電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)教學(xué)改革

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摘要：針對多年來本科教育中電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)缺乏理論仿真的問題，本文提出了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革。通過引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，直觀的展示了電機(jī)的動靜態(tài)性能，增強(qiáng)了學(xué)生的建模思想，使學(xué)生能夠在仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)合中找到學(xué)習(xí)興趣，提高應(yīng)用型本科高校的人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)；建模思想；人才培養(yǎng)質(zhì)量

一引言

電機(jī)學(xué)是電氣工程類專業(yè)的一門重要的專業(yè)課程，該課程具有很強(qiáng)的理論深度及實(shí)踐性[1,2]。目前多數(shù)高校對電機(jī)學(xué)的理論教學(xué)進(jìn)行了一系列的教學(xué)改革，且大多數(shù)引入了高端的應(yīng)用型手機(jī)學(xué)習(xí)軟件，諸如學(xué)習(xí)通和翻轉(zhuǎn)校園等，這在一定程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，然而針對高校電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革并不多見，為提高學(xué)生對電機(jī)學(xué)理論知識的深入理解，電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)需要一次全方位的改革?；诖?，筆者根據(jù)平頂山學(xué)院本科院校的重新定位，提出了以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與實(shí)驗(yàn)平臺相結(jié)合的電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革，以培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才為目標(biāo)，服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

二計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)改革探索

（一）電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)電機(jī)學(xué)是大學(xué)中重要的一門專業(yè)課程，其應(yīng)用范圍覆蓋了電力、電子、工業(yè)控制等眾多領(lǐng)域，在工業(yè)生產(chǎn)中占有及其重要的地位[3,4]。該課程的主要任務(wù)是研究各類電機(jī)的基本原理、基本計(jì)算和一般的應(yīng)用分析。而電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)是本課程非常重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生能夠在實(shí)踐的過程中掌握電機(jī)的基本實(shí)驗(yàn)原理和方法，初步培養(yǎng)學(xué)生對電機(jī)進(jìn)行一般操作的動手能力和對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析能力。由于電機(jī)學(xué)課程涉及內(nèi)容較多且專業(yè)性極強(qiáng)的特點(diǎn)，為使學(xué)生能夠通過實(shí)驗(yàn)的方式理解專業(yè)性強(qiáng)的理論知識，作為實(shí)驗(yàn)的一線教師在教學(xué)方式上要采用貼合實(shí)際應(yīng)用的教學(xué)方式，體現(xiàn)教而用的教學(xué)理念[5,6]。培養(yǎng)具有研究能力、實(shí)踐能力和專業(yè)技能全面發(fā)展的應(yīng)用型人才。

（二）計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的作用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢，以低成本的方式能夠很好的完成真實(shí)環(huán)境中較難完成的電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)任務(wù)，且可以通過網(wǎng)絡(luò)的手段實(shí)現(xiàn)電機(jī)模型和建模思想的共享，可以更加合理化的讓學(xué)習(xí)利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，有利于讓學(xué)生進(jìn)行反復(fù)的無成本的操作和對理論知識的反復(fù)驗(yàn)證及設(shè)計(jì)，同時打破了時間及空間的限制，可以實(shí)現(xiàn)隨時隨地的進(jìn)行電機(jī)模型的搭建及對理論知識的驗(yàn)證。為項(xiàng)目或任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法以及翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實(shí)施提供了有利條件[7,8]。

（三）電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)存在的問題電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)是電機(jī)學(xué)理論課程的重要教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，筆者根據(jù)自己多年來從事電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，將從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置和教學(xué)資源開發(fā)等方面考慮，認(rèn)為目前電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)主要存在以下幾個方面的問題：1.電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)以傳統(tǒng)的教學(xué)為主，授課方式單一，不利于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，這將導(dǎo)致學(xué)生掌握到的知識較弱，進(jìn)而引發(fā)了學(xué)生對電機(jī)學(xué)理論知識的不理解。特別的對于電機(jī)學(xué)部分章節(jié)中的理論性極強(qiáng)且內(nèi)容枯燥無味的情況，采用這種單一的教學(xué)方法顯然非常不利于學(xué)生對理論知識的掌握與理解。2.大多數(shù)電機(jī)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備笨重，價格昂貴且運(yùn)行及維護(hù)的成本較高，尤其涉及到工業(yè)控制中使用的大功率型的電機(jī)還存在著人身危險的因素，若只采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容已不能滿足當(dāng)前的需要，近些年隨著數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)的控制技術(shù)也得到了長足的發(fā)展，同時不同類型的電機(jī)層出不窮。如若緊跟時代的步伐，當(dāng)前電機(jī)實(shí)驗(yàn)室不能得到大額的資金支持來滿足對各類實(shí)驗(yàn)電機(jī)的需求，顯然限制了學(xué)生對各類電機(jī)的實(shí)際應(yīng)用，特別是對一些新型電機(jī)的使用更是無法保障，同時受到實(shí)驗(yàn)空間的限制，學(xué)校更無法為每一位學(xué)生提供足夠的實(shí)驗(yàn)空間和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的機(jī)會，這更加不利于培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力。

（四）改革措施和對策針對以上電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)存在的問題，從以下幾個方面進(jìn)行電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的改革。1.完善課程體系由于需要在本科教育中引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，需要在課程建設(shè)方面進(jìn)行完善。在學(xué)生的大學(xué)一年級階段增設(shè)系統(tǒng)的建模與數(shù)值分析的相關(guān)課程，建模思想早早的植入于學(xué)生們的大腦內(nèi)，為大學(xué)二年級所學(xué)的電機(jī)學(xué)做好鋪墊。同時在大學(xué)的課程體系內(nèi)需要引入與電機(jī)學(xué)相關(guān)的專業(yè)計(jì)算機(jī)仿真軟件，將與電機(jī)學(xué)相關(guān)的計(jì)算機(jī)仿真軟件的學(xué)習(xí)作為大學(xué)一年級的必修內(nèi)容，且通過嚴(yán)格的考試過關(guān)來衡量學(xué)生對計(jì)算機(jī)仿真軟件的掌握程度，對于計(jì)算機(jī)仿真軟件的學(xué)習(xí)可通過項(xiàng)目驅(qū)動法的教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真軟件對相關(guān)電路的實(shí)踐設(shè)計(jì)能力。2.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用于電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中的改革針對以上問題2可知單純的實(shí)驗(yàn)平臺上的項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)限制了每位學(xué)生的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)思路，在實(shí)驗(yàn)平臺上只是簡單的進(jìn)行一些項(xiàng)目的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏了對實(shí)驗(yàn)的理論深度思考。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的引入能夠更加直觀的讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)電機(jī)電氣模型中有關(guān)的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等相關(guān)參數(shù)的實(shí)時動態(tài)變化，更加容易的找到電機(jī)調(diào)速等一般性規(guī)律，同時能夠及時發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。在實(shí)際應(yīng)用中，以目前國內(nèi)權(quán)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(jī)模型，以此軟件為基礎(chǔ)而開發(fā)的電機(jī)學(xué)仿真模型，可以改變電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中的單一實(shí)驗(yàn)形式，它可以使學(xué)生由被動地接受教師的灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥靥骄繉?shí)驗(yàn)的真諦。并且在該仿真軟件下根據(jù)同樣的設(shè)計(jì)要求，可以很容易的在計(jì)算機(jī)界面上實(shí)現(xiàn)不同的解決方案，這就能調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性，培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題﹑分析問題和解決問題的能力以及他們的創(chuàng)新能力。另外除了課上的時間以外，學(xué)生還可以利用課下的時間使用計(jì)算機(jī)仿真軟件繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。這就打破了實(shí)驗(yàn)時間和空間的限制，保證了學(xué)生有足夠的空間和時間來完成實(shí)驗(yàn)，達(dá)到了“線上、線下”都可以進(jìn)行的教學(xué)模式，解決了在原有實(shí)驗(yàn)條件下受到時間和空間的不足而影響學(xué)生質(zhì)量的培養(yǎng)問題。

三結(jié)束語

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式，激發(fā)了學(xué)生的深入學(xué)習(xí)電機(jī)理論的興趣，融合了線上、線下兩種不同的教學(xué)方法，對電機(jī)學(xué)理論及實(shí)踐進(jìn)行了有益的補(bǔ)充。該種教學(xué)方式可以充分的使學(xué)生體驗(yàn)到不同的學(xué)習(xí)方式，加深了學(xué)生對電機(jī)學(xué)理論知識的理解。進(jìn)而完善了電氣工程專業(yè)的課程體系、革新了不同模式下的教學(xué)內(nèi)容和豐富了學(xué)生對電機(jī)學(xué)認(rèn)知，探索出一條行之有效的教學(xué)改革之路，必將提高平頂山學(xué)院電氣工程專業(yè)學(xué)生的人才培養(yǎng)質(zhì)量。

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作者：余亞東 單位：平頂山學(xué)院