電機學實驗計算機仿真技術教學改革

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摘要：針對多年來本科教育中電機學實驗缺乏理論仿真的問題，本文提出了計算機仿真技術與實驗相結合的電機學實驗的教學改革。通過引入計算機仿真技術，直觀的展示了電機的動靜態性能，增強了學生的建模思想，使學生能夠在仿真與實驗結合中找到學習興趣，提高應用型本科高校的人才培養質量。

關鍵詞：教學改革；計算機仿真技術；建模思想；人才培養質量

一引言

電機學是電氣工程類專業的一門重要的專業課程，該課程具有很強的理論深度及實踐性[1,2]。目前多數高校對電機學的理論教學進行了一系列的教學改革，且大多數引入了高端的應用型手機學習軟件，諸如學習通和翻轉校園等，這在一定程度上激發了學生的學習興趣，然而針對高校電機學實驗的教學改革并不多見，為提高學生對電機學理論知識的深入理解，電機學實驗需要一次全方位的改革。基于此，筆者根據平頂山學院本科院校的重新定位，提出了以計算機仿真技術與實驗平臺相結合的電機學實驗的教學改革，以培養工程應用型人才為目標，服務區域經濟的發展。

二計算機仿真技術與電機學實驗相結合的教學改革探索

（一）電機學實驗的特點電機學是大學中重要的一門專業課程，其應用范圍覆蓋了電力、電子、工業控制等眾多領域，在工業生產中占有及其重要的地位[3,4]。該課程的主要任務是研究各類電機的基本原理、基本計算和一般的應用分析。而電機學實驗是本課程非常重要的實踐環節，使學生能夠在實踐的過程中掌握電機的基本實驗原理和方法，初步培養學生對電機進行一般操作的動手能力和對實驗數據的分析能力。由于電機學課程涉及內容較多且專業性極強的特點，為使學生能夠通過實驗的方式理解專業性強的理論知識，作為實驗的一線教師在教學方式上要采用貼合實際應用的教學方式，體現教而用的教學理念[5,6]。培養具有研究能力、實踐能力和專業技能全面發展的應用型人才。

（二）計算機仿真技術與電機學實驗相結合的作用計算機仿真技術利用現代計算機的優勢，以低成本的方式能夠很好的完成真實環境中較難完成的電機學實驗的教學任務，且可以通過網絡的手段實現電機模型和建模思想的共享，可以更加合理化的讓學習利用網絡教學資源，有利于讓學生進行反復的無成本的操作和對理論知識的反復驗證及設計，同時打破了時間及空間的限制，可以實現隨時隨地的進行電機模型的搭建及對理論知識的驗證。為項目或任務驅動教學法以及翻轉課堂教學模式的實施提供了有利條件[7,8]。

（三）電機學實驗存在的問題電機學實驗是電機學理論課程的重要教學實踐環節，筆者根據自己多年來從事電機學實驗教學工作，將從教學方法、教學內容的設置和教學資源開發等方面考慮，認為目前電機學實驗主要存在以下幾個方面的問題：1.電機學實驗教學以傳統的教學為主，授課方式單一，不利于調動學生的學習興趣，這將導致學生掌握到的知識較弱，進而引發了學生對電機學理論知識的不理解。特別的對于電機學部分章節中的理論性極強且內容枯燥無味的情況，采用這種單一的教學方法顯然非常不利于學生對理論知識的掌握與理解。2.大多數電機實驗室內的實驗設備笨重，價格昂貴且運行及維護的成本較高，尤其涉及到工業控制中使用的大功率型的電機還存在著人身危險的因素，若只采用傳統實驗教學內容已不能滿足當前的需要，近些年隨著數字控制技術的發展，電機的控制技術也得到了長足的發展，同時不同類型的電機層出不窮。如若緊跟時代的步伐，當前電機實驗室不能得到大額的資金支持來滿足對各類實驗電機的需求，顯然限制了學生對各類電機的實際應用，特別是對一些新型電機的使用更是無法保障，同時受到實驗空間的限制，學校更無法為每一位學生提供足夠的實驗空間和實驗創新的機會，這更加不利于培養學生的應用創新能力。

（四）改革措施和對策針對以上電機學實驗存在的問題，從以下幾個方面進行電機學實驗的改革。1.完善課程體系由于需要在本科教育中引入計算機仿真技術，需要在課程建設方面進行完善。在學生的大學一年級階段增設系統的建模與數值分析的相關課程，建模思想早早的植入于學生們的大腦內，為大學二年級所學的電機學做好鋪墊。同時在大學的課程體系內需要引入與電機學相關的專業計算機仿真軟件，將與電機學相關的計算機仿真軟件的學習作為大學一年級的必修內容，且通過嚴格的考試過關來衡量學生對計算機仿真軟件的掌握程度，對于計算機仿真軟件的學習可通過項目驅動法的教學方式培養學生運用計算機仿真軟件對相關電路的實踐設計能力。2.計算機仿真技術應用于電機學實驗中的改革針對以上問題2可知單純的實驗平臺上的項目實驗限制了每位學生的創新性設計思路，在實驗平臺上只是簡單的進行一些項目的驗證性實驗，缺乏了對實驗的理論深度思考。計算機仿真技術的引入能夠更加直觀的讓學生發現電機電氣模型中有關的電壓、電流、轉速、轉矩等相關參數的實時動態變化，更加容易的找到電機調速等一般性規律，同時能夠及時發現問題，解決問題。在實際應用中，以目前國內權威性較高的MATLAB仿真軟件為例，該軟件集成了幾十種不同類型的電機模型，以此軟件為基礎而開發的電機學仿真模型，可以改變電機學實驗中的單一實驗形式，它可以使學生由被動地接受教師的灌輸轉變為主動地探究實驗的真諦。并且在該仿真軟件下根據同樣的設計要求，可以很容易的在計算機界面上實現不同的解決方案，這就能調動學生的積極性和主動性，培養他們發現問題﹑分析問題和解決問題的能力以及他們的創新能力。另外除了課上的時間以外，學生還可以利用課下的時間使用計算機仿真軟件繼續進行相關實驗。這就打破了實驗時間和空間的限制，保證了學生有足夠的空間和時間來完成實驗，達到了“線上、線下”都可以進行的教學模式，解決了在原有實驗條件下受到時間和空間的不足而影響學生質量的培養問題。

三結束語

計算機仿真技術引入電機學實驗的教學模式，激發了學生的深入學習電機理論的興趣，融合了線上、線下兩種不同的教學方法，對電機學理論及實踐進行了有益的補充。該種教學方式可以充分的使學生體驗到不同的學習方式，加深了學生對電機學理論知識的理解。進而完善了電氣工程專業的課程體系、革新了不同模式下的教學內容和豐富了學生對電機學認知，探索出一條行之有效的教學改革之路，必將提高平頂山學院電氣工程專業學生的人才培養質量。

參考文獻

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作者：余亞東 單位：平頂山學院