电机拖动理论与实践相结合的教学探索

2017-09-14 13:57张海
中国校外教育(上旬) 2017年13期
关键词:电机动手应用型

张海

为提高《电机拖动与控制》的课程教学质量,培养出适合社会需求的技术应用型人才。阐述了电机拖动与控制理論与实践相结合的教学内容和方法。针对课程中的一些典型问题、重点和难点内容,列举了具体的、实用的、独特的教学方法,使学生从实践中去获得知识与技能,并将所学知识积极地应用于实践过程中,培养了学生的创新精神和综合实践操作技能。

电机拖动与控制工程实践能力理论结合实践一、引言

电机拖动与控制是机电类专业的一门专业基础课程,其内容与工程实际结合紧密,实践性较强,包括了电机理论及应用,拖动系统的原理以及控制方法,其理论知识和实践应用在社会生产各行各业中的地位都非常突出。譬如,机械加工的各种类型机床、起重机械、农业机械以及各种控制装置等都有典型应用。对于机械设计及制造、机电一体化、电气控制等专业的同学来讲,能够正确选择、使用电机,构建电机拖动与控制系统,分析和设计各种专业技术资料和图纸,是该专业工程应用型人才应具备的基本能力。为适应现代高等教育的改革和发展,根据应用型本科人才培养目标的教育教学要求,下文就对于理论结合实践的教学改革模式深入进行了分析和探究,以期更好地提高应用型本科院校的人才培养成效。

二、理论结合实践提升学生专业技能

应用型本科教育强调应用,因此除了“学”之外也要注重“做”这一方面,实现实践和理论的统一。山西工程技术学院是一所公办全日制本科高校,前身是太原理工大学阳泉学院,2016年学校被山西省教育厅确定为山西省高校转型发展试点高校,成为教育部数据中国“百校工程”产教融合创新项目培育院校。我校发挥自身的煤炭资源优势,将实践能力培养融入到教学工作中,对于我校的发展和学生的发展具有一定的现实意义。

1.理论与实践结合的重要性

电机拖动与控制理论和实践要深度结合,学生才能全面把握课程的精髓,学院系部教学计划安排理论和实验分列开展教学,理论部分40学时在主教学楼讲授,实验8学时在实验楼内开展,理论和实验分别进行考核,在这么短的学时内,不利于理论和实践的深入结合。学生知识的掌握和实践能力的提高是一个具有反复性与无限性的过程,需要经过实践、认识、再实践、再认识、循环往复以至无穷才能达到较为满意的效果。基于此,依托学校现有基础设施,将实验实训教学楼电机拖动与控制实验室更立为学生理论学习和实践动手能力提高场所,同学和老师共同参与教学,增强互动,将抽象的理论和实践结合起来,既加深理论知识的理解,同时也激发同学的学习兴趣,进而将理论知识和实践环节深度结合在一起,一方面便于教师进行专业教学,另外对于学生对该课程理论知识的掌握和实践能力的提高有了一个良好的开端。

2.教学内容重新修订

根据企业需求调整培养人才方案,因此课程目标要及时反映社会需求,积极主动的与社会进行沟通,结合我校地缘特点,及时将这些改进措施落实在人才培养课程的编制中,推动产学合作的发展。传统的交直流电机拖动和控制还是重点学习内容,学生通过该重点内容的学习,对电机运行的维护和故障的分析判断能力得到提高,加强了理论的实际应用,山西是重要的煤炭资源生产基地,教师可以酌情介绍煤炭生产中应用的防爆电机、软启动器、强迫油循环高压配电变压器等的结构、原理、特点和系统应用维护,增加一些学生自主研究学习项目,比如变压器空载合闸冲击电流的分析研究、三相鼠笼异步电动机定子断相故障分析、开关磁阻电机的学习和研究等,这样既拓宽了学生的知识面,培养了自学和应用知识的能力,也培养了学生严谨的科学态度、工程意识、创新能力和独立分析和解决问题的能力。

3.教学方法手段推陈出新

对于电机拖动教学章节,首先,在理论结合实践的每一节课堂中,为提高学生学习热情和主观能动性,利用多媒体视频播放一些生产技术片段,不仅活跃课堂气氛,调动学生学习积极性,同时加深学生对电机拖动系统的理解。我们将实验室的各种电机、仪表、控制元件、开关元件等都展示在教学中,如教师讲解电机理论时,可以先将直流电机和交流电机一并展示在同学面前,让同学仔细观察外形、结构。通过对比,教师将各个部件的名称、技术术语等潜移默化地植入到学生脑海中,进而学生分组在老师的指导下,学生动手组装电机,连接线路,启动电机系统,学生边动手边思考,提出问题,小组讨论、答辩,最终由学生归纳总结结论。在整个教学过程中,始终学生动手动脑,教师启发学生总结理论知识,从实践演练中去获取真知。

对于一些比较深奥的理论,教师可将一些抽象的,看不到摸不着的物质利用动画软件展示出来,比如三相异步电动机旋转磁场的产生,将教材中不动的图片,通过动画将其模拟演示,在播放过程中,让学生回顾电工学电磁学理论,让学生深入理解三相对称电流通入三相对称绕组产生旋转磁场的过程,调节电流的频率,改变电机的极对数,观察模拟动画的旋转速度,学生从这一实践认知中获得三者的关系。再比如,直流电动机换向过程的分析研究,电机换向频率很高,可以采用计算机模拟,将其慢动作分解,直接通过直流电动机的实际电枢绕组、换向片、磁极来分析讲解换向规律,这样提高了教学效率,而对于电机模型,有兴趣的学生可以动手搭建,加深理论知识的掌握,提高技术应用能力。

为提高学生处理生产实际问题的能力,对于电机拖动系统中一些常见的运行现象和故障状态,老师不直接讲授该内容,而是由实践引理论,如学生做直流并励电动机实验,运行时发现转速异常升高,启发学生利用公式E=CeΦn进行思考,由于电源电压正常,那么感应电动势也正常,当转速异常升高时,必然是由于磁通量被削弱造成的,进一步引导学生考虑有哪些因素会导致磁通量降低,是否励磁绕组被短路、断线或者磁极极性装反等等因素,这样一环扣一环的问题情境,既锻炼了学生思考问题的能力,又培养了他们勤于动脑、肯于动手的学习习惯。

在拖动系统控制教学过程中,由于电机拖动控制系统已经实现无触头、连续控制、弱电化、微机控制,但继电器-接触器控制系统具有结构简单、价格低廉等优点,仍能满足各种生产机械不同工艺的过程控制,目前仍然广泛应用于工程之中。因此,在本课程的学习中,继电器-接触器控制仍然是基础内容、重点内容,为提高学生的动手能力、工程思维意识、创新意识,紧紧围绕教学目标,本着“应用、实用”的原则,引导学生首先了解并掌握各种控制元件的结构原理和使用方法,将国家标准中的电器图形元件符号动手标注在元件的醒目位置,锻炼了学生的思维和记忆能力,在老师的指导下,遵循学生的认知规律,从简单到复杂,如展示给学生两台时间继电器,它们动作原理有差异,交流电源一条支路调整好额定电压值并通过开关连接线圈,另外一条支路通过继电器触点去控制一台指示灯,设定动作时间值,启动电路,学生观察比较并给出结论,这样在很短的时间内,教师并没有繁琐的说教,学生已经找到了继电器的动作规律,对其后面复杂系统的分析和创建有了必要的技术保障。再比如,学习掌握电气控制的一些基本元件和环节时,笔者应用了Flash动画模拟三相异步电动机正反转、模拟星形三角启动,增强了学生和认知对象的互动,同时训练了学生的逻辑思维能力和分析判断技能。在此基础上学生尝试设计各种电机拖动控制方案,比如直流电动机三级切除电阻的启动系统、三相异步电动机变频调速控制系统、煤矿风瓦斯闭锁控制系统等,根据自己设计的电路,在拖动系统控制柜平台连接线路,教师检查并提示学生安装必要的电路保护措施,最后通电试运行,发现问题现场处理,直至系统成功稳定运行。对于学习优秀的学生,老师推荐一些较为复杂的课题,比如复杂曲轴、曲面的机械加工控制、机器人、航天器等复杂轨迹的控制、拖动系统的网络化、信息化应用等,启发学生进一步思考电机拖动控制系统的发展方向,为日后步入工作岗位,迅速提升自己的专业技能打下一个良好的基础,通过这样一系列的动手动脑实践,学生掌握了拖动系统的原理,初步具有了系统的安装、调试和排除故障的能力,提高了动手操作技能,为毕业后从事本专业实际工作奠定必要的基础,并具有了适应技术发展的能力。

4.采用理论与实践相结合的考核方法

考试是检验学生掌握知识和知识应用能力的手段,同时,学生考试结果将反馈课程教学质量,督促教师及时发现问题,总结教学经验,采取更优、更有效的思路改进教学。目前,学院系部专业课程均采用理论和实验分开考核,有的学生理论知识掌握较好,但动手能力较差,也有同学相反,不管怎样,笔者认为这样一种考核方案不能充分反映学生的学习水平,只有将理论实践结合在一起综合评定成绩,才能充分调动学生自主学习的积极性。从学生的知识掌握,技能、态度,最终达成的培养目标分层分段进行评定,可以采取各种丰富多样的考察手段,如笔试、口试、教师在实验平台设立电机故障,由学生利用仪表判断分析,并正确排除,实践方面可以考查学生小组设计和构建系统的能力,通过这样一种理论结合实践演练综合考察学生对基本概念、原理,重点是实践动手操作的掌握程度,学生也通过模拟考试不断地巩固所学内容,重复演练直至达到熟练,这对学生也是一种能力的培养,也是我们人才培养寄希望达到的目标。

三、结束语

在向技术应用型大学转型的过程中,为了凸显应用型人才培养,突出学生的实践能力,专业课程的教学改革至关重要。在应用型人才培养改革的新形势下,将我校大学生培养成未来的工程师,培养成能应对技术、社会、经济等发展变化需求的专业技能人才,使学生的实践创新能力和综合素质都有大幅提升,以《电机拖动与控制》这门课程为例,紧紧抓住理论与实践结合的教学方法,从学科内容、知识结构、考核办法等方面都进行了有益的探索,并积极付诸于教育教学中。

参考文献:

[1]高婷婷.应用型本科院校教学内容与教学方法改革研究[J].闽南理工学院,2016,(03).

[2]王进野.电机拖动与控制[M].天津:天津大学出版社,2011.

[3]方桂娟.应用技术型本科传感器课程教学改革探究[J].武汉轻工大学学报,2016,(03).

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