提高“电机与拖动”课程教学质量的探索与实践

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  摘要:“电机与拖动”是机械类本科的一门重要专业基础课,现结合安阳工学院的“电机与拖动”在教学过程中遇到的困难和问题,浅谈如何让学生通过本课程的学习能够掌握电机的基本理论和基本分析法,为今后从事相关工作打好基础。进行了教学改革的积极探索,在教学实践中取得了良好的效果,显著提高了教学质量,对二本院校相关课程的建设具有一定的指导意义。
  关键词:电机与拖动;教学改革;教学质量
  作者简介:宋强(1972-),男,山东新泰人,安阳工学院机械工程学院,副教授。(河南 安阳 455000)王瑞(1966-),女,河南安阳人,新乡学院机电工程学院,高级实验师。(河南 新乡 453003)
  中图分类号:G647 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)33-0123-02
  “电机与拖动”是安阳工学院(以下简称“我校”)机械专业一门重要的专业基础课,譬如机械设计制造及其自动化、机械电子工程、机电一体化专业,是本科必修的考试课程,它在专业课程体系和教学大纲中占有重要的地位。由于该课程内容丰富、理论性强、知识面广、信息量大、更新发展快,而且比较抽象,数学推导多,难度大,加上课时连续压缩,因此如何提高在较短的学时内课堂电机与拖动的课程教学,在短期内收到良好的教学效果已成为任课教师不得不考虑的一个重要的问题。长期以来,“电机与拖动”课程一直采用“教师-黑板-学生”或“教师-电子课件-学生”的课堂教学方式。在黑板上讲授中,教师在黑板上分析时,往往要画大量的曲线,当分析的因素较多时,经常难以用有限的几种颜色将它们区分,而且曲线的准确度也难以保证,系统分析结果缺乏可视化的直观表现,使得学生难以理解和接受;可开始学习后,随着课程的逐渐深入和难度的加大,一些学生越来越觉得力不从心,直到最后完全放弃学习此门课程。此外,实践性教学环节也是该课程教学的重要环节,但在实验中由于现有硬件设备条件的限制,经常会使实验值与理论值不相吻合,达不到预期的实验效果。因此有必要对“电机与拖动”课程进行教育教学进行改革。
  一、“电机与拖动”课程教学目前存在的问题
  1.学时分配太少
  随着高校教育教学改革的不断深入,专业基础课程、工程课程的课时明显被压缩,因此存在着教学内容与教学学时过少的矛盾。“电机与拖动”课程教学需要70个小时左右,有些专业课程甚至压缩到40个小时,教师要在有限的时间内讲解透彻显然是困难的,学生要用很短的时间来完全理解教学内容也是不容易的。
  2.概念复杂,公式多,学生难以理解
  由于这个课程涉及许多基础课,如大学物理、高等数学、电路和磁路、电工学等,因此如何将所有课程内容有机地结合在一起呈现给学生是一个很困难的问题。学生感觉它抽象而难以理解,特别是磁路、矢量分析内容糅合在里面,学生对磁路的理解也只能停留在表面,不知所云,对此毫无兴趣,并随着课程不断加深而渐渐放弃了学习。为了防止学生在课堂上出现这种情形,教师需要补充更多的基本知识和基本概念,这就出现了教学内容和学时之间的矛盾。此外又由于理论推导公式很多,很难记住,学生学起来必然感觉索然无味。
  3.理论与实践脱节
  “电机与拖动”课程教学,具有一定的理论深度,和实践结合紧密,系统性和可操作性比较强。老师在课堂上说了很多的理论,虽然费尽口舌花了很多时间,但由于学生缺乏感性知识,依然无法理解所讲内容,一旦面对实际的问题必然无从下手。理论课的实践安排不合适、不紧凑,明显与理论脱节,从而导致学生学习效率低下,动手能力差,不利于课程整体优化。
  二、提高“电机与拖动”课程教学质量的探索与实践
  1.调整课堂教学内容,注重前展和后延
  课堂教学的主要方式,不仅是传授知识,还是训练思维方式的一种重要方式,是其它教学环节的基础。而课堂教学不仅仅是几十分钟的课,而是包括课堂教学前展、课堂教学和课堂教学后延三个环节,三者联合形成一个完整的整体。
  (1)课堂教学前展。这是很好的准备,并坚持常备常新。备课是上好课的前提,它是课堂教学的出发点和基础,课堂教学是决定教学质量的一个重要组成部分。备课包括:熟悉教材,阅读相关文献的链接,深入了解学生,制订教学计划,编写教案,随着每一轮授课教学经验的不断积累和丰富,不断调整和完善备课环节。
  (2)课堂教学。第一,注意好“绪论”课程。所谓“良好的开端是成功的一半”,所以在教学中一定要讲好绪论。笔者将“电机与拖动”的教学内容进行了优化组合,并融入了实际生产中电机拖动的应用案例,这样的教学,使学生产生强烈的求知欲望,提高学习兴趣。第二,注意调整教学内容,定位精度要准确,概念的定义深度、难度适中。第三,注重精讲例题或典型习题,目的是使学生学会应用基本概念、基本理论和基本方法去分析和处理问题。同时,加强学生的基本概念、基本理论和基本方法的深刻理解。
  (3)课堂教学的后延。思考题和习题是“电机与拖动”课程的一个重要的教学内容,是教学内容的进一步理解和巩固,通过大量的习题和问题,通过提问和思维的训练,不仅可以巩固基础理论,而且还可以掌握基本的工程计算方法,提高分析和解决工程实际问题的能力。
  2.合理运用多种教学方法和手段
  (1)归纳教学法。课堂讲授的显著特点是在较短的时间内传授大量的知识,信息量大、内容多、涉及知识面宽,教师对内容要归纳出要点,总结为结论性知识,使之系统化、条理化,并提炼出重点、难点。
  (2)讨论学习法。通过自主学习,可以很快掌握教学的一部分,但问题是理解的深度不够,对学生的问题,部分内容,这样可以缓解学时过少的矛盾,将课堂教学、课堂讨论、课外学习三者有机结合。
  (3)启发式教学法。启发式教学法不仅是向学生提问,并提示学生考虑解决,提出问题,启发学生积极思考,这指出了问题的本质,进而鼓励学生获得解决问题的办法。   (4)比较教学法。为了使学生掌握基本概念,可以通过比较的方法,找出两个比较对象的共同点和不同点,通过类比教学可以大大提高学生的兴趣。例如,对直流电机工作原理的分析,可以将直流电动机和直流发电机对比学习,变压器的空载运行和负载运行可以和三相异步电动机转子静止、转子运动进行比较,可以有效地提高学生对知识的理解和掌握,而且使厚厚的教材变薄了。
  (5)教师应该尽可能地寻找合适的方法呈献给学生。在讲到三相变压器的连接组别判定时,教材所述的方法是时钟法,由于学生的电工基础不是很好,加之向量概念很抽象,学生对此法的理解和掌握并不是很理想,于是笔者查阅学术论文总结出了一个方法——数字法,即“同名12异名6,原逆加,副逆减,铁心柱,顺序移,加4加8看情况”。学生反映此法非常好,判断精度高,判断简单,容易理解,很容易掌握。
  (6)学生参与教学的教学方法。当然是更容易理解和掌握前面的章节,鼓励学生参与课堂教学。例如,学生参与课堂教学的三相笼型异步电动机定子对称起动电阻的计算内容,有效地调动学生学习的积极性和主动性。
  3.重视实践创新能力的培养
  工程教育的发展离不开动手能力和创造性思维的火花的迸发,“电力与拖动”课程也应该与时俱进地培养学生的创造性思维。安阳工学院的人才培养模式,注重学生实践能力和创新能力的提高。坚持个性化地培养知识和能力俱佳的拔尖人才。学校可以安排所有的学生到电机制造的大企业中进行实习,实习时间可以在两周左右,并且实习的每一位学生分配不同的实习任务。通过实践,学生普遍具有较强的实验、计算、绘图、测试、设计、计算机应用能力,具有一定的工程独立分析,解决实际问题的能力。学校希望每一个从安阳工学院走出去的毕业生都可以成为“创新工程”中积极成员,成为企业中可以独当一面的高级技术人才。安阳工学院的课程极具分析性,需要很强的创造性思维和解决问题的能力。在安阳工学院,一位资深教育教授说:“教育是解决问题的关键,要学得有创造性,独立思考和大胆创新。”通过创造性思维的培养,使学生普遍具有丰富的想象能力、准确判断能力、敏锐的观察能力、自主创新能力。
  4.运用现代教育技术和手段
  与传统的教学方法相比,多媒体教学具有更好的视觉吸引与冲击。但是多媒体教学中,老师不要只是关注多媒体而忘记了教学的主人——学生。还可以结合传统教学方法与现代教学方法,在课堂教学中使用计算机辅助设计软件,来满足各种形式的课堂教学需要。教师如果能够在课前将枯燥乏味的抽象知识剔除,在课上和学生做到互动以活跃课堂气氛,这样不仅有助于提高学生课堂学习的积极性主动性,同时也提高了教学效果。在教学中,还应该尝试开展一些应用计算机技术讲座,利用复习课,通过各种教学活动,丰富学生的知识,充分调动学生的积极性,激发了学生的学习热情。教师也可以通过电子邮件、即时通讯、手机短信、微信等通讯手段与学生讨论,进行网上答疑,使用网络共享,节约教学资源,欣赏学生作品。
  5.注重团队合作精神,增强学生的主动性
  对一些大型的电机实践项目,可以把学生分成若干组,每一组成立了一个探究小组,每个小组的成员分配一个不同的任务,任务整合最后由团队完成。这种方式贴近学生的实际,学生喜闻乐见,所以每个学生都积极参与,发挥个人的创新能力和团队合作精神和竞争意识的体现。当学生看到自己的作品、创意显示在屏幕上,他会满脸笑容,十分自得地体验成功的快乐,在快乐活动的同时,不仅获得了知识,还增强了学习的主动性。
  6.全面引入Matlab仿真软件
  计算机仿真工具在“电机与拖动”教学上的全面应用可以解决复杂的数学推导、抽象的数学建模、没完没了的数学计算。MATLAB仿真工具的全面引入,为学生学习这门课程带来了一线生机,可以大大简化过程中复杂的数学推导和计算,有效地减轻学生在学习过程中的情感问题,从而激发学生的学习热情和兴趣,也为后续理论研究奠定坚实的基础。仿真结果与计算结果表明,为了加深对各种影响因素的理解,使学生增强互动,最终对电机系统有一个更全面的了解。由于有很多基于simulink的电机模型,学生可以自由使用模块,自由组合自己的实验项目,建立虚拟实验项目,这为培养学生的创新能力有很大的帮助。
  7.学习效果评价方法的设计
  课程考试改革采用了“平时作业+实验考核+课堂问答+参与课堂讨论程度”综合考核方法。考试的改革注重了对学生能力与素质的培养,尤其是增加了提出问题和运用所学知识解决问题能力的考核,建立了以综合评价与过程评价为主的考试评价制度,有效地调动了学生学习的自觉性和积极性,培养了综合应用能力、自学能力。现在,考试命题组又提出了一个大胆的考试改革,将受教学生分成四个大组,每一组按照课程教学大纲和考试大纲来命题出考试卷两套,这样的话学生的学习积极性会大大提高。他们必须通读教材,把握每一章的难点和重点,将教学内容烂熟于胸才能出一张合理的考卷,任课老师从学生卷中抽取50%的考试内容,教师添加50%课程内容,这样一份由学生和老师共同完成的试卷就诞生了。现在本改革还在试点之中,希望能收到良好的效果。
  三、结论
  针对“电机与拖动”课程的教学内容,改革教学方法,提高了学生的学习兴趣,提高了学习的主动性和实践能力,对培养学生创新能力起到了重要的作用。基于层次性、全面性、先进性的三项原则,从教学内容、教学方法、评价方法等方面进行具体的实践和教学改革。实践证明,这些教育教学改革能更好地培养学生的创新精神和实践能力,将收到良好的教学效果,大大提高了教学质量。
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