基于工业工程问题学习的电机教学探讨

毛卫红

（青岛市即墨区第一职业中等专业学校，山东 青岛 266000）

0 引言

电机学的课程内容十分庞大，为此在教学当中一定要抓住重点，本文希望通过这样的方式完成知识框架及教学内容的搭建，提升教学的实际效果。

1 教学中的难点

1.1 电机学中电机结构难点

电机学教学当中的难点首先体现在其结构方面是十分复杂的，电机结构中所涉及的内容有隐级电机、凸级电机、换向磁极、主磁极、补偿绕组、单波绕组、分布绕组、三相绕组等多个部分内容，上述内容在教学的过程当中分布较为细碎，同时尽管教材在内容上使用图片对其进行讲解，但是学生使用教材当中的图片对电机的真实结构进行想象往往也是有一定难度的。其中最为复杂的则是各种绕组链接方式会使得学生很难独立进行理解，由此难点产生的实际问题则是学生会对电机结构及绕组链接缺乏足够的认识，最终对后续的学习产生进一步的影响[1]。

1.2 电机学中专业概念难点

在电机学的教材内容当中其后面会有专用的名词索引附录，此附录当中的内容则是将教材当中所涉及的概念及术语进行一一对照的罗列，具体的罗列项目超过500项。其中例如时空相矢量图、励磁电抗、磁动势、谐波分布因数等内容都是电机学的专有词汇，由此能够发现电机学中专业概念也是一项重要的难点，而在一项学科的内容当中出现如此多的新概念对学生而言无疑是一项巨大的挑战。其术语所涉及的范畴十分广泛，当学生无法对其中的内容进行准确的理解时就会导致学习困难的情况出现，同时教师很难在短时间内完成所有概念的逐一讲解。

1.3 电机学中模型分析难点

电机学所涉及的内容往往包括内部电磁的关系及相关的具体电机类型及运行状态情况，其状态不仅包含发电状态、电动状态同时也包括空载状态及负载状态等内容，同时除了上述内容之外其同样包含电机各个方面的分析例如动静态分析、谐波基波分析、电路磁路分析等方面的内容。在完成分析的过程当中所使用的方式包含基本方程式、波形曲线图、等效电路图等形式，由此能够发现电机学的教学内容构成是十分复杂的，且其中所涉及的知识点方向也是十分庞杂的，这就使得其对学生及教师的电磁理论基本内容掌握有相当的需求[2]。

1.4 电机学中特性曲线及实践难点

电机学当中的难点同样体现在特性曲线及实践方面，其中特性方面包括空载特性、负载特性、短路特性等方面的内容，而具体的状态则是包括电动发电状态、制动状态等内容。在实际的工程技术应用过程当中电机的运行情况控制需要通过对各种特性曲线进行分析来完成，但是对于其特性曲线而言往往教材中所涉及的内容较少，这就使得学生在学习此方面内容的过程当中往往会出现迷茫的情况，无法对固定特性曲线作用有足够的认知，而在工程试验方面的难点则是体现在参数测定、试验多路方面，此方面的内容可能导致学生掌握困难[3]。

2 基于PEPBL的教学模式改革

基于PEPBL的电机学教学模式可以将其内容划分成为两个部分，其第一部分的内容较为简单入门主要包括磁路、变压器、直流电机、交流电机方面的内容，同时其中可以涉及感应电机及同步电机基本结构的内容，主要侧重于运行特性方面的分析。而在第二部分的内容当中则可以添加变压器及交流螺旋电机谐波或不对称运行方面的内容，通过PEPBL完成工程问题的引入，同时在此过程当中来对教学方式进行进一步的开发。在课堂内容当中可以使用教学模型及对应的实物课件来完成复杂架构的讲解，以此面对由于教材平面性导致的缺陷。例如在对应用冲片结构进行讲解的过程当中，就可以使用三相绕组的教学模具来对其工作过程进行具体分析，而且在之后的实验环节当中可以尽量添加计算机仿真设计方面的内容，此方面的内容可以在学生拟好相关题目后由教师进行审查，此后由学生独立完成[4]。

3 问题思考及工程方法研究

3.1 问题思考

通过上述内容的分析后能够发现在电机学教学的过程当中所出现的问题往往具有相当的普遍性，在对其普遍性问题进行反思后，应当对传统的教学思路进行转换，在教学的过程当中培养学生的教学观点。很多学生在前期学习的过程当中会养成过分重视理论而对实践忽视的情况发生，这对于电机学的学习无疑是一个巨大的阻碍。也正是由于这样情况的存在使得部分学生在学习电机学时展现出了无所适从的表现[5]。

电机学当中的理论知识是由长期的工程实践总结出的，因此其与实际装置的结合度很高。在对待电机装置方面的问题时通常会使用工程处理的方式来完成问题的分析，由此其中部分的次要因素可以忽略，而其中的主要因素则应当重点研究。可以使用物理学当中的推导方式来用于电机学的学习，将电机学立于课程等级中的基础层级，由此展开完成学生工程观点的养成[6]。

3.2 工程方法研究

电机学的教材内容是十分复杂且庞大的，因此学生在学习的过程中需要对其中的各项细节特别注意，否则无法完全掌握电机学的整体脉络。即使在学习的过程中能够记住对应的知识内容，但是如果缺少特定的工程观点培养其学习到的知识也是十分有限的。由此能够发现培养工程观点是电机学学习的重要目的之一。

其具体的工程分析方法首先是构建物理模型，其首先需要根据电机的具体情况对其进行抽象及简化，所有的电机都是一个复杂对象，因此对其进行分析的过程当中很难完成全方位分析。只有由某个角度进行出发对其进行简化后完成具体关注参数的抽取并建立简化模型后续的分析才有所依据。在建立物理模型的过程当中由于关注的角度有所不同，其抽象出的参数及建立的模型自然也有所不同。在建立物理模型的过程当中所使用的理论包含数学理论、电磁理论及电路理论，通过这样的方式能够完成参数逻辑推理并建立方程，最终得出的结论才能具有实用价值。而在对理论进行分析的过程当中其可靠性一定要经过实践的反复检验，此后才能进行实用。例如在进行异步电机学习的过程当中就可以通过设置模型的方式对基本参数的关系进行确认，详情为：

由此基本参数能够发现其定子的电流受到定、转子的漏阻限制，为此其大部分的损耗都出现在定、转子当中：

由于I0≈0，因此可知I2=I1=I1K，所以：

4 解决方法

4.1 结构问题解决方法

在上文的内容当中本文就其难点进行了总结及思考，而由工程方法方面出发首先需要解决的问题则是电机结构方面的问题。对于此方面的问题首先应当使用动画、图片并用的方式来解决，由此能够对实践教学进行丰富，工程实践教学的主要内容包含电机的拆卸、电机的装配及电机的修理，由此学生对于电机的认识能够上升到更加感性的层面当中，且在对学生进行此方面内容教学的过程当中不要涉及过多的理论方面的内容[7]。为了使学生能够掌握结构方面的问题，其对应的参数应当制成表格供其使用，下文以异步电机为例进行展示，详情见下表1。

表1 异步电机参数对照表

4.2 术语及过程问题解决方法

解决概念与术语方面的问题是一项核心内容，此部分的教学主要为了提升学生对于电机的理解能力，也可以说是学生对于电机学相关的概念及参数的理解能力。因此对其进行研究要有概念及术语的来源进行研究，不仅要将其理论意义进行完整的讲解，其工程意义角度也需要进行透彻的讲解，为此实际的解决方式可以设置专业的讨论课程来强化学生此方面的能力[8]。

而在分析过程方面的教学重点应当落实在电机分析方面，使用具体有效的分析方式及相关的公式完成分析，此部分的内容当中可以不对数据计算做出特别的要求，使学生能够在繁重的数学公式当中脱离出来，将学习的重点放在分析思路当中。而在长期的教学经验当中能够发现大部分学生的学习都由于理论内容而产生了一定的固定模式，其更多的是使用大量的时间来进行公式稳定演算，这在电机学的学习当中是一个误区，尤其是在电机学学习的过程当中更是错误的。为了摆脱此误区所造成的影响可以在教学策略上对其进行积极地引导，甚至在电机学考试时可以在题目上变得更加灵活，但是使用开卷考试的方式对学生进行考察[9]。

4.3 特性分析及其他问题解决方法

最后特性分析及其他问题的解决方法上，在特性方面该部分内容的学习是需要落实在特性曲线方面的，而在电机学教材当中其会对各项特性曲线的内容进行详尽的介绍，但是其理论推导会使得工程意义存在的价值受到相当的影响，在此之后的学习会出现更大的难度，为此在前期的理论教学过程当中可以对特性曲线理论方面的内容有所忽略，例如在进行空载试验的过程当中要对其进行具体的电路分析，详情见下图1。

图1 空载试验电路分析图

而在其他方面的问题上容易出现问题的环节则是例如参数的测定、短路试验及并联运行试验的进行，这些问题都是客观存在的工程问题，其重点应当落实在如何对试验平台进行搭建且使用正确的方式完成实验并合理地测量出对应的参数，为此其在理论教学的过程当中教师可以对相关方面的内容进行忽略，而在此后的实践教学环节来重点讲解[10]。

5 结论

通过本文的论述能够发现由工业工程问题向外进行电机学相关的教学方式研究能够使得其研究内容更加有迹可寻，同时希望通过本文的内容能够相关专业的教务人员提供一定的参照性，教育工作不再仅仅依靠教材完成而是能够在教材内容当中完成重点知识内容的提炼，以此根据工程问题完成教学框架的搭建，使学生能够更好地完成电机学学习。本文已经就此完成了难点的分析，同时提出了对应的解决方法，但是其内容更是希望能够起到抛砖引玉的作用，为后续的研究提供一定的参考。