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“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.
关键词: 电机拖动 职业技能 培养目标 教学方法
从蒸汽机发明到电机学应用,电机的基础理论、形式设计、制造和运行均已相当成熟;而相应的电机拖动课程在成为一门历史悠久、理论和实践均甚为完整的学科同时,也在不断吸取新技术、新材料、新工艺的补充与完善。由于电机拖动课程涉及到电、磁、力、机等多方面的理论和相关知识,学生首次面对许多理论联系实际的问题,总少不了提出各式各样的疑问。而职业教育旨在培养“实践型人才”,要培养学生在掌握电机拖动专业基本理论、基本技能的同时,既具有横向渗透联系的实际动手能力,能成为具有较强实践能力的现场工程师和现场管理人才。因此,如何搞好电机拖动课程的教学,并使其适用于现代的职业教育,是我们所面临的一个重大课题。本文从教学实际出发,尝试探讨电机拖动课程如何适用于职业教育的问题。
一、电机拖动的教学应紧扣培养目标
1、课程突出技术性、实用性
电机拖动课程是技术基础课,由于它本身的实用性,也可成为学生毕业后就业就职的看家本领,因此这门课程教学内容除要体现基础性外,更要体现其技术性和应用性。从这个角度出发,就要以工程实践为基础,以实践作为立足之本,在制定的教学大纲中对学生提出“应知”、“应会”、“素质能力”的具体要求。
2、课程内容与科技发展水平相适应
新技术革命推动着电机拖动技术的飞速发展,同时也对电机拖动课程的教学改革提出了新的要求,课程教学内容应与现代化的科学技术水平相适应。如我国华为公司的TD2100;施耐德公司的Altivar58泵切换卡;SANKEN公司的SAMCO-Ⅰ系列;ABB公司的ACS600系列;富士公司的G11S/P11S系列电机拖动产品等。这些产品将PID调节器以及简易可编程控制器(PLC)的功能都综合到电机拖动控制线路内,形成了带有各种应用型的新型电机拖动控制线路。由于PID运算在电机拖动控制线路内部,省去了对PLC存贮容量的要求和对PID算法的编程,而且PID参数的在线调试非常容易,使电机拖动控制系统的调试非常简单方便。加之电机拖动技术的应用范围在不断扩大(如电动汽车应用领域),所以,电机拖动课程的改革和发展是时代的要求,是电机拖动科学技术飞速发展的必然结果。
3、教学内容的统一性和多样性
考虑到《电机与拖动》的性质,有它学科本身的系统性和完整性,为适应科技发展的需要,调整某些教学内容只能在原课程中适度引入一些新技术。为了不使课程内容过于膨胀,又能补充现代科技发展的新情况、新知识,另外可开设 “电机拖动与PLC电路”课程、“微控电机应用”及“单片机应用技术”等作为选修课,介绍电机拖动技术发展中的新技术、新工艺、新器件、新方法,工程性、实用性和灵活性更强,使这些课程相辅相成,教学内容既统一又多样。“电机拖动与PLC电路”课程反映当前电机拖动学发展的趋势,“微控电机”则代表了先进电机的热点。这样可激发学生的求知欲和学习兴趣,调动学习积极性、主动性,还拓宽了学生的知识视野,引导他们的工程意识。
4、教材建设适应结构调整需求
传统的电机拖动教材,在课程体系和内容上,均有不适应当前形势之处,学生在电机拖动控制课程学习中,所接触到的内容大部分还是接触器、继电器控制电路,而现实工程实践中,PLC控制电机运行和微控电机应用已相当普遍。要改变教材的不适应现象,只有使电机拖动教材在结构上加以补充调整。
随着电机拖动技术不断地向自动化程度和应用范围方向发展同时,强调教材的先进性和实用性,总是以一定的数量和篇幅作为前提,关键在于对教材内容的精选,要遵循“少而精”的原则,切忌贪多求全,教材的水平应保持与本学科在现代社会发展相适应的科学水平,以应用为主的职业教育方面,而不是把本学科最新的知识都编到教材中去,这是教材同专著不同的特点,强调教材是加强实践的应用,提出课程应兼顾理论和实际的要求,看准PLC技术和微控电机的发展趋势,反映有代表性和典型性的新概念电机拖动技术课程。
二、电机拖动的教学应以思维训练为核心
课堂教学是教学工作中的一个重要的环节。课堂教育效果的好坏在很大程度上决定着教学质量的高低。传统教学所关注的是单位时间内所规定教材讲授任务的完成,并不关心电机拖动课程在多方面因素制约影响下认识的发生发展过程。这不仅忽视了学生主体的情感、意志、兴趣等非理性因素,而且也忽视了基于教学实践活动基础上学生认识发展电机拖动课程内在的机制及外在影响因素。因此,在课堂教学方式和教学方法方面,要充分利用学生思维敏捷、思想活跃、善于思考的优势激发其思维的积极性,开拓学生的智力,培养学生的能力,从而得到有益的启迪。
1、讲练结合,给学生留下思维空间
在电机拖动课程教学中,一堂课的讲课时间不宜超过30分钟,其余以讨论方式进行练习,力求将所讲主要内容在课内消化,并给学生留下思维的空间和余地。讲课主要讲方法、讲过程、讲思路,基本目的是让学生“理解”而不是“死记”教材内容。让学生“知晓”解决实际电机拖动控制工程问题的方法和思路,而不要求熟记具体的计算公式。在整本电机拖动教材中公式不少,但教师只要求记住其中的主要公式,对于课程中的重点问题和难点问题,在具体讲解之前就向学生明确,并在讲授过程中突出重点,善解难点。
教师还可以结合课程内容讲述自己科研中的切身体会,把科研课题中的一些子项作为学生的课堂练习题,或布置学生课后研究,使学生学会如何运用“假设”、“对比”、“联系”的方法,他们逐渐学会应用“假设”,再用“举反例”的排除法,剥掉假象,去伪存真,渐渐学会将电机拖动控制课程中的知识分层次地组织起来,联系起来,进行对比,不仅便于记忆和便于应用,而且通过知识的新的组合,形成新的概念和方法,走向有序。
2、学思结合,培养学生问题意识
心理学研究表明:意识到问题的存在是思维的起点。没有问题的思维是肤浅的思维,被动的思维。发现问题是思维活动中解决问题的关键。所以,在教育过程中,学生主体作用的发挥只有在他积极主动地参与和配合,才能真正实现。教师鼓励学生质疑问题,对学生问题意识的培养,使学生们带着富有趣味和价值的疑难问题去学习,就可以使他们启动思维,探求知识的奥秘从而积极主动地完成学习活动。培养对认识的怀疑过程和意识,当学生在学习中具有问题意识时,就不会迷信权威,书本和教师的绝对正确性,懂得“尽信书,则不如无书”的道理。
3、师生互换角色,教学相融
在课程教学中提倡学生参与式,即教师与学生互换“角色”,鼓励学生在适当的课堂教学的过程中唱一下“主角”,以提高其参与的积极性。例如,对学生编写的电机拖动控制 “设计性实验”的活动中,安排某些优秀的、典型性的、有代表性的作品和“设计性实验”的学生主讲,教师和其他学生质疑,教师鼓励学生充分发挥个人才智,展现个性。学生不再是被动的而是以主动参与者的身份加入到自觉学习知识的行列中。
三、电机拖动应实践教学,注重实效
在电机拖动课程教学中,应强化实验教学环节,发展实践性课程,以充分利用课程计划中的实践活动,发展学生的实践能力。它将课程与工程问题联系在一起,重视解决问题能力的培养,又对学生培养实践能力,进行一定的职业训练,并可加深学生对理论课程的学习和理解。
1、实验独立设课,给学生提供掌握基本实验技能的机会
实验独立设课,有利于使学生初步掌握在电机拖动专业领域内进行实验的基本技能,为进一步学习专业课和分析、解决工程实际问题打下基础。实验教学不只是为了辅助理论而设,而是将它提高到理论教学同样高的地位。电机拖动实验设计课,不仅保持课程原有实验基本要求,并加强了课程内部相互渗透与内在联系。
2、开设“设计性实验”,给学生提供思考、创造、表现及成功的机会
在实验项目中设置“设计性实验”,学生根据教师下达的设计任务书按技术指标,提出设计方案,确定电路参数,写出设计计算书,并安装调试,然后写出实验报告,教师对此逐个考验验收,并组织学生小组评议、交流实验体会,调动了学生学习积极性,独立工作能力明显提高,也加深了对理论概念的理解,学生普遍反映通过训练,“厚厚的书变薄了”。毕业后,学生们还反映设计性实验对他们印象深,对实际工作帮助大。
3、灵活多样的考试方法,给学生合理表现个性的机会
任何类型的考试都是一定教育思想的体现和产物。传统的教育思想重于传统和知识而忽视能力的培养。在教学方法上,不善于实行启发式,考试主要靠死记硬背,而不是要求学生主动地发挥他们的创造性。
在电机拖动课程教学上,要贯彻以自学为主的方针,须采取与之相适应的以培养自学能力和动手能力为目的的考试方法,合理地运用考试这一杠杆,去诱发和迫使学生通过自学获得知识。电机拖动课程的教学中,实行了多样化考核学生成绩的方法,即笔试和实验测试是一种直接考试形式,用它来检查学生是否弄懂和掌握教材中的各种知识和实验技能的熟练程度;然后通过实践与实训过程强化动手与实践能力。
四、电机拖动的教学应培养学生学会做人的基本能力
为使知识教育与思想教育融为一体,寓德育于智育之中,教师在教学中应有如下意识:
1、在教学中充分挖掘电机拖动课程教学内容本身的内在辨证联系,对学生进行唯物辩证法的方法论的教育。在课堂讲授中通过电路与磁路的关系、电能转换成机械能的过程等实例,来揭示自然界发展变化的规律,各类科学知识内在的逻辑联系,从形象思维到抽象思维抽出事物的本质特征,让学生用完整的知识去理解新认识、新概念,着重阐明电机拖动课程与其它有关课程之间、本课程内部各章节之间、概念与概念之间的联系与转化。这不仅能开阔学生的视野,启发学生独立思考,从掌握学习方法到掌握发现、发明的技法。自觉地掌握系统知识和养成独立进修的能力,而且可以让学生从中懂得整体和局部、个别与一般、现象和本质、分析与综合、目的与手段、精确与近似等辨证关系,培养运用唯物辨证法去分析和解决问题的能力,也是向学生进行掌握辩证唯物主义世界观和方法论教育的有效途径。
2、教师通过教学实践环节培养学生“实践第一”的观点
学生对知识的理解是通过思维实现的,但只有在丰富的、典型的、正确的感性材料的基础上才能更好地进行比较、分析、综合、抽象、概括,从而理解事物的本质与规律。教师通过指导学生做电机拖动实验或带领学生进行电机实训(绕制电机定子绕组)等教学环节,要自觉地运用“实践――认识――再实践――再认识”的理论为指导,让学生形成基本概念与掌握基本原理,认识事物的本质和规律,使学生懂得“实践是检验真理的唯一标准”的哲理,在掌握科学实验的一般方法的同时,提高对实践与理论关系的认识,树立辩证唯物的知行统一观。
3、教师要把热爱机电专业技术的教育融合到电机拖动专业教学中去
在专业教学中,必须重视导向性作用。提出电机学研究我国还处在世界同类研究与应用的比较低下的地位,在培养学生热爱专业、准备献身事业的精神的同时,还要培养学生既具有民族自信心,又具有民族危机感和急迫感,使学生对自身所应承担的社会责任产生理性的自觉,并在这理性自觉的基础上走上艰苦创业的道路。
4、在教学中培养学生良好的学风和严谨的治学态度
纪律是一个单位为统一大家的行动而制定的约束人们行动的规章制度、守则的总的体现。纪律的培养,要求在学生对学校的各项规章制度和守则的理解的基础上。教师要善于通过各个教学环节,利用各种和学生接触的机会进行组织纪律教育,要求学生遵守各项教学制度,对学生中的旷课、迟到、拖欠作业要提出批评教育。联系电机拖动课程专业教育,组织进行参观和到企业实习的机会,增强自信心,提高个人综合素质与能力培养。
参考文献:
1、《电机及拖动》许晓峰主编,高等教育出版社,2007年12月
2、《机床电气控制技术》齐占庆、王振臣主编,机械工业出版社,2008年7月
关键词 电机与拖动 教学方法 工程应用
中图分类号:G642 文献标识码:A
能形成的关键性课程,也是学生在今后的工作中从事各种自动化工程的必备基础。该课程既有一定的理论性,又有很强的实践性,且课程涉及电学、电磁学、力学、机械等内容,具有内容多、教学课时少、学习难度大等特点,长期以来在教与学两方面都存在着较大的困难。如何使学生较好地掌握这门课程的内容,并具有较强的实际应用能力,一直是该课程要解决的问题。本文结合自己多年的教学实践,对这门课的教学方法做了深入探讨。
1 从绪论出发,引导学生学习兴趣
良好的开端是成功的一半。为了使学生从一开始就对“电机与拖动”课程的学习有足够的认识,在心里上形成强烈的求知欲和浓厚的学习兴趣,第一堂课绪论部分,采用多媒体教学,以调动学生的学习热情。首先播放视频及图片,让学生从外观上认识电机及变压器,并从日常生活中去寻找它们,如教室里的电风扇、家里的洗衣机、商场里的电梯、生活小区的供电变压器、手机充电器等。通过这些例子,学生对电机及变压器有了感性的认识,拉近了学生与课程的距离。在此基础上,通过动画展现电机在工业流水线上的应用,如:轧钢生产线、钢板剪切、港口装卸、饮料灌装等系统。在学生有了直观的印象后,再介绍电机、变压器、电机拖动的定义、能量转换关系、基本功能及特点。通过这种感性引入方式,让学生感受到学好“电机与拖动”课程的必要性,进而产生对本课程的学习兴趣,为今后授课的顺利进行,打下了很好的基础。
2 以工程应用为依据,精选教学内容
“电机与拖动”课程不仅具有较强的理论性,而且具有广阔的工程背景,加之电机的种类繁多,各种新型电机层出不穷。课程内容多,且涉及电、磁、力等物理概念,学生在有限的课时内,较难掌握这些内容。如何根据工程实际需要进行取舍,并将这些内容有机地融为一体,使学生在有限的学时里了解、学好、应用好电机,这是教学中碰到的首要问题。在教学内容的组织上主要从打好基础理论基础、突出工程应用等方面考虑。
2.1 打好理论基础,强化对电机结构的理解
电机和变压器本质上是一种借助于电磁场实现机电能量转换及电能传递的装置,故对其的分析自然涉及电、磁、力、热以及结构、材料等方面的知识。在课程的基础部分,重点讨论了铁磁材料的磁化饱和现象、铁芯损耗等,说明硅钢片作为电气设备铁芯的原因。强调电磁学的三个基本定律:电生磁的安培环路定律、磁生电的电磁感应定律以及电磁作用产生力的电磁力定律。有了这些基础知识后,学生对电机和变压器的结构组成、工作原理的理解就比较容易了。
2.2 根据工程应用需要,更新教学内容
近年来电力电子、材料、数控等新技术的发展,带动了电机及电机拖动的发展。一些新型的电机相继出现,如:永磁同步电机、开关磁阻电机等以其独特的优势受到青睐,故在教学中,抽出一些时间来介绍这些新型电机,为学生的实践环节、学科竞赛及就业提供一定的知识储备。
另外,可调直流电源及变频电源的发展,使传统交直流电动机的起动、制动及调速方法有了较大的改变。例如:直流电动机的起动,教材主要介绍电枢回路串电阻的方法,而对降低电枢电压起动的方法叙述较少。在教学中,加强了这方面内容的讲授。又如交流电机的调速,着重讲授目前在工程上应用较多的变频调速方法。根据电机技术的发展、工程实际应用的需要,适时加强、更新教学内容,对学生是有益的。
3 以学生为主体,不断改进教学方法
在当今教育技术迅猛发展的时代背景下,传统的“一支粉笔、一块黑板、一言堂”显得太古板,对学生缺乏吸引力,尤其是电机拖动课程,内容抽象、知识点多、综合性强,用传统的教学方法,学生不易理解。在教学实践中,应采取多种教学方法,充分调动学生的学习积极性、主动性、参与性,让学生从被动的学习状态下解放出来。
3.1 情景式教学,直观感性
电机及变压器结构的讲解是比较枯燥乏味的,铁芯、绕组、附件……往往是教师讲得辛苦,学生听得云里雾里。为了使讲课生动、学生容易入门,教师将实物带到教室,如不同形状的硅钢片、铜线,还有拆开的旧电机,定子、转子、滑环、电刷及换向片等等。教师对照实物讲解电机的结构,学生能亲手摸一摸、亲眼看一看,现场装一装。当讲解完电机工作原理后,将教学电机通电,电机开始运转……采用这种情景式的教学方法,学生不光学得快、记得牢,而且对学习也有了浓厚的兴趣,收到了事半功倍的效果。
3.2 对比式教学,印象深刻
学生在学习过程中获得的大量知识是离散的、非结构化保存的,这些知识没有形成相互间有机的联系,不利于巩固和综合应用。为解决这个问题,教师应引导学生适时对所学知识点进行归纳总结、分类,使其系统化,掌握各知识要素之间多重化的链接方式。在讲电机拖动时,采用对比法教学,防止学生越学越乱。如在异步电机等值电路推导时,可与变压器等值电路的推导过程进行比较,对旋转的转子作处理后,其分析方式就与变压器类似了。通过比较教学法,理清思路,使学生感觉这门课程不是那么难学了。
3.3 启发式教学,条理清晰
以点带面、进行启发式教学,培养学生独立分析问题、解决问题的能力。在电机拖动教学中按照提出问题-解决方法-性能比较的思路进行教学,如讲解电机的起动,首先强调电网及负载对电动机起动的要求,然后分析电机直接起动存在的问题,进而考虑如何解决问题,即应采取什么样的措施?最后总结采取这种措施达到的效果,即性能分析。这种讲课思路与学生学习知识的过程相一致,可以更好地培养学生分析问题、解决问题的能力。
交流电机原理讲完后,让学生思考一下二相(或单相)绕组通入二相(或单相)电源产生的磁场是什么样的磁场?单相异步电机是如何工作的?三相异步电机工作时缺相与停车时缺相产生的后果一样吗?等等,讲清这些工程中经常遇到的实际问题,引起学生很大兴趣,对学生今后解决工程现场的突发事故很有帮助。
4 加强实践环节,培养动手能力
对于“电机与拖动”课程,采用理论与实践操作相结合的教学方法是不可或缺的。通过实验,激发学生的创新思维与动手能力,提高学生工程实践操作技能;通过实验,提出问题和解决问题,锻炼学生的探索进取精神;通过实验,培养学生相互协作能力和团队精神。
实验教学与理论教学不同,十分强调动手能力,由于“电机与拖动”实验涉及到强电,在实验过程中,特别要注意用电安全,严格操作规程,正确选用测量仪表,排除简单故障,以达到正确使用电气设备的目的。在实验设备上,既有几十千瓦的大电机,也有几十瓦的小电机。根据实验室条件,在设计实验内容时,从认识实验、基本实验、综合实验到拓展实验层层递进,给学生创造了良好的工程环境,提高了学生的工程意识。
在认识实验环节,主要让学生认识各种实验设备及配电柜,并现场感受大电机的起动、运行过程,当55KW的交流电动机(采用降压起动器)带着48KW直流发电机起动时,电机发出的隆隆轰鸣声,给学生留下了很深的印象。基本实验环节主要是论证性实验,帮助学生理解课程内容,如变压器短路、开路参数测定,直流电动机及交流电动机固有特性、人为特性、工作特性的测定等。电机机组由三台(交流绕线异步机、他励直流电动机及发电机)3~4KW的电机同轴组成,其中的直流发电机+电阻箱作为模拟负载。在实验中,学生不仅要测试特性,还要阅读理解电机的主电路及控制电路,掌握继电接触线路中自锁/互锁的作用,学会接线及查线方法,科学实验报告的撰写等等基本技能。综合实验内容为直流电机的四象限运行分析,帮助学生综合理解电机的各种运行状态。通过电机机组+电阻箱,实现直流电机的基速以下串电阻、基速以上弱磁调速,电动机的能耗制动、倒拉反转及回馈制动。该实验难度较大、时间较长,对学生和教师都是考验,但对学生来说收获很大。拓展实验主要是控制电机方面,如:步进电机的运行特性及细分步工作分析等。
采用工程上使用的电气装置与设备,设计工程上常用的电机运行状态,为学生提供尽可能多的动手机会。在实验过程中,让学生自由组合建立小组,合理分工,认真熟悉实验内容和实验电路,认清主电路和控制电路。不断强化工程化教育,注重培养学生解决实际问题的综合能力。
5 结束语
教学是一门艺术,教师只有全身心地投入,精心设计每一节课、每一个实验,才能将深奥的理论浅显化、抽象的感念具体化、书本的知识工程化,使学生更好地理解、掌握知识。在“电机与拖动”教学中,教与学同样重要,改善教学方法,培养学生学习兴趣,引导学生动手、动脑,以达到使学生主动学习的目的。实践证明,这些教学方法能调动学生的积极性,提高学习效率,取得较好的教学效果。
参考文献
[1] 刘锦波,张承慧.电机与拖动[M].清华大学出版社,2006.
【关键词】电机与拖动;教学内容;教学方法;实验教学
一、优化教学内容,主次分明
对本课程而言,它是由《电机原理》和《拖动基础》两门课组成,原理是为应用服务的,因此对于电机原理部分应遵循“少而精”的讲解原则,适当删减部分理论性强又较为抽象的内容,增强教学内容的针对性和实用性。例如讲到直流电机的电枢绕组部分,可以简单介绍一下绕组中常用的基本知识,对于绕组展开图可略去不讲;在讲变压器这章时,明确对变压器的了解是为后面学习交流异步电动机做铺垫,因此可确定变压器的基本原理、负载运行时的电磁关系、基本方程以及等效电路作为重点讲授内容,至于变压器的运行特性等不必详细讲解。对于拖动基础部分,重点突出电动机的机械特性以及起动、制动和调速,结合工程实际,分析原理及特点。
二、采用提问——比较的教学方法
电机与拖动这门课程概念多、公式多,对高职院校的学生来说,学习难度有点大。为调动学生学习的积极性,可以在课堂授课过程中,采取提问的方式引导学生巩固旧知识、思考新知识,同时也加强了互动。比如在学习三相交流异步电动机时,首先向学生提出一个问题:“为什么不说三相交流电动机,异步是怎么得名的?”这样引起学生对问题的思考,告诉学生这要从三相交流异步电动机的工作原理说起,分三个方面展开,首先是电生磁(右手螺旋定则判断):给三相对称的定子绕组通入三相对称电流进而产生圆形旋转磁场,这个磁场的转速用ns表示;然后是磁生电(右手定则判断):转子导体相对切割旋转磁场感应电动势和电流;最后就是电磁力(左手定则判断):转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用,从而形成电磁转矩,驱使电动机转子转动,其转速用n表示,并且n的方向和ns相同,但n要小于ns。因为如果两者相等,则转子与旋转磁场之间就没有相对运动,因而磁通就不切割转子导条,转子电动势、转子电流以及转矩也就都不存在。这样,转子就不可能继续以n的转速转动。因此,转子转速与旋转磁场转速之间必须要有差别。这就是异步电动机名称的由来。这样带着问题讲解,学生更容易接受理解,提高了教学效果。
另外在知识的传授过程中,还可以采用比较法教学,即相关知识点之间可以通过对比找出异同,便于学生对知识的理解和消化。例如在讲述直流电机的工作原理时,可将发电机和电动机对比起来讲,从能量转换、电压平衡关系和转矩性质等方面考虑。直流发电机是将机械能转换为电能,,是制动性转矩;直流电动机是将电能转换为机械能,,是拖动性转矩。再比如讲述他励直流电动机的机械特性时,先给出固有机械特性表达式,在固有机械特性基础上改变电枢回路电阻、电源电压和磁通量等参数,可得到相应的人为机械特性,即电枢回路串电阻人为机械特性、降低电枢电压人为机械特性、减弱励磁磁通人为机械特性。三种人为机械特性的表达式均可以用一种简单形式表示即,这样可以对比理想空载转速和机械特性斜率,简单明了的总结出三种人为机械特性的特点:与固有机械特性相比,电枢回路串电阻人为机械特性的理想空载转速不变,但机械特性的斜率随串联电阻的增大而增大,机械特性变软;降低电枢电压人为机械特性的理想空载转速随电压的降低而正比减小,但是机械特性的斜率不变,即为一组平行的直线;弱磁人为机械特性的理想空载转速、机械特性的斜率随磁通的降低均变大,机械特性变软。
三、加强实验教学注重能力培养
(1)系统编制实验指导书,精心选择实验项目,使每个实验都能起到工程训练的目的。这样保证每个参加实验的学生目的明确、思路清晰、步骤正确;(2)强调人人动手、独立完成实验。在目前实验条件下,通过分班开设实验,增加实验组次的方法,来满足实验教学要求,使每个学生都能获得实践的机会。对实验确实存在困难的学生,指导教师要耐心启发学生,帮助分析实验要领,但决不包办代替。坚持要求学生独立完成实验,提高动手操作能力;(3)注重“多层式”实验教学模式。实验教学可以借鉴理论教学采取循序渐进的方式引导学生有目的、有条理的进行实验。首先从验证性实验开始入手,旨在学生认知和掌握《电机与拖动基础》课程的基本理论知识;其次进入到综合性、设计性实验,让学生自己设计实验方案,充分调动学生实验的主动性和创造性;最后上升到工程案例分析实验,使学生了解和掌握电机在工业自动化控制中的工程应用。采用“多层式”实验教学模式,充分以学生为主体,注重培养学生的知识应用能力,为日后走上相关工作岗位打下坚实的实践基础。
参考文献
[1]许晓峰.电机及拖动[M].北京:高等教育出版社,2007
[2]赵丽清.如何设置《电拖》教学内容培养应用型人才[J].中国科技信息,200B(tz):213~215
关键词技术现状 工作原理 运行维护
中图分类号:F407.6 文献标识码:A 文章编号:
一、电动机技术发展及现状
在现代化生产过程控制中,电机是利用电磁感应原理工作的机械。随着生产的发展而发展的,现有的国产大流量电动执行机构存在着控制手段落后、机械传动机构多、结构复杂、定位精度低、可靠性差等问题。而且执行机构的全程运行速度取决于其电机的输出轴转速和其内部减速齿轮的减速比,一旦出厂,这一速度固定不可调整,其通用性较弱。反过来,电机的发展又促进了社会生产力的不断提高。从19世纪末期起,电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机,一个多世纪以来,虽然电机的基本结构变化不大,但是电机的类型增加了许多,在运行性能,经济指标等方面也都有了很大的改进和提高,而且随着自动控制系统和计算机技术的发展,在一般旋转电机的理论基础上又发展出许多种类的控制电机,控制电机具有高可靠性﹑好精确度﹑快速响应的特点,已成为电机学科的一个独立分支。
它应用广泛,种类繁多。性能各异,分类方法也很多。电机常用的分类方法主要有两种:一种是按功能用途分,可分为发电机﹑电动机,﹑压器和控制电机四大类。电动机的功能是将电能转换成机械能,它可以作为拖动各种生产机械的动力,是国民经济各部门应用最多的动力机械,也是最主要的用电设备,各种电动机消耗的电能占全国总发电量的60%~70%。另一种分类方法是按照电机的结构或转速分类,可分为变压器和旋转电机.根据电源电流的不同旋转电机又分为直流电机和交流电机两大类.交流电机又分为同步电机和异步电机.
在现代化工业生产过程中,为了实现各种生产工艺过程,需要各种各样的生产机械。拖动各种生产机械运转,可以采用气动,液压传动和电力拖动。由于电力拖动具有控制简单﹑调节性能好﹑耗损小﹑经济,能实现远距离控制和自动控制等一系列优点,因此大多数生产机械都采用电力拖动。
按照电动机的种类不同,电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统两大类。
纵观电力拖动的发展过程,交,直流两种拖动方式并存于各个生产领域。在交流电出现以前,直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式,19世纪末期,由于研制出了经济实用的交流电动机,致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用,但随着生产技术的发展,特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步,对电力拖动在起动,制动,正反转以及调速精度与范围等静态特性和动态响应方面提出了新的,更高的要求。由于交流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求,所以20世纪以来,在可逆,可调速与高精度的拖动技术领域中,相当时期内几乎都是采用直流电力拖动,而交流电力拖动则主要用于恒转速系统。
虽然直流电动机具有调速性能优异这一突出特点,但是由于它具有电刷与换向器(又称整流子),使得他的故障率较高,电动机的使用环境也受到了限制(如不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用),其电压等级,额定转速,单机容量的发展也受到了限制。所以,在20世纪60年代以后,随着电力电子技术的发展,半导体交流技术的交流技术的交流调速系统得以实现。尤其是70年代以来,大规模集成电路和计算机控制技术的发展,为交流电力拖动的广泛应用创造了有利条件。诸如交流电动机的串级调速,各种类型的变频调速,无换向器电动机调速等,使得交流电力拖动逐步具备了调速范围宽,稳态精度高,动态响应快以及在四象限做可逆运行等良好的技术性能,在调速性能方面完全可与直流电力拖动媲美。除此之外,由于交流电力拖动具有调速性能优良,维修费用低等优点,因此它今后将广泛应用于各个工业电气自动化领域中,并逐步取代直流电力拖动而成为电力拖动的主流。
【关键词】独立学院;运动控制;课程群;实践教学
运动控制技术的发展是自动化前进的旋律,是推动新的产业革命的关键技术,基于独立学院“高素质、应用型”人才培养目标,自动化专业运动控制课程群的建设尤其实践性教学环节的改革对独立学院学生能力的培养显得尤为重要[1,2]。实践性教学环节过去一直是学生培养中的薄弱环节,重理论轻实践是过去学生培养中的弊端,加强学生实践能力的培养最根本要从课程群教学改革人手,形成新的教学体系[3,4]。近年来,华中科技大学武昌分校自动化专业以建设湖北省独立学院重点培育本科专业为契机,通过整合“电力电子技术”、“电机与电力拖动基础”、“DSP原理及应用”、“电力拖动自动控制系统”等多学科的知识,建立了实践性和应用性较强的运动控制课程体系,实现了该课程群内各门课程无缝式衔接,学生创新实践能力得以提升。本文通过探讨华中科技大学武昌分校自动化专业运动控制课程群的改革探索与实践情况,提出了独立学院自动化专业运动控制课程群建设和改革的基本思路及措施。
1 运动控制课程群教学中的问题
华中科技大学武昌分校自动化专业创办于2001年,运动控制是该专业的一个重要学科方向,改革前,课程教学存在着诸多不足之处,主要表现在:
1.1 课程群中课程与课程之间的联系不够。运动控制类三门核心课程“电力电子技术”、“电机与电力拖动基础”及“电力拖动自动控制系统” 以往均按部就班地讲授,其联系性没有很好的整合、融汇,学生在学习“电力电子技术”、“电机与电力拖动基础”等课程时感到抓不住重点、空洞,而在学习“电力拖动自动控制系统”综合性专业课时又感觉难学、难懂。
1.2 综合性、创新性的实践环节不够。实验课是学生实践的主要环节,运动控制类三门核心课程“电力电子技术”、“电机与电力拖动基础”及“电力拖动自动控制系统”均开设了专门的实验课程,但实验内容主要是验证性的,学生“重课堂、轻实验”的思想还没有转变,综合性、创新性的实践环节很少,导致学生在实际应用能力方面还存在着诸多欠缺。
1.3 缺乏仿真与电路设计等相关软件的实训过程。由于运动控制类各门课程的理论性、应用性、实践性和综合性都很强,学生如果要独立完成教师布置的一个系统设计任务,必须使用一些计算机辅助工具,如仿真软件MATLAB、Pspice等,电路设计软件Protel等。但只有极个别的大三、大四学生能真正使用这些工具,这使得实践教学的具体实施存在困难,同时对实践教学效果也产生了一定的影响。
1.4 学生适应能力不足。有些学生在实验室里可以完成老师规定的实验项目,但改变一下环境,特别是碰到工程实际场合时,就会觉得无从下手、缩手缩脚。
因此,以培养独立学院自动化专业运动控制方向学生实际应用能力为根本,就需要有针对性,循序渐进地围绕运动控制类课程进行实践教学改革。
2 运动控制课程群教学改革内容
2.1 课堂教学改革。针对“DSP原理及应用”、“电力电子技术”、“电机与电力拖动基础”、“电力拖动自动控制系统”这几门核心课程,教师在讲授基础理论的同时,融入实例教学与案例教学。如引入往届课程设计、毕业设计作品及教室里用到的或学生日常生活所接触到的电子、电气产品,通过分析这些产品的工作原理,将课本上的知识进行点对点的连接。这一方面使学生明白了学这些课程的实际意义,另一方面也在无形中提高了学生的学习兴趣。
2.2 实践教学改革。首先根据现有实验平台,结合理论课内容,完成验证性实验内容并适当设置实验提问及答辩以使学生牢靠的掌握基础;其次挑选一些实验课中没有安排的、但又非常实用的简单应用系统,布置任务让学生采用仿真软件完成,如电力电子电路利用Pspice软件来实现,而电机运动控制算法则利用MATLAB软件来完成;再次,在完成仿真系统的基础上,作为课外实践作业,鼓励学生通过自行组合团队的方法来完成实际应用系统的电路设计、Protel绘制、实际制作、焊接、调试;最后根据学生在前三个环节的整体表现,挑选出部分成绩优秀的学生,指导他们开发与设计较为复杂的综合应用系统,这一环节可以通过申请参加电子设计大赛、机器人大赛、挑战杯大赛或进行毕业设计等方式来实现。
2.3 课程考核方式改革。增强对学生实际应用能力与实践动手能力的考核,结束性考试中除了体现课堂教学核心内容外也不能忽视实践教学中的重难点,而课程考核方式采用理论50%、实践50%甚至更高的比例。
3 运动控制课程群实践教学改革方案
运动控制学科具有很强的实践性,因此实践教学在课程群建设中至关重要,实践教学不能仅仅看作是理论教学的附庸,从培养学生实践能力和创新精神的角度来看,它甚至比理论教学更为有效。 我校历来重视培养学生综合运用知识、设计和创新的能力。针对运动控制类课程的特点,我们构建了一套全新的实践教学体系,实践改革的具体方案如表1所示:
表1 运动控制课程群实践教学改革方案
4 实践教学改革的效果
经过几年的探讨和实践,华中科技大学武昌分校自动化专业运动控制课程群建设取得了一些成果,主要表现在:(1)学生就业率稳步上升,就业质量高。(2)学生考研率逐年提升。(3)学生实践创新能力增强。学生在全国大学生电子设计大赛中屡屡获奖。
参考文献:
[1] 周进,冯向东. 独立学院的办学定位与办学主体转换—依托名校办分校的“办学主体转换机制”研究[J].高等教育研究,2007,(9):54-57
[2] 唐飞.浅析独立学院的应用型本科人才培养定位[J].黑龙江教育,2010,(3):30-31
[3] 瞿福存,巨辉.自动化专业应用型人才培养方案改革与实践[J].高等教育研究,2008,(16):26-28
[4] 廖育武.自动控制系统课程设计新模式的探究[J].电气电子教学学报,2009,(6):116-117
【关键词】教学 项目设计 一体化 教学改革 课程模式
【中图分类号】G712【文献标识码】A【文章编号】1006-9682(2009)05-0083-02
职业教育的宗旨是培养具有基本专业理论知识和熟练操作技能的,适应生产、管理、服务第一线的应用型、技能型人才。但传统教学模式是理论教学与实习教学分别进行,各自为政,互不干涉。理论教师注重理论知识讲解,实习教师注重实际操作,理论教学与实习教学严重脱节,不但给学生的学习造成很大困难,也造成了重复教学和资源浪费,更影响了教学质量的提高和应用性、技能型人才的培养。针对这一问题,我校自建设示范院校开始积极推行一体化教学改革,经过不断探索,已基本形成了较为成熟的项目设计一体化教学模式,对教学质量的提高和高素质人才的培养起到了积极的推动作用。
一、项目设计一体化教学的特点
项目设计一体化教学模式教学,其内涵主要是根据职业教育培养目标的要求,以项目设计一体化教学模式重新整合教学资源,体现工学结合的特点,从以教师为中心如何“教给”学生,向以学生为中心如何“教会”学生转变;从以教材为中心向以培养目标为中心转变;从以课堂为中心向以实验室、实习车间、校内外实训基地为中心转变。要实现这三个转变,项目设计一体化教学应具备:教师一体化,即专业课教师既是理论教师又是实践指导教师;教材一体化,即教材既是理论课教材又是实训课教材;教学过程一体化,即把课堂搬到实习、实训基地,在教中学在学中做的模式。
项目设计一体化教学,就是通过积极探索工学结合,校企合作,订单培养及共同开发课程体系等方式,加强岗位实训,采用特定教育情景和实际教育教学活动过程的教材,以项目设计一体化教学为中心环节的授课方式。主客体角色的转变较好地解决了理论与实践教学的脱节,减少理论课与实践课之间知识的重复,以实际工作过程为基准,增强教学的直观性,充分体现学生的主体参与作用,有助于弥补教学过程中存在的缺陷,提高教学质量和培养高技能人才。
二、《电机及拖动》项目设计一体化教学的实施
自推行项目设计一体化教学改革以来,学校领导高度重视,采取了一系列措施,保证了《电机及拖动》项目设计一体化教学的顺利进行。
1.修订人才培养方案
人才培养方案是教学安排、组织的依据,是实施项目设计一体化教学的前提。根据人才培养方案,我们将《电机及拖动》所学的相关知识和技能分成若干个项目,每个项目依据不同的知识点又分成若干个学习情景,每个学习情景都有具体理论和技能要求。这样教学过程不再是单一的学科教学,而是瞄准目标、围绕项目和学习情景的一体化教学。
2.编写《电机及拖动》一体化教材
依据人才培养方案及技能鉴定标准,按科学性、合理性、实用性、针对性、适时性、有效性原则编写了《电机及拖动一体化教材》,是实施项目设计一体化教学的基础。因此,对原有单独的各门课程的教材进行了有机整合并参照有关的专业资料,编写了《电机及拖动一体化教材》。在编写《电机及拖动一体化教材》时,我们将《电机与变压器》、《电力拖动控制线路》、《电工仪表与测量》、《电子技术及应用》、《安全用电》、《维修电工生产实习》、《单片机技术及应用》等课程进行了合理取舍,并添加了一些新产品、新技术,形成了今天的《电机及拖动一体化教材》。
3.培养“双师型”师资
即使有了再完善的计划、再完美的教材,如果仍然采用理论教师讲理论、实习教师指导实习的教学模式,一体化教学就如同空谈。所以,建设一支既能胜任理论教学,又能指导实习操作的“双师型”教师队伍是实施一体化教学的关键。因此,学校下大气力进行“双师型”教师的培养。通过组织理论教师利用节假日进工厂顶岗锻炼,参加技能培训,让实习老教师传、帮、带以弥补其操作技能的不足;从职业技术师范学院和企业技术人员中引进相关师资等形式,使学校现在拥有了基本胜任本专业一体化教学的“双师型”师资队伍。
4.建设项目设计一体化教学中心
要实施一体化教学,就必须具有既能满足理论教学、又能满足实习教学的“一体化”场所,所以项目设计一体化教学中心是实施一体化教学的保障。自2006年以来,学校加大投入,先后建成了电力拖动、电工电子、单片机及PLC、机械加工、数控机床、焊接、汽车构造、汽车电气等一体化教学中心,保证了一体化教学改革的顺利进行。
三、《电机及拖动》项目设计一体化教学的开发与具体应用
1.现场参观
《电机及拖动》的对象是生产机械,生产机械的运动形式以及对电气控制的要求是设计电气控制电路的重要依据,也是掌握控制线路工作原理的基础,机械与电器的配合动作是实现生产机械自动控制的重要手段之一。这就要求学生在学习控制线路之前对生产机械的构造、运动形式、机械与电器的配合动作等方面有足够的认识,在头脑中形成清晰的印象。为此,必须组织参观教学。在参观教学中,教师先要充分熟悉生产机械,做到心中有数,同时准备好机械部件及电机、电器的名称卡片或标牌。学生通过参观项目设计方案。
2.理论准备
在进行理论教学过程中,首先,要大力提倡“互动式”教学方法,以学生为主体,充分调动学生的主观能动性,让学生积极参与到教学过程中;其次,要充分利用现代化教学手段(录像教学和投影教学等),进一步增加学生的感性认识,同时还可以使课堂教学更生动、充实,能给学生提供一个生动、形象、主体化的教学环境,使学生能透彻理解教学内容,提高学习效率。抓住每种控制线路的特点重点讲解。一方面,各种生产机械的电气控制线路无论怎样复杂,都不可避免地含有一些一般性的通用环节,如正转自锁控制、正反转控制、点动控制、时间控制等基本控制环节,这些环节学生都很熟悉,往往只要稍加点化,学生即可理解和掌握;另一方面,不同的生产机械控制线路,由于其加工工艺、控制要求或设计者的构思不同,有独特的部分,这种独特部分既是教学的重点,又是难点。重点地突破这一难点,整个控制线路就迎刃而解。讲清机械与电器的联动,是讲授生产机械控制线路的关键。与机械联动的电器在何种情况下动作,哪些触头闭合,哪些触头断开,学生很难明白,直接影响对控制线路工作原理的理解,在教学中一定要注意讲清这一关键性的问题。着重于能力的培养。在理论教学中要特别注意学生能力的培养,不但要使学生熟悉教材中所介绍的几种生产机械电气控制线路的工作原理、常见故障及其分析方法,更重要的是培养学生阅读控制线路图、分析线路的工作原理及其故障的能力。生产机械是多种多样的,其控制线路也是千变万化的,线路出现的故障更是变幻莫测。因此在教学中,要着重从读图方法、线路原理及其故障分析方法等方面对学生进行训练,让学生从具体的控制线路中总结出一般规律及特点,做到独立思考,举一反三,融会贯通。
3.项目设计一体化教学
一体化教学可分两个阶段:一是到电工专业实习室进行电气配盘训练,以提高学生的实际动手能力;然后在各种机床的电气控制模拟示教板上进行排故训练,以提高学生的思维能力、判断能力。二是到实习工厂进行实际应用的训练,让学生直接参与生产,培养学生适应实际工作环境的能力,掌握理论在实际中的应用。
四、结 语
实施《电机及拖动》项目设计一体化教学模式改革,基本上做到以项目设计为中心、以学生能力提高为中心、以岗位要求为中心、以教、学、做一体为主要形式的组织教学。《电机及拖动》项目设计一体化教学作为一种教学方法,它不可能完全取代传统的教学模式,但作为未来教学改革的方式的趋势已不可动摇。
参考文献
关键词:考试改革 动手能力 实践
一、指导思想
《电机与电气控制技术》是我们高职院校机电一体化技术、电气自动化专业一门技术基础课程。它的培养目标是:使学生掌握交直流电机拖动、低压电器控制技术等方面的基本知识和技能,将学生培养成为高素质技术应用性人才,同时为学习后继课程打好基础。
传统的《电机与电气控制技术》课程教学方式采用课堂讲授的形式,以讲授电机的各种理论知识为主,致使理论与实践脱节,学生对电机电气控制的设计能力和动手能力很欠缺,不能很好地将理论应用于实际,与高职教育培养高级技能型专门人才相悖。为了改变这一现状,适应高职“以就业为导向”的教学改革,我认为应当对《电机与电气控制技术》课程进行考试改革:在课堂以多媒体讲授为主,配合实际动手操作,提高学生实际分析问题和解决问题的能力,做到真正的理论与实践相结合,从而提高学生的就业能力和自身能力的储备。
二、课程改革目标
我们在教学过程中,融入“工学结合”的教学理念。将理论与实践,知识与技能培养有机地结合起来,理论教学以实用、够用为原则,在电机与拖动实训室进行理论教学与大量的实训教学穿行。
在教师指导下,学生边学边做。使学生在做中学,学中做,多做多练,学做合一。从而提高了学生的设计能力与实际动手能力,达到即定的培养目标,最终逐步取消中、高级电工考证培训,课程改革进行以证代考的考核方式。
三、课程改革措施
1、教学条件
每次课由老师主讲,在多媒体教室理论教学,在电机拖动实训室进行实践教学,选用机械工业出版社规划教材《电机与电气控制技术》(许主编)教材。
2、教学方法和教学手段
理论与实践穿行,教学贯彻以学生为主体,老师引导的理念,以技能培养为主线,让学生在完成任务的过程中学习和提高技能。
3、教学效果
运用现代职业教育理念为指导,通过教学手段,考核考试改革使学生掌握交直流电机的基本结构、工作原理和拖动性能,掌握低压电器的选择和常用控制电路的分析和维护,达到中级电工的考核要求。
1.基本知识教学效果是:
(1)电机、低压电器的基本结构、工作原理、常见故障分析;(2)电机拖动中典型问题分析;(3)常用电气控制电路的分析和设计;
2.能力效果是:
(1)具备中高级电工职业资格认证所必须的电机与电气控制理论知识与技能;(2)能处理电机和电器控制电路的简单故障;(3)具有查阅手册等工具书和设备铭牌、产品说明书、产品目录等资料的能力;(4)能阅读电气原理图,并能设计出简单的电气控制原理图 。
3.思想教育效果是:
(1)初步具备辩证思维的能力;(2)具有热爱科学,实事求是的学风和创新意识、创新精神;(3)加强职业道德意识。
四、课程改革方案
1、考核考试方案
《电机与电气控制技术》课程理论考核以够用、实用为基本原则,降低了理论考核的要求。重点突出考核学生在电机与电气控制方面的设计能力和实际动手能力。在设计任务考核实施过程中全面倡导“4自”性实践,即自行抽选实践内容,自行设计方案,自助式发现问题,自检实践结果。注重能力考核,强调实践效果。
理论考核以闭卷形式进行,考察学生对电机的基本概念、原理、应用的了解。实践考核在电机拖动实验室进行,每一位学生随机抽取任务工单,含有设计和安装接线。按评分标准进行评定。考核成绩的60%记入期末总成绩。
2、考试方法:
理论考核+实践设计+安装操作
(1)理论考核
本着学习理论知识以实用、够用为原则,理论考核以笔试闭卷的形式考查学生对电机、变压器的基本概念、基本原理的掌握情况。卷面分值为30分。
(2)实践设计
按要求设计一个基本的电气控制线路图。卷面分值为30分。
实施方法:随机抽选考题。即在多个设计任务题中抽选一个题目作为每个考生的试题。
(3)安装操作考试
考生根据在以上设计考题中所画的电路,完成实物安装接线,并能使电动机按照要求正常运行,记录电机运行数据。卷面分值为40分。
五、课程改革预期成果和效果
培养具有一定的分析问题、解决问题能力的,达到中、高级电工水平,有较强的职业能力和一定的创新精神的高级技能型人才。具体要求如下:
(1)具备中高级电工职业资格认证所必须的电机、变压器、电气控制理论知识与技能;(2)能处理电机和电器控制电路的简单故障;(3)具有查阅手册等工具书和设备铭牌、产品说明书、产品目录等资料的能力;(4)能阅读电气原理图,并能设计出简单的电气控制原理图 。
六、验收要点
1、平时考核记录
2、课程教学方案、课件
3、课程教学总结及调查表
【关键词】煤矿;皮带机;变频器
1、概述
皮带机是现代化煤矿高产高效的主要运输设备,由于煤矿井下使用的特殊性,目前对拖动技术的要求越来越高:控制简单,启动特性好,调速性能好,启动转距大;节能;工作平稳可靠,维护量小;价格适中。要同时满足这些条件,原有各种拖动技术都很难做到,目前只有变频技术的应用和不断完善、创新才能实现。现有无速度传感器矢量控制(SVC)的防爆变频器能够满足用户要求,将是井下皮带机拖动的发展方向。
2、技术比较
2.1直接起动:转矩大,但力的传导不均,尾部反应慢,在皮带底部有堆积现象,启停性能差,对皮带和机械造成很大冲击。大型皮带机基本不能使用。
2.2调速型液力偶合器起动:皮带机慢慢起动,对皮带机的启停不会造成大的冲击,早期广泛应用于煤矿大型皮带机电力拖动中,但随着技术的进步,液力耦合器逐渐显现了以下的局限性,存在不少问题。
2.2.1在起动过程中会出现打滑现象,造成安全隐患。
2.2.2负载与电机的距离较远,效率很差。需提供较大的安装空间,基础复杂。
2.2.3由于液力耦合器的两端出轴为两个半轴,颈向跳动大,在短时间内就会造成设备漏油,故障率较高。
2.2.4液力耦合器的原理决定了液力耦合器有8-10%的速度损失。同时功率损失变为热量,使液压油温过高。需要大量的水冷却。
2.2.5在实际运行中油温高于95℃以上,使冷却器的水易结垢堵塞(煤矿供水大部分是硬水),造成故障。
2.2.6由于液力耦合器是用液压油传递功率,因此速度控制不稳定、功率因数低、调速精度差。
2.2.7当液力耦合器故障时,设备只能停止运行。严重影响生产,这是最大的浪费。
2.2.8液力耦合器整机效率低,调速本身的损耗大、维护量大、二次成本过高,不符合节能节排政策,必将被其他的电磁控制功率型的高效节能调速装置所代替。
2.3采用防爆软起动,皮带机空载时起动平稳,转矩降低,减少冲击,延长电机、皮带、机械系统的使用寿命,但重载时会跳,对皮带机冲击较大。
2.4采用变频拖动技术。
2.4.1优越的软起动和软停车性能。通过电机的慢速启动,带动皮带机缓慢启动,将皮带内部存储的能量慢慢释放,使皮带机启动过程中形成的张力很小,对皮带机几乎不造成危害:停车时的减速度任意可调,这样可将皮带机停车时产生的冲击减少至最小。这是其它驱动设备难以达到的。
2.4.2降低胶带张力。启动时间可调的良好特性,至少可降低起动张力30%,大大降低了对带强的要求,在初期设计选择皮带强度时可降低一个标号。
2.4.3平稳的重载起动。皮带机在运煤过程中任意一刻都可能立即停车再重新起动,必须考虑“重载起动”能力。由于变频器采用无速度传感器矢量控制方式,低频运转最大可输出1.5倍额定转矩,因此最适于“重载起动”。
2.4.4功率平衡。煤矿井下大型皮带机运输系统多为双滚筒驱动或多滚筒驱动,变频器可以通过单独的控制系统控制各电机的电流值,通过调整各电机的速度来使各电机电流值逐步趋于平衡。一般是采用一拖一控制,或主从控制,实现功率平衡,保证电机同步性能。
2.4.5降低设备的维护量。变频器是一种电子器件的集成,它将机械设备的寿命转化为电子的寿命,降低了设备的维护量。由于降低了起动冲击,机械系统的设备损耗也随之降低,大大减少机械部分的检修量,尤其托辊及滚筒的寿命成几倍的延长。
2.4.6验带功能。煤矿的生产运输系统多以皮带机为主,运输系统检修维护的主要工作是皮带机的检修维护,低速验带功能是皮带机检修的主要要求,变频调速系统为无极调速的交流传动系统,在空载验带状态下,可实现电机工作在5%-100%额定带速范围内的任意带速。
2.4.7节能。通常情况下,煤矿用电机设计容量大,大部分时间不能满载运行,当轻载或者空载时,常常造成不必要的电能损失。采用变频器后,可以根据负载轻重自动调节皮带速度;电机与减速器之间是直接硬联接,减少了液力耦合器环节,传递效率得到了很大的提高。此外,由于煤矿通常离变电站距离较远,不同时段电压波动较大,利用变频器的自动稳压功能,更能体现节能的效果。