電機學(xué)實驗計算機仿真技術(shù)教學(xué)改革

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摘要：針對多年來本科教育中電機學(xué)實驗缺乏理論仿真的問題，本文提出了計算機仿真技術(shù)與實驗相結(jié)合的電機學(xué)實驗的教學(xué)改革。通過引入計算機仿真技術(shù)，直觀的展示了電機的動靜態(tài)性能，增強了學(xué)生的建模思想，使學(xué)生能夠在仿真與實驗結(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；計算機仿真技術(shù)；建模思想；人才培養(yǎng)質(zhì)量

一引言

電機學(xué)是電氣工程類專業(yè)的一門重要的專業(yè)課程，該課程具有很強的理論深度及實踐性[1,2]。目前多數(shù)高校對電機學(xué)的理論教學(xué)進行了一系列的教學(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，然而針對高校電機學(xué)實驗的教學(xué)改革并不多見，為提高學(xué)生對電機學(xué)理論知識的深入理解，電機學(xué)實驗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，提出了以計算機仿真技術(shù)與實驗平臺相結(jié)合的電機學(xué)實驗的教學(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)濟的發(fā)展。

二計算機仿真技術(shù)與電機學(xué)實驗相結(jié)合的教學(xué)改革探索

（一）電機學(xué)實驗的特點電機學(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)是研究各類電機的基本原理、基本計算和一般的應(yīng)用分析。而電機學(xué)實驗是本課程非常重要的實踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生能夠在實踐的過程中掌握電機的基本實驗原理和方法，初步培養(yǎng)學(xué)生對電機進行一般操作的動手能力和對實驗數(shù)據(jù)的分析能力。由于電機學(xué)課程涉及內(nèi)容較多且專業(yè)性極強的特點，為使學(xué)生能夠通過實驗的方式理解專業(yè)性強的理論知識，作為實驗的一線教師在教學(xué)方式上要采用貼合實際應(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、實踐能力和專業(yè)技能全面發(fā)展的應(yīng)用型人才。

（二）計算機仿真技術(shù)與電機學(xué)實驗相結(jié)合的作用計算機仿真技術(shù)利用現(xiàn)代計算機的優(yōu)勢，以低成本的方式能夠很好的完成真實環(huán)境中較難完成的電機學(xué)實驗的教學(xué)任務(wù)，且可以通過網(wǎng)絡(luò)的手段實現(xiàn)電機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)生進行反復(fù)的無成本的操作和對理論知識的反復(fù)驗證及設(shè)計，同時打破了時間及空間的限制，可以實現(xiàn)隨時隨地的進行電機模型的搭建及對理論知識的驗證。為項目或任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法以及翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實施提供了有利條件[7,8]。

（三）電機學(xué)實驗存在的問題電機學(xué)實驗是電機學(xué)理論課程的重要教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，筆者根據(jù)自己多年來從事電機學(xué)實驗教學(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，認為目前電機學(xué)實驗主要存在以下幾個方面的問題：1.電機學(xué)實驗教學(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，進而引發(fā)了學(xué)生對電機學(xué)理論知識的不理解。特別的對于電機學(xué)部分章節(jié)中的理論性極強且內(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)電機實驗室內(nèi)的實驗設(shè)備笨重，價格昂貴且運行及維護的成本較高，尤其涉及到工業(yè)控制中使用的大功率型的電機還存在著人身危險的因素，若只采用傳統(tǒng)實驗教學(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層出不窮。如若緊跟時代的步伐，當(dāng)前電機實驗室不能得到大額的資金支持來滿足對各類實驗電機的需求，顯然限制了學(xué)生對各類電機的實際應(yīng)用，特別是對一些新型電機的使用更是無法保障，同時受到實驗空間的限制，學(xué)校更無法為每一位學(xué)生提供足夠的實驗空間和實驗創(chuàng)新的機會，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學(xué)實驗存在的問題，從以下幾個方面進行電機學(xué)實驗的改革。1.完善課程體系由于需要在本科教育中引入計算機仿真技術(shù)，需要在課程建設(shè)方面進行完善。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)需要引入與電機學(xué)相關(guān)的專業(yè)計算機仿真軟件，將與電機學(xué)相關(guān)的計算機仿真軟件的學(xué)習(xí)作為大學(xué)一年級的必修內(nèi)容，且通過嚴格的考試過關(guān)來衡量學(xué)生對計算機仿真軟件的掌握程度，對于計算機仿真軟件的學(xué)習(xí)可通過項目驅(qū)動法的教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生運用計算機仿真軟件對相關(guān)電路的實踐設(shè)計能力。2.計算機仿真技術(shù)應(yīng)用于電機學(xué)實驗中的改革針對以上問題2可知單純的實驗平臺上的項目實驗限制了每位學(xué)生的創(chuàng)新性設(shè)計思路，在實驗平臺上只是簡單的進行一些項目的驗證性實驗，缺乏了對實驗的理論深度思考。計算機仿真技術(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)的實時動態(tài)變化，更加容易的找到電機調(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模型，以此軟件為基礎(chǔ)而開發(fā)的電機學(xué)仿真模型，可以改變電機學(xué)實驗中的單一實驗形式，它可以使學(xué)生由被動地接受教師的灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥靥骄繉嶒灥恼嬷B。并且在該仿真軟件下根據(jù)同樣的設(shè)計要求，可以很容易的在計算機界面上實現(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算機仿真軟件繼續(xù)進行相關(guān)實驗。這就打破了實驗時間和空間的限制，保證了學(xué)生有足夠的空間和時間來完成實驗，達到了“線上、線下”都可以進行的教學(xué)模式，解決了在原有實驗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

計算機仿真技術(shù)引入電機學(xué)實驗的教學(xué)模式，激發(fā)了學(xué)生的深入學(xué)習(xí)電機理論的興趣，融合了線上、線下兩種不同的教學(xué)方法，對電機學(xué)理論及實踐進行了有益的補充。該種教學(xué)方式可以充分的使學(xué)生體驗到不同的學(xué)習(xí)方式，加深了學(xué)生對電機學(xué)理論知識的理解。進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)生對電機學(xué)認知，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。

參考文獻

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作者：余亞東 單位：平頂山學(xué)院