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摘要：“电机与拖动基础”课程在自动化及相近专业中具有重要的地位。首先分析了“电机与拖动基础”课程的特点和教学中存在的问题，接着针对其特点和存在的问题，基于知识分类理论，将课程内容分成陈述性知识和程序性知识两大类。对不同类型的知识采用不同的教学方法，进行“电机与拖动基础”课程教学改革试验，并给出了教学实例。教学试验初步证明了教学改革的有效性，大学生创新能力得到了明显提高。
关键词：电机与拖动基础；知识分类理论；陈述性知识；程序性知识
作者简介：王蕾（1977-），女，河北鹿泉人，南京工程学院自动化学院，高级工程师；刘启新（1957-），女，江苏镇江人，南京工程学院自动化学院，副教授。（江苏 南京 211167）
基金项目：本文系南京工程学院引进人才基金项目（项目编号：121108120002）、南京工程学院教学改革项目（项目编号：JG201116）、南京工程学院教学改革项目（项目编号：JG201312）、南京工程学院教学改革重点项目（项目编号：JG201306）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）28-0086-02
一、“电机与拖动基础”课程特点
“电机与拖动基础”课程是自动化、机电一体化及相近专业的一门重要的专业基础课。[1，2]从教学内容来看，该课程涉及到电学、磁学、力学等方面的概念和定律，课程具有综合性、复杂性和抽象性的特点；从整个课程体系来看，其先修课程包括“大学物理”、“电路原理”，后续课程为“电力拖动与运动控制”，这就使得该课程处于承上启下的重要环节；从本科教学实践环节来看，无论是金工实习，还是学生参加各个级别竞赛，都离不开该课程的知识作为支撑。
“电机与拖动基础”课程存在以下一些特点：
1.内容多，课时少
“电机与拖动基础”课程由原来的72学时减少到现在的56学时，但内容并没有减少。这就给课程的教学提出了更高的要求，如何用最少的时间学到最多的知识，并能理解、掌握、应用和创新，给“电机与拖动基础”的教学提出了挑战。
2.学生畏难情绪大，兴趣少
由于“电机与拖动基础”课程与大学物理和电路等知识紧密相关，这些课程内容的缺失会增大“电机与拖动基础”课程的学习难度；并且电机原理中的复杂物理知识，使得学生望而生畏，更谈不上感兴趣了。
3.学生对知识的综合应用能力差
由于第二个特点，造成学生对所学知识只知其然，而不知其所以然，难以达到灵活应用的程度。
针对以上特点，基于知识分类理论开展“电机与拖动基础”课程教学改革试验研究。
二、“电机与拖动基础”知识分类理论
信息加工心理学广义知识分类和学习阶段理论认为，[3，4]知识分为陈述性知识和程序性知识。陈述性知识回答“是什么”的问题，程序性知识回答“怎么做”的问题。陈述性知识是一种静态的知识，它的激活是输入信息的再现；而程序性知识是一种动态的知识，它的激活是信息的变形和操作。也就是陈述性知识达到的目标是“记忆”，而程序性知识达到的目标是“应用”。
对不同类型知识的学习，其达到的目标不同，因此学习活动也会相应不同，对学生需达到的能力要求也会不同。为了提高教学质量，拟采取以知识分类为前提，教学过程为主线，教学活动为载体，师生为主体的教学模式。
基于知识分类理论的教学模式包括陈述性知识的教学和程序性知识的教学。
1.陈述性知识的学习过程
陈述性知识的学习过程包括四个阶段：[4]知识的选择、知识的整合、知识的组织和知识的精加工等。在每个阶段中，教学主体（教师和学生）开展相应的教学活动。
2.程序性知识的学习过程
程序性知识的学习过程包括三个阶段：[4]知识的学习、知识的应用和知识的创新等。在每个阶段，教学主体开展相应的教学活动。其中创新是程序性知识学习过程非常重要的步骤。
我国目前普遍的大学生教学模式，对大学生的综合应用能力和创新能力培养不够，造成了大学生普遍存在的综合应用能力差、创新能力不足等问题。究其原因，一方面是学生在学习程序性知识的时候，学生能基本达到知识的简单应用，但是解决问题的能力和创新能力很难得到培养；另一方面是学生学得的知识表现为碎片化，即获得的知识单就某一知识学习效果比较好，但不够完整、系统。如何将碎片化的知识根据自己的需要进行加工整理，与原有的知识体系相互整合形成新的个人化知识体系，是面临的另一大挑战。
针对以上两个挑战，就“电机与拖动基础”课程进行教学改革初步探索。
三、“电机与拖动基础”教学改革措施
将“电机与拖动基础”教学内容中所涉及的知识分为两大类：陈述性知识和程序性知识。以直流电机的部分教学内容为例，进行教学改革措施举例。陈述性知识包括：直流电机的工作原理、结构、磁场、运行原理等。程序性知识包括：直流电机拖动系统的运动方程、机械特性、起动、制动、调速等。
1.陈述性知识的教学改革措施
以直流电机工作原理的教学为例进行说明。
在直流电机工作原理知识的教学之前，首先选择与电机知识关系比较密切的大学物理和电路中的有关电磁概念与定律进行复习，这些知识对于学生来说都属于旧知识，包括磁感应强度、磁通量、磁场强度、磁通势、磁路等物理概念，安培环路定律、磁路的欧姆定律、磁路的基尔霍夫定律、电磁力定律、电磁感应定律等基本定律。对这些旧知识的复习，能够使学生很快产生熟悉感，消除或减弱畏难情绪，同时温故而知新，为新知识的学习打下铺垫。
接着给出直流电机的工作原理示意图，如图1所示。图1（a）是直流发电机的工作原理示意图，图1（b）是直流电动机的工作原理示意图。 直流电机的基本工作原理就是基于电磁力定律和电磁感应定律的。在直流发电机中，运动的带电线圈切割磁力线，产生感应电动势；在直流电动机中，载流线圈在磁场中受到电磁力的作用。这些都是学生已经掌握的知识，将这些旧知识用于直流电机，整合得到新知识：直流电机的工作原理。这样直流电机工作原理这个新知识点就很容易被学生接受、掌握和记忆了。
然后对所学知识进行比较和组织。对于直流发电机和直流电动机的工作原理进行比较教学。两者的相同点是主体结构基本相同；不同点是直流发电机是先有运动后有电，而直流电动机是先有电后有运动。同时引入直流电机的可逆性，也就是直流发电机和直流电动机的统一性。这样两个知识点可以合并为一个知识点，利于学生记忆和掌握。
最后完成知识的精加工。通过对直流电机工作原理的理解和总结，可以将其概括为三个词：电动生磁、磁动生电、电磁生力。学生只要记住这三个词，就能掌握直流电机的工作原理。
由此可见，通过知识选择、整合、组织和精加工，很容易就完成了对直流电机工作原理这种陈述性知识的教学。
2.程序性知识的教学改革措施
以直流电动机拖动系统调速内容的教学为例进行说明。教学分为三个阶段：知识学习、知识应用和知识创新。
在直流电动机拖动系统调速知识的学习阶段，首先创设问题情境。采用实验的方法，使学生在实验中发现问题，提出问题，解决问题。比如，在讲述直流他励电动机调速课程之前，安排学生做直流他励电动机实验。在该实验中，直流测功机按他励发电机连接，作为直流电动机的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。通过调节直流电动机励磁回路中的励磁电阻来调节直流电动机的磁场，电枢回路由可调电源供电，电枢回路中串有可调电阻。实验过程中，首先起动电动机，电动机转速平稳后，分别调节励磁电阻、电枢回路电阻及电源电压，观察在不同物理量变化时，电动机转速、感应电动势、电枢电流等的变化情况，由此使学生直观了解电动机调速方法和调速过程中电动机各物理量的变化过程和特点。接着联系前面学过的直流电动机的机械特性相关知识，在验证了所学知识的正确性的同时，理解和掌握直流电动机的调速知识。另外，还可以由实验室老师给大家演示了一个他励直流电机失磁出现“飞车”的现象，然后引导学生讨论“失磁飞车”的危害，最后提示学生从电磁转矩的产生、转速特性等方面去思考飞车产生的原因，从而进一步加深了学生对直流电动机调速知识的理解。
在对直流电动机调速知识有了初步的掌握之后，教师选择一些实际应用中的相关例子，使学生对直流电动机的调速知识进一步的巩固，并能应用所学知识解决问题，从而加深对直流电动机调速知识的理解。比如给出某一型号他励直流电动机的铭牌数据，让学生根据铭牌数据回答下面的问题：降低电动机电枢电压时的瞬间转速和电枢电流是多大？降低电动机电枢电压时电动机稳定状态的电枢电流和转速是多大？在回答上面的问题中，使学生学会应用所学知识解决问题，从而对直流电动机的调速过程有更为具体的认识。
在学生具备使用直流电动机调速知识解决简单问题的能力之后，教师引导学生对知识进行创新理解。由教师创设比较复杂问题的情境，并让学生划分小组进行讨论，同时教师指导学生选择所学知识资源，通过分析和整理，寻求问题的解决方案。在整个创新过程中，教师起引导和监督的作用。教师应在课前把要问题情境的主要内容告诉学生，以便学生在课前查阅有关资料，做好准备。通过课上讨论，既能使学生对所学内容有清晰而深刻的理解，又能培养学生的阅读能力、思辨能力和语言表达能力，是一种非常有效的教学活动。
问题情境的选择可以从实际生产或生活过程中选择，也可以从大学生科技创新项目中选择。各类科技竞赛能引起学生极强的兴趣，无论是国家级诸如“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛，还是校内的“校董杯”巡线机器人大赛均在学生中有很大影响。小型直流电动机是这些竞赛中广泛应用的动力装置，在教学过程中，注重以这些竞赛题目为对象，鼓励学生参与此类竞赛，并提供指导。问题情境的创设需要考虑以下几个问题：
（1）问题情境应源于学生的现实生活。从同学们喜闻乐见的生活现象或大学生活动入手。分析生活现象，就会使学生产生浓厚兴趣，而且使学生真切地感受到直流电动机调速知识应用的广泛性和重要性。
（2）创设情境要符合学生的年龄特征。“电机与拖动基础”课程一般在大学三年级讲授，学生还有一年多的时间就要面临就业的考验。所以教师可以从已就业学生的工作中遇到的有关直流电机的问题选择问题情境，引起学生的兴趣和解决问题的欲望，从而促进学生更加积极地去开动脑筋，活跃思维，解决问题。
（3）问题情境的创设须参照学生的社会环境特征、思维活动水平和教学条件。由于不同的学生所处的社会环境不尽相同，所具备的知识背景与活动经验也各异，例如统招本科学生和自考本科学生有其自身的特点。教学中要关注所在地区的社会环境，所教学生的思维活动水平并考虑当地教学条件，创设适合学生发展，有利于学生思维训练并切合实际的问题情境，搞好电机教学。
四、结束语
通过采用基于知识分类理论的教学方法，降低了学生对该课程的畏难情绪，提高了学生的学习积极性和学习效率，同时也提高了学生参与科技创新的积极性。因此，该教学改革在活跃大学生创新思维和提高大学生对所学知识的综合应用能力、解决问题的能力上迈出了新的台阶。
参考文献：
[1]刘启新，张丽华，祁增慧，等.电机与拖动基础[M].第三版.北京：中国电力出版社，2012.
[2]钟国梁，卢帆兴，李明辉.“电机与拖动基础”核心课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2013，（13）：63-64.
[3]皮连生.教育心理学[M].第四版.上海：上海教育出版社，2011.
[4]孔祥艳，李波，王学涛.基于知识分类理论的教学模式研究[J].中国电力教育，2013，（4）：43-45.
（责任编辑：王意琴）
关键词：电机与拖动基础；知识分类理论；陈述性知识；程序性知识
作者简介：王蕾（1977-），女，河北鹿泉人，南京工程学院自动化学院，高级工程师；刘启新（1957-），女，江苏镇江人，南京工程学院自动化学院，副教授。（江苏 南京 211167）
基金项目：本文系南京工程学院引进人才基金项目（项目编号：121108120002）、南京工程学院教学改革项目（项目编号：JG201116）、南京工程学院教学改革项目（项目编号：JG201312）、南京工程学院教学改革重点项目（项目编号：JG201306）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）28-0086-02
一、“电机与拖动基础”课程特点
“电机与拖动基础”课程是自动化、机电一体化及相近专业的一门重要的专业基础课。[1，2]从教学内容来看，该课程涉及到电学、磁学、力学等方面的概念和定律，课程具有综合性、复杂性和抽象性的特点；从整个课程体系来看，其先修课程包括“大学物理”、“电路原理”，后续课程为“电力拖动与运动控制”，这就使得该课程处于承上启下的重要环节；从本科教学实践环节来看，无论是金工实习，还是学生参加各个级别竞赛，都离不开该课程的知识作为支撑。
“电机与拖动基础”课程存在以下一些特点：
1.内容多，课时少
“电机与拖动基础”课程由原来的72学时减少到现在的56学时，但内容并没有减少。这就给课程的教学提出了更高的要求，如何用最少的时间学到最多的知识，并能理解、掌握、应用和创新，给“电机与拖动基础”的教学提出了挑战。
2.学生畏难情绪大，兴趣少
由于“电机与拖动基础”课程与大学物理和电路等知识紧密相关，这些课程内容的缺失会增大“电机与拖动基础”课程的学习难度；并且电机原理中的复杂物理知识，使得学生望而生畏，更谈不上感兴趣了。
3.学生对知识的综合应用能力差
由于第二个特点，造成学生对所学知识只知其然，而不知其所以然，难以达到灵活应用的程度。
针对以上特点，基于知识分类理论开展“电机与拖动基础”课程教学改革试验研究。
二、“电机与拖动基础”知识分类理论
信息加工心理学广义知识分类和学习阶段理论认为，[3，4]知识分为陈述性知识和程序性知识。陈述性知识回答“是什么”的问题，程序性知识回答“怎么做”的问题。陈述性知识是一种静态的知识，它的激活是输入信息的再现；而程序性知识是一种动态的知识，它的激活是信息的变形和操作。也就是陈述性知识达到的目标是“记忆”，而程序性知识达到的目标是“应用”。
对不同类型知识的学习，其达到的目标不同，因此学习活动也会相应不同，对学生需达到的能力要求也会不同。为了提高教学质量，拟采取以知识分类为前提，教学过程为主线，教学活动为载体，师生为主体的教学模式。
基于知识分类理论的教学模式包括陈述性知识的教学和程序性知识的教学。
1.陈述性知识的学习过程
陈述性知识的学习过程包括四个阶段：[4]知识的选择、知识的整合、知识的组织和知识的精加工等。在每个阶段中，教学主体（教师和学生）开展相应的教学活动。
2.程序性知识的学习过程
程序性知识的学习过程包括三个阶段：[4]知识的学习、知识的应用和知识的创新等。在每个阶段，教学主体开展相应的教学活动。其中创新是程序性知识学习过程非常重要的步骤。
我国目前普遍的大学生教学模式，对大学生的综合应用能力和创新能力培养不够，造成了大学生普遍存在的综合应用能力差、创新能力不足等问题。究其原因，一方面是学生在学习程序性知识的时候，学生能基本达到知识的简单应用，但是解决问题的能力和创新能力很难得到培养；另一方面是学生学得的知识表现为碎片化，即获得的知识单就某一知识学习效果比较好，但不够完整、系统。如何将碎片化的知识根据自己的需要进行加工整理，与原有的知识体系相互整合形成新的个人化知识体系，是面临的另一大挑战。
针对以上两个挑战，就“电机与拖动基础”课程进行教学改革初步探索。
三、“电机与拖动基础”教学改革措施
将“电机与拖动基础”教学内容中所涉及的知识分为两大类：陈述性知识和程序性知识。以直流电机的部分教学内容为例，进行教学改革措施举例。陈述性知识包括：直流电机的工作原理、结构、磁场、运行原理等。程序性知识包括：直流电机拖动系统的运动方程、机械特性、起动、制动、调速等。
1.陈述性知识的教学改革措施
以直流电机工作原理的教学为例进行说明。
在直流电机工作原理知识的教学之前，首先选择与电机知识关系比较密切的大学物理和电路中的有关电磁概念与定律进行复习，这些知识对于学生来说都属于旧知识，包括磁感应强度、磁通量、磁场强度、磁通势、磁路等物理概念，安培环路定律、磁路的欧姆定律、磁路的基尔霍夫定律、电磁力定律、电磁感应定律等基本定律。对这些旧知识的复习，能够使学生很快产生熟悉感，消除或减弱畏难情绪，同时温故而知新，为新知识的学习打下铺垫。
接着给出直流电机的工作原理示意图，如图1所示。图1（a）是直流发电机的工作原理示意图，图1（b）是直流电动机的工作原理示意图。 直流电机的基本工作原理就是基于电磁力定律和电磁感应定律的。在直流发电机中，运动的带电线圈切割磁力线，产生感应电动势；在直流电动机中，载流线圈在磁场中受到电磁力的作用。这些都是学生已经掌握的知识，将这些旧知识用于直流电机，整合得到新知识：直流电机的工作原理。这样直流电机工作原理这个新知识点就很容易被学生接受、掌握和记忆了。
然后对所学知识进行比较和组织。对于直流发电机和直流电动机的工作原理进行比较教学。两者的相同点是主体结构基本相同；不同点是直流发电机是先有运动后有电，而直流电动机是先有电后有运动。同时引入直流电机的可逆性，也就是直流发电机和直流电动机的统一性。这样两个知识点可以合并为一个知识点，利于学生记忆和掌握。
最后完成知识的精加工。通过对直流电机工作原理的理解和总结，可以将其概括为三个词：电动生磁、磁动生电、电磁生力。学生只要记住这三个词，就能掌握直流电机的工作原理。
由此可见，通过知识选择、整合、组织和精加工，很容易就完成了对直流电机工作原理这种陈述性知识的教学。
2.程序性知识的教学改革措施
以直流电动机拖动系统调速内容的教学为例进行说明。教学分为三个阶段：知识学习、知识应用和知识创新。
在直流电动机拖动系统调速知识的学习阶段，首先创设问题情境。采用实验的方法，使学生在实验中发现问题，提出问题，解决问题。比如，在讲述直流他励电动机调速课程之前，安排学生做直流他励电动机实验。在该实验中，直流测功机按他励发电机连接，作为直流电动机的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。通过调节直流电动机励磁回路中的励磁电阻来调节直流电动机的磁场，电枢回路由可调电源供电，电枢回路中串有可调电阻。实验过程中，首先起动电动机，电动机转速平稳后，分别调节励磁电阻、电枢回路电阻及电源电压，观察在不同物理量变化时，电动机转速、感应电动势、电枢电流等的变化情况，由此使学生直观了解电动机调速方法和调速过程中电动机各物理量的变化过程和特点。接着联系前面学过的直流电动机的机械特性相关知识，在验证了所学知识的正确性的同时，理解和掌握直流电动机的调速知识。另外，还可以由实验室老师给大家演示了一个他励直流电机失磁出现“飞车”的现象，然后引导学生讨论“失磁飞车”的危害，最后提示学生从电磁转矩的产生、转速特性等方面去思考飞车产生的原因，从而进一步加深了学生对直流电动机调速知识的理解。
在对直流电动机调速知识有了初步的掌握之后，教师选择一些实际应用中的相关例子，使学生对直流电动机的调速知识进一步的巩固，并能应用所学知识解决问题，从而加深对直流电动机调速知识的理解。比如给出某一型号他励直流电动机的铭牌数据，让学生根据铭牌数据回答下面的问题：降低电动机电枢电压时的瞬间转速和电枢电流是多大？降低电动机电枢电压时电动机稳定状态的电枢电流和转速是多大？在回答上面的问题中，使学生学会应用所学知识解决问题，从而对直流电动机的调速过程有更为具体的认识。
在学生具备使用直流电动机调速知识解决简单问题的能力之后，教师引导学生对知识进行创新理解。由教师创设比较复杂问题的情境，并让学生划分小组进行讨论，同时教师指导学生选择所学知识资源，通过分析和整理，寻求问题的解决方案。在整个创新过程中，教师起引导和监督的作用。教师应在课前把要问题情境的主要内容告诉学生，以便学生在课前查阅有关资料，做好准备。通过课上讨论，既能使学生对所学内容有清晰而深刻的理解，又能培养学生的阅读能力、思辨能力和语言表达能力，是一种非常有效的教学活动。
问题情境的选择可以从实际生产或生活过程中选择，也可以从大学生科技创新项目中选择。各类科技竞赛能引起学生极强的兴趣，无论是国家级诸如“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛，还是校内的“校董杯”巡线机器人大赛均在学生中有很大影响。小型直流电动机是这些竞赛中广泛应用的动力装置，在教学过程中，注重以这些竞赛题目为对象，鼓励学生参与此类竞赛，并提供指导。问题情境的创设需要考虑以下几个问题：
（1）问题情境应源于学生的现实生活。从同学们喜闻乐见的生活现象或大学生活动入手。分析生活现象，就会使学生产生浓厚兴趣，而且使学生真切地感受到直流电动机调速知识应用的广泛性和重要性。
（2）创设情境要符合学生的年龄特征。“电机与拖动基础”课程一般在大学三年级讲授，学生还有一年多的时间就要面临就业的考验。所以教师可以从已就业学生的工作中遇到的有关直流电机的问题选择问题情境，引起学生的兴趣和解决问题的欲望，从而促进学生更加积极地去开动脑筋，活跃思维，解决问题。
（3）问题情境的创设须参照学生的社会环境特征、思维活动水平和教学条件。由于不同的学生所处的社会环境不尽相同，所具备的知识背景与活动经验也各异，例如统招本科学生和自考本科学生有其自身的特点。教学中要关注所在地区的社会环境，所教学生的思维活动水平并考虑当地教学条件，创设适合学生发展，有利于学生思维训练并切合实际的问题情境，搞好电机教学。
四、结束语
通过采用基于知识分类理论的教学方法，降低了学生对该课程的畏难情绪，提高了学生的学习积极性和学习效率，同时也提高了学生参与科技创新的积极性。因此，该教学改革在活跃大学生创新思维和提高大学生对所学知识的综合应用能力、解决问题的能力上迈出了新的台阶。
参考文献：
[1]刘启新，张丽华，祁增慧，等.电机与拖动基础[M].第三版.北京：中国电力出版社，2012.
[2]钟国梁，卢帆兴，李明辉.“电机与拖动基础”核心课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2013，（13）：63-64.
[3]皮连生.教育心理学[M].第四版.上海：上海教育出版社，2011.
[4]孔祥艳，李波，王学涛.基于知识分类理论的教学模式研究[J].中国电力教育，2013，（4）：43-45.
（责任编辑：王意琴）