电机课程设计总结范文

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一、背景

国内的工科教育先后经历了20世纪50年代的“技术范式”、20世纪80年代的“科学范式”以及20世纪90年代的“工程范式”。2006年我国启动工程教育专业认证，对工程技术人才培养模式提出了更高的要求。中国工程教育认证协会于2012年7月重新修订了《工程教育专业认证标准》，其认证的通用标准以“学生”为中心，强调达成度过程评价和持续改进[1]。2017年2月，教育部高等教育司了《关于开展新工科研究与实践的通知》，明确指出新工科项目的开展与实施应当围绕工程教育改革的新理念、新结构、新模式、新质量和新体系进行[2][3]。同时，电气化是20世纪最伟大的工程成就；进入21世纪后，电气化向更宽更深发展，并且直接面向智能制造。电机调速与控制[4][5]是电气工程及其自动化的专业课，掌握各种类型电机的调速原理，对学生毕业参与机器人、数字机床等智能制造领域工作有极大的帮助。加强实践环节是工程教育认证的迫切要求，没有实践的理论是苍白无力的，同时也难以被学生深刻掌握。电机调速与控制课程对应的课程设计可以帮助学生将所学的理论知识用于实际的工程活动中。华侨大学电气工程及其自动化专业已于2019年通过工程教育认证受理，在此之前便以工程教育认证为指导思想，对电机调速与控制课程设计进行了改革探索，旨在增强所培养学生解决复杂工程问题的能力。

二、现有课程设计存在的问题

电机调速与控制课程设计是电气工程专业的一门重要实践课，可以加深学生对课程基础知识的理解，同时也能提高学生运用知识和实践的能力。而传统的课程设计教学方式如下：在两周内布置课题任务，给定目标电机参数，学生通过MATLAB仿真软件，设计其闭环控制方式与整定环路参数。这种教学方式的弊端在于：（1）教学与学生实施安排过于集中：此前的课程设计一般安排在理论课程知识教授结束后的两周内完成，学生尚未对理论知识充分理解，并且短时间内难以建立与工程的联系，实施的效果不佳。（2）课程设计题目固化：此前课程设计一般由电机调速与控制原理教材上的例题改编，设计题目较为固定，或者只对其中的电机参数、控制结构简单改动，学生的设计一般可以参考往年学生留下的模板，甚至有照搬现象。因此在设计过程中，学生并没有真正理解电机控制原理，从而导致课程设计流于形式，无法达到考查的目的。（3）课程设计使用的设计工具单一：在电机调速与控制的课程设计中，虽然借助了计算机辅助仿真软件MATLAB，但是单一的设计工具限定了学生发挥的空间；并且在将来学生走向科研、工作岗位后，使用的开发工具可能有所不同。（4）课程设计脱离工程实际：此前的课程设计先通过理论计算进行电机控制系统的参数计算，并在MATLAB仿真软件上进行模型验证。学生完成课程设计后仍无法理解实际工程中的电机调速系统是何种形式，其控制系统载体以及软件实现又是什么样的，因此并没有真正打通理论和工程实践这条通路。（5）课程设计缺乏交叉融合：众所周知，电气工程是一门交叉融合的综合性学科，电路、模拟电子、数字电子、电力电子此电类课程是本专业的基础课程，电机调速与控制是在此类课程基础上的专业应用型课程。但是配套的课程设计并没有真正实现电类课程的融合，学生在课程设计实施完后，并不能很好地掌握如电子元器件的使用、电力电子拓扑的选取等内容。针对上述问题，为了适应工程教育认证以及新工科学科建设要求，加强学生理论知识和实践能力的联系，以及提高其解决复杂工程问题的能力，笔者提出了一些措施对电机调速与课程设计的教学进行改革。

三、教学改进措施

（一）教学组织的改革

传统的电机调速与控制课程设计实施安排过于集中，且与日常教学相脱节，学生在学习理论知识后不能马上通过实践巩固，不能较好地达到课程设计应有的效果[6]。针对该问题，将课程设计实践环节按照工程项目管理中的任务目标分解的方式，结合到理论课程的教学工作中。在学期开始时即布置总体设计任务，并且在理论课程各个章节讲授中布置分解任务，如讲授绪论，可让学生开展关于目前工业应用的电机及其驱动器的调研，了解关于驱动器拓扑及功率器件型号、控制板和驱动板的器件选型等方面内容；在较宽裕的学期安排中，可提前布置学生熟悉相关的仿真软件以及电路设计软件；在讲授第三章关于转速电流双反馈电机调速系统时，布置的作业可与学生要开展的设计题目结合，学生在理论课程学习时可完成参数计算，减轻之后的设计工作量。通过这种以学生学习为中心全周期的工程实践培养模式，既加深了学生对理论知识与课程设计实践的关联性，同时也使得整个课程设计开展在相对轻松的氛围下进行。

（二）课程设计题目的改革

在课程设计题目的改革方面，经过高校教师、企业专家共同参与的培养方案修订研讨会，将课程设计名称变更为基于电路设计软件的电机控制系统课程设计，并以学生发展为中心，设计具有挑战性的教学目标和教学内容，使实践教学内容与时俱进。课程设计的目标为中小型直流、交流电机控制系统设计驱动电路，通过设计掌握中小型电机驱动方法及电路设计软件的使用。在课程设计的目标对象电机上，与实际工程应用更加贴合，选取了工业制造应用的实际电机参数。要求学生根据电机的工作原理，分析电机驱动的基本形式，完成驱动电路的方案设计，主要包括：主电路拓扑、直流母线电压等级、整流电路、滤波电路、斩波电路、电流检测电路、转速/位置检测电路等，并利用辅助设计软件绘制驱动电路原理图、布板，撰写设计总结报告。报告内容主要包括：设计目的与要求、系统技术指标或设计要求、系统控制方案、器件选型、硬件工作原理及有关参数计算、主要参考资料及心得体会。差异化的课程设计题目，既可以让学生形成分组讨论，又不容易陷入固有模式。

（三）开发性的设计工具

此前的课程设计使用单一的设计软件，原因是课程设计题目和教学内容的局限性。由于改革了教学目标和内容，学生在课程设计实施过程中可使用多种工具，如参数计算与模型仿真时可使用MATLAB，硬件电路原理设计与布板布线时可使用AltiumDesigner、Protel、KiCad等，在虚拟仿真时可使用Protues，在控制软件设计时可使用Keil、CCS等不同处理器平台的开发环境。这种开发的方式，不强制学生使用何种工具进行开发，可以激发学生探索的热情，开展自主性深度学习，并投身到更具挑战性的工程实践中。

（四）与工程实践接轨

课程设计的改革在专业基础上，结合新工科发展趋势，注重学科交叉和综合性；在理论学习基础上，加强学生动手方面的训练，增强学生工程、成本和项目管理意识，提高学生解决复杂工程问题的能力。例如，通过课程设计期望学生掌握电机调速系统的功能需求、标准、电路设计与器件选型以及控制算法仿真和软件编写；并熟悉项目开发的一般流程、工程文档的编制。课程设计不仅可以增强学生的动手能力，也在一定程度上增加了学生的行业认知，毕业后可更快地投入工作中。

（五）注重专业融合

课程设计的改革，更加注重专业内的融合[7]。如在电机调速系统拓扑的设计上结合了电力电子技术课程中的PWM变换器与逆变器部分；在硬件设计上结合了模拟电子线路与电路；在数字化控制技术方面，对于微处理的应用结合了数字电路与单片机应用技术；在电机控制软件的实现上，结合了自动控制理论内容。通过一个完整的实践训练，学生能更加理解专业内课程的联系以及其应用场合，并且能够以学习效果为中心，进行有效检验与实施，并形成性教学评价。

四、实施效果

本课程设计从教学组织形式、教学目标、教学内容等方面进行了改革，并从2018—2019学年起在电气工程及其自动化专业2016级两个班进行了试点，至今已开展实施2年，学生的评教有显著提高，相应的理论课程的学习效果也有所提高，学生的动手与工程能力也明显提升，学生去往相应的工作单位已初步具备行业认知，可以更快融入工作。图1、图2为学生开展课程设计提交的PCB设计图与硬件设计原理图。

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中国分类法：G423

1 引言

根据我国的国情，高职高专的课程改革势在必行，这样才能比较有效的提高高职高专学生的动手能力，这也是改革的最终目的。对汽车类的高职学生来说，对其动手能力的要求更高，这就要求课程改革一定要到位，能够达到提高学生动手能力的最佳效果。下面就以汽车类高职高专的一门核心课程――汽车电器设备检修的一个任务单元――汽车交流发电机的检修为例介绍基于工作过程的课程改革的设计方法。

2 学习情境与任务单元的设计

将汽车电器设备检修这门课程设计八个学习情境，分别为：蓄电池的检修；交流发电机的检修；起动机的检修；点火系的检修；照明与信号系统的检修；仪表与报警系统的检修；安全与舒适系统的检修；空调系统的检修。每个学习情境又下分几个任务单元，比如交流发电机的检修这个学习情境，分为如下的5个任务单元：转子总成的检修、定子总成的检修；整流器的检修；电刷组件的检修；带轮与风扇的检修。

3 课程的实施过程

3.1 案例导入

实际的案例的导入，充电指示灯常亮的原因是什么？经过分析，最可能的原因是交流发电机出现了故障，就需要对交流发电机进行相应的故障诊断。因此我们要进入第二步教学的实施过程――相关知识的学习。

3.2 相关知识的学习

交流发电机的总体结构，由下列部件组成：转子总成、定子总成、整流器、电刷组件、带轮与风扇，各个部件的作用如何。

交流发电机的工作过程：磁场的产生、整流过程、励磁过程。

这部分的学习主要是通过教师的讲解来完成，教师可以借助现代化的教具，比如多媒体来完成这部分的教学工作。

3.3 示范教学

教师通过实物示范描述交流发电机的工作过程并拆装各组成部件，之后示范交流发电机的故障诊断的方法。下面简单介绍一下交流发电机的故障诊断方法。

3.4 小组实施

学生分组讨论、分析、总结，教师跟踪释疑。学生首先对交流发电机进行拆装操作，在拆装过程中，使学生掌握各个组成部件之间的位置关系，同时进一步掌握各个组成部件的作用。然后再进行故障的诊断，要求学生能够正确使用故障诊断的工具，也能够根据所测得的结果判断出交流发电机具体出现什么样的故障或者是正常的。同时学生在实施过程中要相应完成任务工单。

3.5 师生点评

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三相异步电动机的结构是维修电工必须要掌握的基础性课题，同时也是进行电动机维修工作的前提知识。为了使学生取得良好的学习效果，需要教师进行精心设计和安排，并通过进行严格规范、循序渐进而又突出重难点的系统讲解和练习来实现。本人设计本课题主要依据一体化教学理念开展教学，把学习的主动权交给学生，教师在教学过程中起主导作用，突出学生的主体性，让学生自己去发现探索，这样更能激起学生学习的兴趣和主动性了，把该课的教学目标由单一的获取知识转变为对学生知识、能力、创新的培养。

一个完整的单元设计，必须包括课程设计和课程设计反思，二者相辅相成，缺一不可。

一、课程设计

课程设计要体现一体化课程体系改革思路，强调学生的主导作用，把理论与实践相结合起来，发挥学生的主观能动性，先动手体验，找出问题，到解决问题的学习步骤，同时强调学生们通力合作和良好的敬业精神，把核心能力融入教学过程中。对学生的成长起着关键性的作用。

（一）新课引入

1.老师从机电专业教学计划要求、今后工作的要求等方面来阐述三相异步电动机的重要性，为此我们必须学习好它。

2.播放有关三相异步电机的ppt幻灯片，让同学观看电动机在生活、生产中的一些应用，在思想上觉得电动机的应用非常广泛，我们要努力学习好它。

（二）下达任务书，并说明学习方式

1.你都见过哪些不同类型的三相异步电动机，三相异步电动机如何分类？

2.三相异步电动机结构上由哪些部分组成，各部分的作用、所用材料、具体形式如何？

（三）小组活动

1.将全班分成六个活动小组，每小组选出组长、记录员（分小组时要将具有不同学习特点的同学、不同学习层面上的同学合理搭配）。

2.老师下达任务书，同学以小组为单位展开活动，老师也可参与其中某组。

首先在小组长的负责下，将老师所下达的任务进行分解。然后同学自己进行资料搜集、阅读教材、查证等工作。最后在小组内讨论，将不同成员的活动结果进行汇总，形成小组活动结论。

3.在此过程中老师也可给同学提供一些相关的学习资料、也可播放相关多媒体等，同学也可随时咨询老师相关问题。小组活动成果可以用文字、表格、插图等形式来展示。

（四）活动成果展评

1.组由一名中心发言人进行发言，展示本组活动成果，组内各其他成员随时进行补充（每小组时间控制在3min）。

2.班同学发言，就该组的发言展开讨论。

3.师点评，就每组同学的活动成果指出其中的优点与不足，并提出改进的意见。

4.全班同学形成统一的结论，形成共识，本节教学基本完成。

（五）小结本节

二、课程设计反思

检测课程设计的成败，关键是要进行及时的教学反思，把设计过程中存在的问题，做针对性的总结，促使课程设计更加合理。

本人运用的是“以学生为主体”的教学思维。一切从学生出发，让学生成为技能知识的“探索者”，难点问题的“攻破者”，使学生真正的自主学习，成为学习的主人。实践证明，这样的教学环境下，课堂是生动的，学生非常愿意接受。在今后的教学实践中，本人会把它作为永远不变的中心原则，让课堂真正成为学生展示自我价值的舞台。然而，这样的教学方法还存在着不足，即没能兼顾到学生学习能力高低的差异，这也是一体化教学方法普遍需要面对的一个难题。学生完成任务所用时间不一，他们的这种差异是由主客观原因造成的，光靠教师一人的力量难以面面俱到。在课堂中，对于很快完成任务的学生，教师应该及时给他们安排一些新任务，如对任务进行检查完善，也可以让他们依着自己的兴趣或疑惑继续进行与任务相关的深入的探究。当然，还可以请他们作为教师的助手，去帮助学有困难的同学。这样学得较慢的学生也能得到更多的帮助。

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作者简介：钟国梁（1976-），男，江西赣州人，江西理工大学应用科学学院，讲师；卢帆兴（1965-），男，江西赣州人，江西理工大学应用科学学院，副教授。（江西 赣州 341000）

基金项目：本文系江西理工大学应用科学学院质量工程（项目编号：HXK201105）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）13-0063-02

“电机与拖动基础”是一门讲授电机工作的原理与特性以及如何利用电动机作为原动机来拖动生产机械按要求进行运动的课程，是自动化专业及相关电类专业课程体系中一门重要的专业基础课。[1，2]该课程以“电路”、“大学物理”为先修课程，同时开设的课程有“自动控制原理”、“电力电子”，后续课程有“电力拖动自动控制系统”等相关课程。该课程涉及多课程、多专业的交叉融合，内容丰富，专业性强。

一、课题的背景

随着我国高等教育的发展，各高校都面临不同程度的机遇和挑战，当前反映较为普遍的是“学生学习的自觉性下降”、“大班上专业课问题多”、“教师年轻没有实践经验”等。基于上述原因，江西理工大学应用科学学院确立了“质量工程”项目，对一些优势专业及其相关的核心课程立项资助，目的在于发展专业、培养教师、提高教学质量。

“电机与拖动基础”课程的授课内容是由原来的“电机学”和“电机拖动”两门课组成，[3]授课内容多，在授课过程中一些较为抽象的概念（如：“磁路”、“磁动势”、“电磁感应”）贯穿其中，大大加深了授课的难度。[4]同时，该课程具有很强的实践性，实践性教学环节有“电机与拖动基础实验”、“电力拖动自动控制系统综合课程设计”、“电力工程综合课程设计”、“毕业设计”等。

二、教学观念的改变

传统的教学中，教师是“主角”，学生是“配角”，学生围绕老师转。实践表明这种教学理念在本课程教学过程中往往会导致教师教得很累、学生不愿听，教学效果不好。在前辈老师的指点下，该课程的教学理念转变为“学生是主体、老师重引导、师生要互动、兴趣靠培养、功夫在课外”，并把该理念贯穿于大纲的制订、课件的制作、教案的设计、教学日历的安排、实验内容的选择与设计、教学实践、考核与评价等整个教学过程。

对于本课程的第一次课，主要介绍电机的分类知识。教师依据教材的内容将电机大概归类，如图1所示。由于学生首次接触“电机与拖动基础”这门课，对“电机”的概念还是处于模糊的状态。为激发同学们的学习兴趣，配合后续内容的教学，可以借助多媒体播放一些电机的图片，如大型发电机组、各类加工机床、风机、水泵、提升机等。看完图片后问问同学们平时都接触过哪些电机，试着对照图1给这些电机归类。这时大多数同学都只能说出几种平时常用的电机，归类还是很困难的。这时老师不要急于把答案告诉同学们，而是引出“电机铭牌”的概念，布置作业叫同学们把自己接触过的电机铭牌记下来，并试着看懂电机铭牌。

三、课堂教学改革与实践

课程选用的教材为林瑞光主编的《电机与拖动基础》（浙江大学出版社第3版）教材。该教材与我院的浙江大学求是公司的电机与拖动实验装置配套。

1.授课安排调整

该课程目前理论教学的安排是62学时。根据实际教学经验，调整如下：

（1）结合工科学生培养“工程计算”能力的要求以及新概念的理解与灵活运用，新增了2次习题课（共4学时）教学安排，分别安排在教材第2章《直流电机的电力拖动》和第5章《三相感应电动机的电力拖动》之后。其形式是老师布置习题，学生课堂解答，两名同学在黑板上作答，最后老师进行讲解。习题课的关键在于老师布置的习题要典型，并方便对比分析，这样才能收到好的效果。例如，出两道分别关于“电压反接制动”与“电动势反接制动”的题目，同学们通过分析、计算、对比就很容易得出两者的运行条件及特点。通过一定量的“相量计算”及“定转子折算”可以提高同学们使用计算工具及数据处理的能力并培养分析、设计能力。

（2）为配合“电力拖动综合课程设计”及“电力工程综合课程设计”实践性教学环节的需要，在教材第8章《电动机容量的选择》新增了1次（2学时）教学安排，主要介绍“电动机工作制”的概念、电动机容量选择、电动机供配电系统计算等知识点。

（3）一些相对较简单或在“物理”、“电路”中已经学过的内容（如：“直流电动机基本工作原理”、“变压器的基本工作原理”）依据实际情况就没有必要再作重点、重复讲解。对一些前后关联不是很强的知识点（如“直流电机的换向”）则属于了解性的内容，从以上方面可减少1次（2学时）教学安排。

（4）该课程中直流电机与感应电机的“机械特性”和“四象限运行”、变压器与感应电机的“等值电路”和“相量分析”、交流绕组的“电动势”和“磁动势”可以挖掘出一些共性的知识点进行对比讲解，这样在把重点知识点讲深、讲透的同时又能提高授课的效率。

（5）对于“电机绕组”、“旋转磁场”、“电机谐波分析”方面的知识点可放在实验室来讲，借助实物和相关的实验设备（磁通观测器、示波器、电机谐波分析仪）可大大降低课堂教学的难度。

2.授课形式的改革

以往用粉笔板书的授课形式已经很难在年轻教师中继承和发展了，借助多媒体教学已经成了教学发展的趋势。但是，该课程的多媒体教学往往会导致同学们上课注意力不集中，有时很难把握重点。该课程有几百个公式，如果将重点公式写在黑板上就能加深学生的印象，例如：

（1）

该公式及其变形公式所体现的电磁关系在本课程中的“电磁定律”、“变压器”、“感应电机”等章节中反复出现，注意把它写在黑板上进行简单的推导讲解，能够起到加深理解、突出重点的作用。

四、实验的教学改革与实践

课程安排了8个实验（共16学时），作了如下教学调整：

第一，要求同学们实验前要对照实验指导书写预习报告，把实验的目的、要求、方法在做实验前先搞清楚，保证实验效果。

第二，在实验内容的设计上减少了验证性实验的比重，增加了综合设计方面的内容。例如：在做直流他励电动机机械特性实验时，要求同学们依据实验的要求自己分析并选择适当的电阻器件。这些电阻器件的阻值要同学们自己计算并通过现有的电阻进行串并联来实现。实验内容及要求见表1。

表1 实验课内容及要求

序号 题目 目的要求

1 认识实验 学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项，认识所用的实验台，掌握交、直流仪表、电源及变阻器的使用方法，熟悉交、直流电机的接线、启动、正反转，了解电机的调速方法

2 直流并励电动机 掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性，熟悉直流并励电动机的调速方法

3 直流他励电动机机械特性 熟悉直流电动机在回馈制动、电动势反接制动、能耗制动状态时的机械特性

4 单、三相变压器 掌握空载和短路实验测定单、三相变压器的变比和参数，掌握通过负载实验，测取单、三相变压器的运行特性

5 三相鼠笼异步电动机的工作特性 掌握三相鼠笼异步电机的空载、堵转和负载试验的方法，熟悉三相鼠笼异步电动机的参数及工作特性

6 三相电动机的起动与调速 掌握鼠笼异步电动机电动机的直接起动、星形——三角形（Y-）换接起动、自耦变压器起动。掌握绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动、调速

7 异步电机的M-S曲线测绘 掌握用教学实验台的测功机转速闭环功能测绘鼠笼式异步电机、绕线式异步电动机的转矩～转差曲线，并加以比较

8 三相同步电动机 掌握三相同步电动机的异步起动方法，熟悉三相同步电动机的V形曲线、三相同步电动机的工作特性

五、考核与评价

考核与评价按综合成绩=70%（考试成绩）+20%（实验成绩）+10%（平时成绩）进行计算。考试采用闭卷考试（2个学时），偏重基础，强调工程计算（考试可以用计算器）。实验考核的是同学们的动手能力及实验报告数据处理能力，平时成绩主要体现在课堂提问、习题作业、思考及预习等方面。

六、教学效果及总结与展望

1.教学效果

同学们的学习兴趣有所提高，一定程度上消除了畏难心理及应付考试心理，将他们的注意力引向平时的学习过程。相关课程及实践环节的教学也得以顺利开展，同学们对该课程与自己所学专业的其他课程的关系更为明确，专业基础更加扎实。

2.课题总结与展望

在本课题组的共同努力下历经三年完成了教学大纲、考试大纲、实验大纲的修订，制作了多媒体课件，编写了电子教案，整理更新了试题库等相关工作。后续将从实践基地、师资队伍、教材建设、实验设备方面入手，配合专业发展的需求，将本课程的建设推向一个新的高度。

参考文献：

[1]林瑞光.电机与拖动基础[M].第3版.杭州：浙江大学出版社，

2011.

[2]李海发.电机与拖动基础[M].第3版.北京：清华大学出版社，