:
1.1 課程群中課程與課程之間的聯(lián)系不夠。運動控制類三門核心課程“電力電子技術”、“電機與電力拖動基礎”及“電力拖動自動控制系統(tǒng)” 以往均按部就班地講授,其聯(lián)系性沒有很好的整合、融匯,學生在學習“電力電子技術”、“電機與電力拖動基礎”等課程時感到抓不住重點、空洞,而在學習“電力拖動自動控制系統(tǒng)”綜合性專業(yè)課時又感覺難學、難懂。
1.2 綜合性、創(chuàng)新性的實踐環(huán)節(jié)不夠。實驗課是學生實踐的主要環(huán)節(jié),運動控制類三門核心課程“電力電子技術”、“電機與電力拖動基礎”及“電力拖動自動控制系統(tǒng)”均開設了專門的實驗課程,但實驗內容主要是驗證性的,學生“重課堂、輕實驗”的思想還沒有轉變,綜合性、創(chuàng)新性的實踐環(huán)節(jié)很少,導致學生在實際應用能力方面還存在著諸多欠缺。
1.3 缺乏仿真與電路設計等相關軟件的實訓過程。由于運動控制類各門課程的理論性、應用性、實踐性和綜合性都很強,學生如果要獨立完成教師布置的一個系統(tǒng)設計任務,必須使用一些計算機輔助工具,如仿真軟件MATLAB、Pspice等,電路設計軟件Protel等。但只有極個別的大三、大四學生能真正使用這些工具,這使得實踐教學的具體實施存在困難,同時對實踐教學效果也產生了一定的影響。
1.4 學生適應能力不足。有些學生在實驗室里可以完成老師規(guī)定的實驗項目,但改變一下環(huán)境,特別是碰到工程實際場合時,就會覺得無從下手、縮手縮腳。
因此,以培養(yǎng)獨立學院自動化專業(yè)運動控制方向學生實際應用能力為根本,就需要有針對性,循序漸進地圍繞運動控制類課程進行實踐教學改革。
2 運動控制課程群教學改革內容
2.1 課堂教學改革。針對“DSP原理及應用”、“電力電子技術”、“電機與電力拖動基礎”、“電力拖動自動控制系統(tǒng)”這幾門核心課程,教師在講授基礎理論的同時,融入實例教學與案例教學。如引入往屆課程設計、畢業(yè)設計作品及教室里用到的或學生日常生活所接觸到的電子、電氣產品,通過分析這些產品的工作原理,將課本上的知識進行點對點的連接。這一方面使學生明白了學這些課程的實際意義,另一方面也在無形中提高了學生的學習興趣。
2.2 實踐教學改革。首先根據(jù)現(xiàn)有實驗平臺,結合理論課內容,完成驗證性實驗內容并適當設置實驗提問及答辯以使學生牢靠的掌握基礎;其次挑選一些實驗課中沒有安排的、但又非常實用的簡單應用系統(tǒng),布置任務讓學生采用仿真軟件完成,如電力電子電路利用Pspice軟件來實現(xiàn),而電機運動控制算法則利用MATLAB軟件來完成;再次,在完成仿真系統(tǒng)的基礎上,作為課外實踐作業(yè),鼓勵學生通過自行組合團隊的方法來完成實際應用系統(tǒng)的電路設計、Protel繪制、實際制作、焊接、調試;最后根據(jù)學生在前三個環(huán)節(jié)的整體表現(xiàn),挑選出部分成績優(yōu)秀的學生,指導他們開發(fā)與設計較為復雜的綜合應用系統(tǒng),這一環(huán)節(jié)可以通過申請參加電子設計大賽、機器人大賽、挑戰(zhàn)杯大賽或進行畢業(yè)設計等方式來實現(xiàn)。
2.3 課程考核方式改革。增強對學生實際應用能力與實踐動手能力的考核,結束性考試中除了體現(xiàn)課堂教學核心內容外也不能忽視實踐教學中的重難點,而課程考核方式采用理論50%、實踐50%甚至更高的比例。
3 運動控制課程群實踐教學改革方案
運動控制學科具有很強的實踐性,因此實踐教學在課程群建設中至關重要,實踐教學不能僅僅看作是理論教學的附庸,從培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新精神的角度來看,它甚至比理論教學更為有效。 我校歷來重視培養(yǎng)學生綜合運用知識、設計和創(chuàng)新的能力。針對運動控制類課程的特點,我們構建了一套全新的實踐教學體系,實踐改革的具體方案如表1所示:
表1 運動控制課程群實踐教學改革方案
4 實踐教學改革的效果
經過幾年的探討和實踐,華中科技大學武昌分校自動化專業(yè)運動控制課程群建設取得了一些成果,主要表現(xiàn)在:(1)學生就業(yè)率穩(wěn)步上升,就業(yè)質量高。(2)學生考研率逐年提升。(3)學生實踐創(chuàng)新能力增強。學生在全國大學生電子設計大賽中屢屢獲獎。
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【關鍵詞】教學 項目設計 一體化 教學改革 課程模式
【中圖分類號】G712【文獻標識碼】A【文章編號】1006-9682(2009)05-0083-02
職業(yè)教育的宗旨是培養(yǎng)具有基本專業(yè)理論知識和熟練操作技能的,適應生產、管理、服務第一線的應用型、技能型人才。但傳統(tǒng)教學模式是理論教學與實習教學分別進行,各自為政,互不干涉。理論教師注重理論知識講解,實習教師注重實際操作,理論教學與實習教學嚴重脫節(jié),不但給學生的學習造成很大困難,也造成了重復教學和資源浪費,更影響了教學質量的提高和應用性、技能型人才的培養(yǎng)。針對這一問題,我校自建設示范院校開始積極推行一體化教學改革,經過不斷探索,已基本形成了較為成熟的項目設計一體化教學模式,對教學質量的提高和高素質人才的培養(yǎng)起到了積極的推動作用。
一、項目設計一體化教學的特點
項目設計一體化教學模式教學,其內涵主要是根據(jù)職業(yè)教育培養(yǎng)目標的要求,以項目設計一體化教學模式重新整合教學資源,體現(xiàn)工學結合的特點,從以教師為中心如何“教給”學生,向以學生為中心如何“教會”學生轉變;從以教材為中心向以培養(yǎng)目標為中心轉變;從以課堂為中心向以實驗室、實習車間、校內外實訓基地為中心轉變。要實現(xiàn)這三個轉變,項目設計一體化教學應具備:教師一體化,即專業(yè)課教師既是理論教師又是實踐指導教師;教材一體化,即教材既是理論課教材又是實訓課教材;教學過程一體化,即把課堂搬到實習、實訓基地,在教中學在學中做的模式。
項目設計一體化教學,就是通過積極探索工學結合,校企合作,訂單培養(yǎng)及共同開發(fā)課程體系等方式,加強崗位實訓,采用特定教育情景和實際教育教學活動過程的教材,以項目設計一體化教學為中心環(huán)節(jié)的授課方式。主客體角色的轉變較好地解決了理論與實踐教學的脫節(jié),減少理論課與實踐課之間知識的重復,以實際工作過程為基準,增強教學的直觀性,充分體現(xiàn)學生的主體參與作用,有助于彌補教學過程中存在的缺陷,提高教學質量和培養(yǎng)高技能人才。
二、《電機及拖動》項目設計一體化教學的實施
自推行項目設計一體化教學改革以來,學校領導高度重視,采取了一系列措施,保證了《電機及拖動》項目設計一體化教學的順利進行。
1.修訂人才培養(yǎng)方案
人才培養(yǎng)方案是教學安排、組織的依據(jù),是實施項目設計一體化教學的前提。根據(jù)人才培養(yǎng)方案,我們將《電機及拖動》所學的相關知識和技能分成若干個項目,每個項目依據(jù)不同的知識點又分成若干個學習情景,每個學習情景都有具體理論和技能要求。這樣教學過程不再是單一的學科教學,而是瞄準目標、圍繞項目和學習情景的一體化教學。
2.編寫《電機及拖動》一體化教材
依據(jù)人才培養(yǎng)方案及技能鑒定標準,按科學性、合理性、實用性、針對性、適時性、有效性原則編寫了《電機及拖動一體化教材》,是實施項目設計一體化教學的基礎。因此,對原有單獨的各門課程的教材進行了有機整合并參照有關的專業(yè)資料,編寫了《電機及拖動一體化教材》。在編寫《電機及拖動一體化教材》時,我們將《電機與變壓器》、《電力拖動控制線路》、《電工儀表與測量》、《電子技術及應用》、《安全用電》、《維修電工生產實習》、《單片機技術及應用》等課程進行了合理取舍,并添加了一些新產品、新技術,形成了今天的《電機及拖動一體化教材》。
3.培養(yǎng)“雙師型”師資
即使有了再完善的計劃、再完美的教材,如果仍然采用理論教師講理論、實習教師指導實習的教學模式,一體化教學就如同空談。所以,建設一支既能勝任理論教學,又能指導實習操作的“雙師型”教師隊伍是實施一體化教學的關鍵。因此,學校下大氣力進行“雙師型”教師的培養(yǎng)。通過組織理論教師利用節(jié)假日進工廠頂崗鍛煉,參加技能培訓,讓實習老教師傳、幫、帶以彌補其操作技能的不足;從職業(yè)技術師范學院和企業(yè)技術人員中引進相關師資等形式,使學?,F(xiàn)在擁有了基本勝任本專業(yè)一體化教學的“雙師型”師資隊伍。
4.建設項目設計一體化教學中心
要實施一體化教學,就必須具有既能滿足理論教學、又能滿足實習教學的“一體化”場所,所以項目設計一體化教學中心是實施一體化教學的保障。自2006年以來,學校加大投入,先后建成了電力拖動、電工電子、單片機及PLC、機械加工、數(shù)控機床、焊接、汽車構造、汽車電氣等一體化教學中心,保證了一體化教學改革的順利進行。
三、《電機及拖動》項目設計一體化教學的開發(fā)與具體應用
1.現(xiàn)場參觀
《電機及拖動》的對象是生產機械,生產機械的運動形式以及對電氣控制的要求是設計電氣控制電路的重要依據(jù),也是掌握控制線路工作原理的基礎,機械與電器的配合動作是實現(xiàn)生產機械自動控制的重要手段之一。這就要求學生在學習控制線路之前對生產機械的構造、運動形式、機械與電器的配合動作等方面有足夠的認識,在頭腦中形成清晰的印象。為此,必須組織參觀教學。在參觀教學中,教師先要充分熟悉生產機械,做到心中有數(shù),同時準備好機械部件及電機、電器的名稱卡片或標牌。學生通過參觀項目設計方案。
2.理論準備
在進行理論教學過程中,首先,要大力提倡“互動式”教學方法,以學生為主體,充分調動學生的主觀能動性,讓學生積極參與到教學過程中;其次,要充分利用現(xiàn)代化教學手段(錄像教學和投影教學等),進一步增加學生的感性認識,同時還可以使課堂教學更生動、充實,能給學生提供一個生動、形象、主體化的教學環(huán)境,使學生能透徹理解教學內容,提高學習效率。抓住每種控制線路的特點重點講解。一方面,各種生產機械的電氣控制線路無論怎樣復雜,都不可避免地含有一些一般性的通用環(huán)節(jié),如正轉自鎖控制、正反轉控制、點動控制、時間控制等基本控制環(huán)節(jié),這些環(huán)節(jié)學生都很熟悉,往往只要稍加點化,學生即可理解和掌握;另一方面,不同的生產機械控制線路,由于其加工工藝、控制要求或設計者的構思不同,有獨特的部分,這種獨特部分既是教學的重點,又是難點。重點地突破這一難點,整個控制線路就迎刃而解。講清機械與電器的聯(lián)動,是講授生產機械控制線路的關鍵。與機械聯(lián)動的電器在何種情況下動作,哪些觸頭閉合,哪些觸頭斷開,學生很難明白,直接影響對控制線路工作原理的理解,在教學中一定要注意講清這一關鍵性的問題。著重于能力的培養(yǎng)。在理論教學中要特別注意學生能力的培養(yǎng),不但要使學生熟悉教材中所介紹的幾種生產機械電氣控制線路的工作原理、常見故障及其分析方法,更重要的是培養(yǎng)學生閱讀控制線路圖、分析線路的工作原理及其故障的能力。生產機械是多種多樣的,其控制線路也是千變萬化的,線路出現(xiàn)的故障更是變幻莫測。因此在教學中,要著重從讀圖方法、線路原理及其故障分析方法等方面對學生進行訓練,讓學生從具體的控制線路中總結出一般規(guī)律及特點,做到獨立思考,舉一反三,融會貫通。
3.項目設計一體化教學
一體化教學可分兩個階段:一是到電工專業(yè)實習室進行電氣配盤訓練,以提高學生的實際動手能力;然后在各種機床的電氣控制模擬示教板上進行排故訓練,以提高學生的思維能力、判斷能力。二是到實習工廠進行實際應用的訓練,讓學生直接參與生產,培養(yǎng)學生適應實際工作環(huán)境的能力,掌握理論在實際中的應用。
四、結 語
實施《電機及拖動》項目設計一體化教學模式改革,基本上做到以項目設計為中心、以學生能力提高為中心、以崗位要求為中心、以教、學、做一體為主要形式的組織教學?!峨姍C及拖動》項目設計一體化教學作為一種教學方法,它不可能完全取代傳統(tǒng)的教學模式,但作為未來教學改革的方式的趨勢已不可動搖。
參考文獻
關鍵詞:考試改革 動手能力 實踐
一、指導思想
《電機與電氣控制技術》是我們高職院校機電一體化技術、電氣自動化專業(yè)一門技術基礎課程。它的培養(yǎng)目標是:使學生掌握交直流電機拖動、低壓電器控制技術等方面的基本知識和技能,將學生培養(yǎng)成為高素質技術應用性人才,同時為學習后繼課程打好基礎。
傳統(tǒng)的《電機與電氣控制技術》課程教學方式采用課堂講授的形式,以講授電機的各種理論知識為主,致使理論與實踐脫節(jié),學生對電機電氣控制的設計能力和動手能力很欠缺,不能很好地將理論應用于實際,與高職教育培養(yǎng)高級技能型專門人才相悖。為了改變這一現(xiàn)狀,適應高職“以就業(yè)為導向”的教學改革,我認為應當對《電機與電氣控制技術》課程進行考試改革:在課堂以多媒體講授為主,配合實際動手操作,提高學生實際分析問題和解決問題的能力,做到真正的理論與實踐相結合,從而提高學生的就業(yè)能力和自身能力的儲備。
二、課程改革目標
我們在教學過程中,融入“工學結合”的教學理念。將理論與實踐,知識與技能培養(yǎng)有機地結合起來,理論教學以實用、夠用為原則,在電機與拖動實訓室進行理論教學與大量的實訓教學穿行。
在教師指導下,學生邊學邊做。使學生在做中學,學中做,多做多練,學做合一。從而提高了學生的設計能力與實際動手能力,達到即定的培養(yǎng)目標,最終逐步取消中、高級電工考證培訓,課程改革進行以證代考的考核方式。
三、課程改革措施
1、教學條件
每次課由老師主講,在多媒體教室理論教學,在電機拖動實訓室進行實踐教學,選用機械工業(yè)出版社規(guī)劃教材《電機與電氣控制技術》(許主編)教材。
2、教學方法和教學手段
理論與實踐穿行,教學貫徹以學生為主體,老師引導的理念,以技能培養(yǎng)為主線,讓學生在完成任務的過程中學習和提高技能。
3、教學效果
運用現(xiàn)代職業(yè)教育理念為指導,通過教學手段,考核考試改革使學生掌握交直流電機的基本結構、工作原理和拖動性能,掌握低壓電器的選擇和常用控制電路的分析和維護,達到中級電工的考核要求。
1.基本知識教學效果是:
(1)電機、低壓電器的基本結構、工作原理、常見故障分析;(2)電機拖動中典型問題分析;(3)常用電氣控制電路的分析和設計;
2.能力效果是:
(1)具備中高級電工職業(yè)資格認證所必須的電機與電氣控制理論知識與技能;(2)能處理電機和電器控制電路的簡單故障;(3)具有查閱手冊等工具書和設備銘牌、產品說明書、產品目錄等資料的能力;(4)能閱讀電氣原理圖,并能設計出簡單的電氣控制原理圖 。
3.思想教育效果是:
(1)初步具備辯證思維的能力;(2)具有熱愛科學,實事求是的學風和創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神;(3)加強職業(yè)道德意識。
四、課程改革方案
1、考核考試方案
《電機與電氣控制技術》課程理論考核以夠用、實用為基本原則,降低了理論考核的要求。重點突出考核學生在電機與電氣控制方面的設計能力和實際動手能力。在設計任務考核實施過程中全面倡導“4自”性實踐,即自行抽選實踐內容,自行設計方案,自助式發(fā)現(xiàn)問題,自檢實踐結果。注重能力考核,強調實踐效果。
理論考核以閉卷形式進行,考察學生對電機的基本概念、原理、應用的了解。實踐考核在電機拖動實驗室進行,每一位學生隨機抽取任務工單,含有設計和安裝接線。按評分標準進行評定??己顺煽兊?0%記入期末總成績。
2、考試方法:
理論考核+實踐設計+安裝操作
(1)理論考核
本著學習理論知識以實用、夠用為原則,理論考核以筆試閉卷的形式考查學生對電機、變壓器的基本概念、基本原理的掌握情況。卷面分值為30分。
(2)實踐設計
按要求設計一個基本的電氣控制線路圖。卷面分值為30分。
實施方法:隨機抽選考題。即在多個設計任務題中抽選一個題目作為每個考生的試題。
(3)安裝操作考試
考生根據(jù)在以上設計考題中所畫的電路,完成實物安裝接線,并能使電動機按照要求正常運行,記錄電機運行數(shù)據(jù)。卷面分值為40分。
五、課程改革預期成果和效果
培養(yǎng)具有一定的分析問題、解決問題能力的,達到中、高級電工水平,有較強的職業(yè)能力和一定的創(chuàng)新精神的高級技能型人才。具體要求如下:
(1)具備中高級電工職業(yè)資格認證所必須的電機、變壓器、電氣控制理論知識與技能;(2)能處理電機和電器控制電路的簡單故障;(3)具有查閱手冊等工具書和設備銘牌、產品說明書、產品目錄等資料的能力;(4)能閱讀電氣原理圖,并能設計出簡單的電氣控制原理圖 。
六、驗收要點
1、平時考核記錄
2、課程教學方案、課件
3、課程教學總結及調查表
【關鍵詞】煤礦;皮帶機;變頻器
1、概述
皮帶機是現(xiàn)代化煤礦高產高效的主要運輸設備,由于煤礦井下使用的特殊性,目前對拖動技術的要求越來越高:控制簡單,啟動特性好,調速性能好,啟動轉距大;節(jié)能;工作平穩(wěn)可靠,維護量?。粌r格適中。要同時滿足這些條件,原有各種拖動技術都很難做到,目前只有變頻技術的應用和不斷完善、創(chuàng)新才能實現(xiàn)。現(xiàn)有無速度傳感器矢量控制(SVC)的防爆變頻器能夠滿足用戶要求,將是井下皮帶機拖動的發(fā)展方向。
2、技術比較
2.1直接起動:轉矩大,但力的傳導不均,尾部反應慢,在皮帶底部有堆積現(xiàn)象,啟停性能差,對皮帶和機械造成很大沖擊。大型皮帶機基本不能使用。
2.2調速型液力偶合器起動:皮帶機慢慢起動,對皮帶機的啟停不會造成大的沖擊,早期廣泛應用于煤礦大型皮帶機電力拖動中,但隨著技術的進步,液力耦合器逐漸顯現(xiàn)了以下的局限性,存在不少問題。
2.2.1在起動過程中會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象,造成安全隱患。
2.2.2負載與電機的距離較遠,效率很差。需提供較大的安裝空間,基礎復雜。
2.2.3由于液力耦合器的兩端出軸為兩個半軸,頸向跳動大,在短時間內就會造成設備漏油,故障率較高。
2.2.4液力耦合器的原理決定了液力耦合器有8-10%的速度損失。同時功率損失變?yōu)闊崃浚挂簤河蜏剡^高。需要大量的水冷卻。
2.2.5在實際運行中油溫高于95℃以上,使冷卻器的水易結垢堵塞(煤礦供水大部分是硬水),造成故障。
2.2.6由于液力耦合器是用液壓油傳遞功率,因此速度控制不穩(wěn)定、功率因數(shù)低、調速精度差。
2.2.7當液力耦合器故障時,設備只能停止運行。嚴重影響生產,這是最大的浪費。
2.2.8液力耦合器整機效率低,調速本身的損耗大、維護量大、二次成本過高,不符合節(jié)能節(jié)排政策,必將被其他的電磁控制功率型的高效節(jié)能調速裝置所代替。
2.3采用防爆軟起動,皮帶機空載時起動平穩(wěn),轉矩降低,減少沖擊,延長電機、皮帶、機械系統(tǒng)的使用壽命,但重載時會跳,對皮帶機沖擊較大。
2.4采用變頻拖動技術。
2.4.1優(yōu)越的軟起動和軟停車性能。通過電機的慢速啟動,帶動皮帶機緩慢啟動,將皮帶內部存儲的能量慢慢釋放,使皮帶機啟動過程中形成的張力很小,對皮帶機幾乎不造成危害:停車時的減速度任意可調,這樣可將皮帶機停車時產生的沖擊減少至最小。這是其它驅動設備難以達到的。
2.4.2降低膠帶張力。啟動時間可調的良好特性,至少可降低起動張力30%,大大降低了對帶強的要求,在初期設計選擇皮帶強度時可降低一個標號。
2.4.3平穩(wěn)的重載起動。皮帶機在運煤過程中任意一刻都可能立即停車再重新起動,必須考慮“重載起動”能力。由于變頻器采用無速度傳感器矢量控制方式,低頻運轉最大可輸出1.5倍額定轉矩,因此最適于“重載起動”。
2.4.4功率平衡。煤礦井下大型皮帶機運輸系統(tǒng)多為雙滾筒驅動或多滾筒驅動,變頻器可以通過單獨的控制系統(tǒng)控制各電機的電流值,通過調整各電機的速度來使各電機電流值逐步趨于平衡。一般是采用一拖一控制,或主從控制,實現(xiàn)功率平衡,保證電機同步性能。
2.4.5降低設備的維護量。變頻器是一種電子器件的集成,它將機械設備的壽命轉化為電子的壽命,降低了設備的維護量。由于降低了起動沖擊,機械系統(tǒng)的設備損耗也隨之降低,大大減少機械部分的檢修量,尤其托輥及滾筒的壽命成幾倍的延長。
2.4.6驗帶功能。煤礦的生產運輸系統(tǒng)多以皮帶機為主,運輸系統(tǒng)檢修維護的主要工作是皮帶機的檢修維護,低速驗帶功能是皮帶機檢修的主要要求,變頻調速系統(tǒng)為無極調速的交流傳動系統(tǒng),在空載驗帶狀態(tài)下,可實現(xiàn)電機工作在5%-100%額定帶速范圍內的任意帶速。
2.4.7節(jié)能。通常情況下,煤礦用電機設計容量大,大部分時間不能滿載運行,當輕載或者空載時,常常造成不必要的電能損失。采用變頻器后,可以根據(jù)負載輕重自動調節(jié)皮帶速度;電機與減速器之間是直接硬聯(lián)接,減少了液力耦合器環(huán)節(jié),傳遞效率得到了很大的提高。此外,由于煤礦通常離變電站距離較遠,不同時段電壓波動較大,利用變頻器的自動穩(wěn)壓功能,更能體現(xiàn)節(jié)能的效果。