王宇

摘要：針對(duì)電氣工程學(xué)科方向電機(jī)領(lǐng)域新技術(shù)的發(fā)展以及新時(shí)期下培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的教學(xué)目標(biāo)，提出“電機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)”課程群系統(tǒng)化、一體化、連續(xù)化教學(xué)理論與模式，從宏觀角度明確“電機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)”課程群各課程的內(nèi)在聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維以及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、解決問(wèn)題的科研能力。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新人才;課程群;科研能力

中圖分類號(hào)：G642.41? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2019）52-0180-02

針對(duì)電氣工程學(xué)科方向電機(jī)領(lǐng)域新技術(shù)的發(fā)展以及新時(shí)期下培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的教學(xué)目標(biāo)，本文提出研究基于創(chuàng)新能力拓展的“電機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)”課程群（《電機(jī)學(xué)》、《功率電子學(xué)》、《現(xiàn)代電機(jī)調(diào)速技術(shù)》、《電氣工程與自動(dòng)化軟件實(shí)訓(xùn)》、《特種電機(jī)》和《電機(jī)控制元件》）的體系化教學(xué)。

一、教學(xué)主要目標(biāo)和重點(diǎn)

1.提出“電機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)”課程群系統(tǒng)化、一體化、連續(xù)化教學(xué)理論與模式，從宏觀角度明確“電機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)”課程群各課程的內(nèi)在聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維以及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、解決問(wèn)題的科研能力，包括《電機(jī)學(xué)》、《功率電子學(xué)》——建立和增強(qiáng)學(xué)生對(duì)電力電子與電力傳動(dòng)學(xué)科的感性認(rèn)識(shí);《特種電機(jī)》和《電機(jī)控制元件》——鞏固已有基礎(chǔ)知識(shí);《現(xiàn)代電機(jī)調(diào)速技術(shù)》、《電力拖動(dòng)》——提高其理論分析能力[1];《電氣工程與自動(dòng)化軟件實(shí)訓(xùn)》——夯實(shí)基礎(chǔ)，提高實(shí)際動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力;《電機(jī)工程實(shí)訓(xùn)平臺(tái)》——結(jié)合在研基礎(chǔ)研究項(xiàng)目和自己的研究興趣，安排相關(guān)課題：具有一定的前沿性（重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用前景）;具有一定的探索性;具有一定的系統(tǒng)性;有利于發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力。

2.在“1.”）的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生在掌握具體創(chuàng)新實(shí)例的基礎(chǔ)上，通過(guò)仿真軟件進(jìn)行原理實(shí)現(xiàn)，再進(jìn)行初步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的同時(shí)，加深對(duì)創(chuàng)新思維“類比、融合、提高”分析方法的感性認(rèn)識(shí)。

解決的主要問(wèn)題如下：（1）解決“專業(yè)課”、“實(shí)訓(xùn)課”、“創(chuàng)新實(shí)踐課”、“專業(yè)選修課”、“創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)”之間的脫鉤問(wèn)題，切實(shí)提高教師的系統(tǒng)化教學(xué)能力[2]。例如，學(xué)生在“專業(yè)課”中學(xué)習(xí)了“交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)”，但不知其物理本質(zhì);學(xué)生在“創(chuàng)新實(shí)踐課”了解了“矢量控制”的創(chuàng)新思路，但不知如何實(shí)現(xiàn)，沒(méi)有感性認(rèn)識(shí);學(xué)生在“實(shí)訓(xùn)課”中學(xué)會(huì)了Matlab軟件，但只會(huì)課上例程，雖學(xué)會(huì)改軟件卻一直無(wú)主動(dòng)使用的機(jī)會(huì)。本項(xiàng)目提出的“電力電子”與“電機(jī)控制”創(chuàng)新思維的“類比、融合、提高”分析方法與工程實(shí)踐，就是讓學(xué)生在了解物理本質(zhì)和創(chuàng)新思路的前提下，帶著好奇心和求知欲，利用軟件搭建系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和電氣模型，做到對(duì)軟件的靈活掌握和使用，并為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)做好準(zhǔn)備，最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，有效地解決“專業(yè)課”、“實(shí)訓(xùn)課”、“創(chuàng)新實(shí)踐課”等的脫鉤問(wèn)題，完成本科生到研究生的過(guò)渡。（2）解決學(xué)生在科技創(chuàng)新中既會(huì)“得魚”又會(huì)“漁”的問(wèn)題。例如，電氣工程專業(yè)的本科生在學(xué)習(xí)了一定的專業(yè)課程和參加了一些科技創(chuàng)新活動(dòng)后，對(duì)于“電力電子”領(lǐng)域的“功率校正技術(shù)”和“電機(jī)控制”領(lǐng)域的“矢量控制技術(shù)”有了初步的理解和掌握，但未能掌握其創(chuàng)新本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系，通過(guò)對(duì)學(xué)生講解兩者的相同創(chuàng)新本質(zhì)——“用最小的損耗產(chǎn)生最大的能量或者功率并同時(shí)使得能量或者功率的脈動(dòng)最小”，進(jìn)一步將該本質(zhì)簡(jiǎn)化成一張圖、一個(gè)公式，讓學(xué)生了解共性的創(chuàng)新本質(zhì)，可以為將來(lái)的科研創(chuàng)新和創(chuàng)造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、任務(wù)完成情況、主要改革成果和實(shí)踐效果

要系統(tǒng)地建立“專業(yè)課”、“實(shí)訓(xùn)課”、“創(chuàng)新實(shí)踐課”、“專業(yè)選修課”、“創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)”之間的綜合教學(xué)設(shè)計(jì)理念和聯(lián)系式教學(xué)方法，切實(shí)提高教師的系統(tǒng)化教學(xué)能力[3]。

學(xué)生明白“專業(yè)課”、“實(shí)訓(xùn)課”、“創(chuàng)新實(shí)踐課”、“專業(yè)選修課”、“創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)”之間的內(nèi)在聯(lián)系和邏輯關(guān)系，可以合理地設(shè)計(jì)課程體系，選課和學(xué)習(xí)有的放矢，學(xué)習(xí)興趣大大提高。以每門課為“點(diǎn)”，經(jīng)過(guò)教師的系統(tǒng)化教學(xué)，學(xué)生會(huì)將課程群聯(lián)系成“線”，提升為“面”，融合成“體”，對(duì)學(xué)科前沿有深入的了解，并提出自己的科研創(chuàng)新和創(chuàng)造[4]。

以“新能源汽車電氣系統(tǒng)”為例，其課程群體系化教學(xué)具體方案如下：

學(xué)生學(xué)習(xí)了《電機(jī)學(xué)》、《功率電子學(xué)》專業(yè)課，對(duì)電力電子與電力傳動(dòng)學(xué)科有了一定的感性認(rèn)識(shí);教師會(huì)在《電氣工程與自動(dòng)化軟件實(shí)訓(xùn)》中給出兩個(gè)典型的仿真實(shí)例——“電機(jī)磁鏈積分”和“Buck變換器閉環(huán)控制”，讓學(xué)生利用相關(guān)軟件仿真實(shí)現(xiàn)《電機(jī)學(xué)》中的電機(jī)磁鏈的辨識(shí)以及《功率電子學(xué)》中的變換器電壓收斂、變換器電流的閉環(huán)。

接著，仿真實(shí)現(xiàn)以后，學(xué)生會(huì)直覺(jué)地考慮到具體的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)“電機(jī)磁鏈積分”和“變換器閉環(huán)控制”的硬件實(shí)現(xiàn)，這時(shí)教師會(huì)在《特種電機(jī)》和《電機(jī)控制元件》課程中具體講解特種電機(jī)的原理和電機(jī)控制元件，鞏固已有基礎(chǔ)知識(shí)。

然后，具體電機(jī)控制元件控制不同類型電機(jī)采用什么算法，在《現(xiàn)代電機(jī)調(diào)速技術(shù)》、《電力拖動(dòng)》中詳細(xì)講解，學(xué)生這時(shí)會(huì)明白：（1）《電氣工程與自動(dòng)化軟件實(shí)訓(xùn)》中的“電機(jī)磁鏈積分”是《現(xiàn)代電機(jī)調(diào)速技術(shù)》矢量控制算法反饋環(huán)節(jié)中的必要環(huán)節(jié);（2）《電氣工程與自動(dòng)化軟件實(shí)訓(xùn)》中的“Buck變換器閉環(huán)控制”是《現(xiàn)代電機(jī)調(diào)速技術(shù)》矢量控制算法電流閉環(huán)環(huán)節(jié)中的簡(jiǎn)化。此時(shí)，學(xué)生會(huì)有一種“如釋重負(fù)”的感覺(jué)，半年前學(xué)習(xí)的仿真知識(shí)在這里用上了，提高了理論分析能力。

之后，利用《現(xiàn)代電機(jī)調(diào)速技術(shù)》實(shí)驗(yàn)平臺(tái)讓學(xué)生接觸實(shí)物，編程實(shí)現(xiàn)《現(xiàn)代電機(jī)調(diào)速技術(shù)》矢量控制算法和直接轉(zhuǎn)矩控制算法，提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，并對(duì)理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行反思。至此，學(xué)生本質(zhì)上已經(jīng)掌握了一個(gè)小型的“新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)”的編程和調(diào)試，有了一定的成就感和更強(qiáng)的求知欲。

三、展望

如前所述，在將“電機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)”課程群體系化教學(xué)進(jìn)行推廣和孵化，建立“風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)”、“航空電力系統(tǒng)”等課程群體系化教學(xué)這一橫向舉措之后，縱向上進(jìn)行拔高、歸納和總結(jié)，建立大課程群、大交叉學(xué)科的體系化教學(xué)，如“電氣與自動(dòng)化”課程群體系化教學(xué)、“電氣與電子”課程群體系化教學(xué)、“電氣與力學(xué)”課程群體系化教學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]郝雯娟，任嚴(yán)煒.大學(xué)生創(chuàng)新課程實(shí)例—智能小車平臺(tái)實(shí)現(xiàn)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2018，40（1）：129-133.

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