基本概念在三主式教學中的運用

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一、引言

高等教育是提高國民科學素養的有力環節，在國民經濟建設中發揮著決定性的關鍵作用，這一點已在全世界范圍內達成共識，也受到了日益廣泛的關注。隨著對高等教育重視程度的逐漸加深，教育工作者也從不同的角度提出了很多具有建設性的教學方法和手段，取得了豐碩的成果，有效地改善了高等教育的教學效果，提高了教學質量。當前電工學科眾多的教育教學成果主要集中在教育管理方法和激勵方式的改革，新教學方法和授課方式的討論，或者教學經驗和教學成果的總結等方面，而對于基本概念———特別是電工學科基本概念在教學中重要作用的論述較少。考慮到基本概念在高等教育中具有綱舉目張的作用，結合復雜多變的高教實際情況，以我校應用型大學建設為背景，結合教學實際情況，本文從基本概念出發，圍繞構建“三主式”教學體系的中心思想，以電機學中的基本概念為例，在理論和實驗教學中詳細闡述基本概念在“三主式”教學體系構建中的重要作用，力圖在進一步強化基本概念重要性的同時，實現培養學生對科學本質的探究精神，提高學生的自主創新能力和科學素養的目的。

二、基本概念的深入剖析

基本概念在電氣工程學科中占據著重要地位，對學生理解和掌握教材知識點具有畫龍點睛的影響作用。一般而言，概念形成于人類對客觀事物從感性到理性的認知過程，可以表述為對客觀事物共同特點的抽象概括后的概念式描述，也可泛指為通過對若干事物的特征組合而形成的知識單元。在電氣工程領域中，基本概念多用來對教材中涉及的物理現象或規律的詳細定義或解釋，不僅具有嚴謹的邏輯性和嚴苛的適用性，同時在整個教材中也起到了重要作用。因此，現代高等教育中必須對相關的物理概念予以足夠的重視。為探討基本概念在本文擬構建的“三主式”教學方法中的具體應用，以下將以電機學教學中的鐵損概念為例，對基本概念在“三主式”教學模式中理論和實驗教學的具體應用進行闡述和說明。在電機學教材中的鐵損包括兩個部分，一部分是磁滯損耗，一部分是渦流損耗。磁滯損耗指的是把鐵磁材料放在交變的磁場中，材料被反復磁化，組成鐵磁材料的磁疇相互間不停地摩擦而消耗能量，并以熱量的形式表現出來，造成的損耗稱為磁滯損耗。渦流損耗指的是通過某一導電的鐵磁材料的磁通變化時，將產生感應電動勢，并在該鐵磁材料內部引起旋渦狀流動的電流，成為渦流，渦流在鐵磁材料中產生的損耗稱為渦流損耗。由上述對基本概念的解釋性描述可知，不論是磁滯損耗還是渦流損耗，均以鐵磁材料發熱的形式表現出來，因此，鐵損是一種有功功率。同時磁滯損耗和渦流損耗均是由磁通的變化而產生的，即變化的磁通是導致鐵損的重要原因。通過上述對鐵損概念的細致解釋，進一步澄清了鐵損這一基本概念的物理意義、描述形式及其產生根源，為后文中基本概念在“三主式”教學中的具體應用奠定了理論前提。

三、基本概念在三主式理論教學中的應用討論

“三主式”教學方法的基本思想是“以學生為主體，以教師為主導，以能力培養為主線”的教學模式。為進一步突出以學生為主體，明確以教師為主導的教學模式。同樣以電機學教學為例，在電機學教材的直流電機和異步電機章節中均涉及到功率圖，通過對前述鐵損概念的詳細講解，在異步電機功率圖的講授過程中，通過與直流電機功率圖的對比，讓學生自行討論：為何針對同一鐵損概念，而兩種不同電機功率圖中鐵損出現的順序并不相同。將直流電機和異步電機的功率圖進行綜合對比，通過同學之間的互相討論乃至辯論，不僅可以激發學生獲取知識的自發性和主動性，也能夠提高學生探究到正確結論的自我成就感，即使個別學生思路出現一定偏差，也能夠加深對該問題的記憶，有助于確立學生在“三主式”教學中的主體地位。在學生自行討論的過程中，教師可以在適當的時機提醒學生注意鐵損這一基本概念的定義和解釋，強調產生鐵損的根源在于鐵磁材料中通過交變的磁通，并引導學生思考直流電機和異步電機氣隙磁場的特點，即直流電機的氣隙磁場可認為是基本恒定的，而異步電機的氣隙磁場是旋轉的正向行波，結合著轉子與旋轉磁場的相對轉速差，來啟發學生思路，引導學生對功率圖中鐵磁的差異給出正確解釋———即直流電機的鐵損主要產生在轉動的電樞部分，而異步電機的鐵損主要產生在靜止的定子部分，上述問題是導致二者功率圖中鐵損出現順序不同的主要根源。可見，通過對基本概念的詳細講解，可以進一步鞏固“以學生為主體”的教學目的，同時也能明確“教師為主導”的教學方法，有望實現“以能力培養為主線”的教學目標。

四、基本概念在三主式實驗教學中的應用分析

為進一步說明基本概念在“三主式”實驗教學中的應用情況，仍采用前述電機學教材中的鐵損概念為對象，以電機學中異步電機的空載實驗為例進行闡述。異步電動機的空載實驗是指對異步電動機施加額定電壓和額定頻率，軸上不帶任何負載運行一段時間后，將電源電壓從額定電壓向下調整，直到轉速發生明顯變化時為止，記錄此時的電壓、電流、功率和轉速，并基于所記錄的數據計算異步電動機的鐵損及勵磁參數等數據。為在異步電動機空載實驗中獲取電機鐵損數據，同樣需要在細致探究鐵損概念的基礎上給出。在空載實驗教學中，可直接說明空載損耗包括鐵損、定子繞組銅損和機械損耗。對不同損耗概念進行提問等方式考察學生對損耗的理解，并基于回答情況判斷是否需要對三種損耗進行再次歸納和強調。前述直接給出空載損耗的組成，實際上體現了“教師為主導”教學思想，即教師要引導學生快速進入空載實驗教學的核心環節，以期提高教學效率。而根據抽查的結果來判斷是否需要再次對概念進行總結，則貫徹了“以學生為主體”的教學方法，既利用提問的方式促使學生對基本概念進行主動回想，又為后續的講解提供基礎。然后，根據實驗步驟給出模擬實驗數據所得的曲線，可引導學生基于三種損耗的概念結合所給曲線對空載損耗中的各組成部分進行分析，可知空載損耗減去定子銅耗即為鐵損與機械損耗之和，且鐵損與磁密的平方（電壓平方）成正比，因而將空載損耗扣除定子銅耗后的損耗作為縱坐標，將端電壓的平方作為橫坐標指導學生自行畫圖，即可得到具有一定截距的直線并從機械損耗和鐵損的概念出發，引導學生自行分析截距是否代表機械損耗，截距之上的直線是否為鐵損，同時討論對電機的勵磁參數的求解。該教學過程進一步鞏固“以學生為主體，以教師為主導”的教學手段，也能夠促進學生在解決實際問題時需要遵循符合一般科學規律的方法和手段，采用符合客觀規律的程序規則和技巧思路等方式研究其在理論和實踐中遇到的問題，提高學生利用科學的方法解決實際問題的能力，有助于“以能力培養為主線”的教育目標的實現。

五、結論

針對當前對電氣工程領域教學所涉及的基本概念重視不足的問題，強調了基本概念在實際教學中的重要性，并以“三主式”教學方法為中心，以電機學教學中的鐵損概念為例，對基本概念的應用進行全面剖析，論證了基本概念在理論和實驗教學中對“以學生為主體，以教師為主導，以能力培養為主線”的教學模式的重要促進作用，可為相關的教學改革提供借鑒。

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作者:師楠 朱顯輝 桑林 郭延艷 單位:黑龍江科技大學