【文章內容簡介】 數對短路電流的影響； ⑧對稱分量法、序阻抗、不對稱運行分析。(3)實驗教學方面存在的主要問題(4)實踐教學環(huán)節(jié)所存在的問題2．學習現代認知理論、應用現代教育技術，制訂解決方案（1）電機學難教難學的原因分析 1）知識結構及其基本特點三維、時變及非線性問題，從電機學教學內容所存在的難教難學問題的共同特點來分析，這些內容往往都涉及到以下三個問題：＊電機磁路及繞組的復雜結構及電流和磁場在三維空間的分布； ＊電流和磁場隨時間的變化；＊激磁電流大小與它所建立磁場磁通大小之間的非線性關系。歸納起來，就是電流和磁場的三維、時變與非線性的問題。2）學生的認知特點分析本文檔相關內容參見視頻14 本科學生經過物理、電路及相關數學內容的學習，有以下優(yōu)勢：對基本電磁定律已有較好的掌握；對電氣量隨時間的變化及相關運算一般都比較熟練；對數學公式的推導較內行。但尚有以下不足：對時空交叉的問題知識準備很少，尤其對電機、變壓器中，涉及電流與磁場在三維空間分布及同時隨時間變化的這類問題則從未接觸過；實驗方面在物理及電路中，對靜止電路的實驗接觸較多，但對運動的電氣設備的試驗都幾乎未涉及。3）教學環(huán)節(jié)缺少用以了解電機變壓器基本結構及實際運行知識的實踐環(huán)節(jié)，所以，對書上的結構圖缺乏感性知識，對電流與磁場的時空分布問題就更難理解。4）教育技術傳統(tǒng)教法用粉筆、黑板加少量掛圖表達電流及磁場的空間分布同時隨時間變化這樣的問題十分困難，這是造成“難教”的一個重要原因。在實驗教學方面，所存在的主要問題是，在實驗講義所述原理線路圖中的儀器儀表符號與實際的儀器儀表脫節(jié)，實際儀器儀表設備的內部線路與外部電路聯系不起來，這樣，學生就無法從總體上弄清實驗接線及實驗過程的注意事項，從而造成被動照搬實驗講義的局面。出現上述情況的原因在于，缺乏必要的手段，用以建立原理線路圖中儀器儀表符號與實物之間聯系，以及實物內部線路與外部接線聯系。例如，實驗中晶閘管直流電源，在指示書上只有一個直流電源符號，操作注意事項雖很嚴格，但因學生對內部接線不清楚，往往因盲目操作，忽略注意事項而出錯。（2）電機學機輔教學的實施方案 方案有以下三個基本目標：1）應用多媒體技術，動畫可視化及人機交互，計算機模擬等多項技術，解決典型基本內容方面的難教難學的問題；2）大幅度改革教材內容，緊跟電氣技術發(fā)展步伐，讓學生盡可能多地接觸新的科技成果；3）進一步系統(tǒng)改革教學過程及教學方法，通過該課程教學，全面培養(yǎng)學生的能力和鍛煉素質，尤其是培養(yǎng)創(chuàng)新能力。在本項目中，主要目標是應用現代教育技術，解決電機學教學的問題；同時兼顧教材內容的調整及學生能力的培養(yǎng)。本文檔相關內容參見視頻14 為達此目標，項目組制訂的具體實施方案包括以下內容：1）應用多媒體技術及三維動畫技術，介紹電機的實際結構及簡化模型中磁路及繞組在空間的分布；2）應用計算機模擬技術及可視化技術，直觀形象地表示磁場在空間的分布及隨時間的變化；3）應用人機交互及動畫技術，解決實驗教學方面的種種問題，以便更好地培訓實驗技術方面的能力。4）設計可供學生靈活選擇學習內容及學習進度，方便地檢查學習效果的課件體系，以便盡可能滿足不同特點學生的需求。3．本項目所解決的主要問題本課題在理論教學、實驗教學及實踐環(huán)節(jié)補充這三個方面已解決了包括機輔教學課件從設計、制作的一系列問題，制作了具有特色的電機學機輔教學課件，經過兩年多的應用，已取得明顯的效果。同時，對涉及機輔教學的一些理論問題進行了深入研究，為現代教育技術在電氣工程教學中的進一步推廣應用打下了基礎。（1）在電機學理論教學方面所解決的主要問題 在理論教學方面所解決的主要問題如下：1）根據科技發(fā)展及后續(xù)課程需要重新確定重點內容（詳見第三部分）2）根據學生認知特點創(chuàng)新知識表示方法（詳見第三部分）3）創(chuàng)建多種形態(tài)的三維動畫，根本解決電機變壓器的三維空間電磁量分布的認知問題，構思用三維虛擬動畫讓學生方便地看到內部結構，看到旋轉部份與靜止部份的區(qū)別；三維剖切動畫建立模型電機實際結構圖與簡化平面圖之間的聯系。（2）在實驗教學方面所解決的主要問題 這部份主要是用液晶投影系統(tǒng)介紹以下內容1）線路圖中的儀器儀表、設備的符號與實際儀器儀表及設備的對應； 2）儀器儀表及設備的外部接線柱、接線標志與其內部電路的對應關系。3）實驗室的電源系統(tǒng)及安全保護裝置； 4）實驗操作過程及其注意事項。這套系統(tǒng)既用于實驗開始前的講解部分，也用在實驗過程中供學生查詢。 在實踐教學補充方面解決的主要問題本文檔相關內容參見視頻14 在這一部分主要介紹實際的汽輪發(fā)電機和水輪發(fā)電機的結構及其冷卻系統(tǒng)。在結構部分，應用了多種動畫創(chuàng)意，展示了內部的復雜結構，其中，定轉子內部冷卻回路的結構，即使在現場，也不易看到，不易看清楚，而在本課件中，則借助透明動畫、剖切動畫、局部放大動畫及交互拆裝動畫等動畫可視化技術，將其表示得一目了然。通過實踐補充，不但增加了實踐知識，而且提高了對電機學重要性的認識，提高了學習興趣，促進了理論教學取得更好效果。三、電機學多媒體輔助教學軟件簡介1． 概述電機學多媒體輔助教學課件覆蓋了一般電機學、電機與拖動等教材中的典型重點難點問題。這些問題多涉及到空間結構、電磁量的時空分布以及飽和、諧波等。現以交流電機的脈振磁場和旋轉磁場為例，介紹如何實現對知識結構的描述，如何利用三維動畫及人機交互等技術并適當結合有限元等數值仿真技術，將內涵的知識結構和界面的美感緊密結合。課件具有激發(fā)興趣、易于理解、易于記憶和便于應用這種綜合的效果。電機學或電機與拖動是一門典型的難教、難學的課程。我校從1994年開始，持續(xù)開展電機學多媒體輔助教學的研究，先后開發(fā)了多個版本的電機學課件，同時，還開發(fā)了大型汽輪發(fā)電機和水輪發(fā)電機結構及運行方面的培訓軟件。近年來在課堂教學及實踐環(huán)節(jié)，以及電力系統(tǒng)培訓中投入應用，取得了很好的效果[13]。但是，前幾年基本上限于在校內用于教學和培訓。1992年教指委西安會議給了我們很大的鼓勵。會后，有10余個兄弟院校選用了這個課件。有的兄弟院校在使用后，還給我們提出了寶貴的改進意見。以下結合實例介紹課件的基本內容及其特點，重點介紹如何利用三維動畫及人機交互等技術并適當結合有限元等數值仿真技術，將重點、難點問題化為學生覺得很有興趣、易于理解、易于記憶的問題。2．電機學多媒體課件的主要內容 確定課件內容的依據考慮到多媒體課件的設計制作所需工作量很大，同時，考慮到多媒體課件的應用是在輔助教學的范疇，所以在選擇課件內容時，凡是通過常規(guī)教學方式容易解決的問題，基本都不作為多媒體課件的主要內容。在分析國內多個版本電機學及電機 7本文檔相關內容參見視頻14 與拖動教材的內容，進一步分析電力系統(tǒng)分析、電動機調速控制等后續(xù)課程需求，進而仔細研究不同類型學生認知難點的基礎上，初步選擇內容，根據試用情況，又多次進行了調整。 課件內容所涉及的主要問題當前的課件主要涉及以下幾個方面的問題：①各類電機及變壓器的基本結構及典型繞組結構的動畫模型； ②交、直流電機的3維及2維教學模型及基本工作原理；③交流電機的脈振磁場、旋轉磁場及同步電機電樞反應的動畫可視化； ④交、直流電機電磁力、電磁轉矩產生機理的直觀表示； ⑤異步電動機、直流電動機的工作特性與調速； ⑥磁路基本定律及其飽和、磁滯、渦流問題的直觀表示； ⑦交流電機空間諧波的動畫模擬；⑧基于交互式有限元分析的電機磁場分布的可視化程序。⑨基于交互式動態(tài)分析的電機動態(tài)過程可視化程序。上述每一個方面，通常又包含多個重點、難點問題，而每一個問題往往又包括多個動畫及人機交互界面的設計。所以這里雖然僅僅歸納出8個方面，但每一個方面的具體內容是很多的。例如，上述第一方面關于結構的內容，就包括同步電機、異步電動機以及直流電動機的總體結構以及簡化結構，共計數十幅動畫。圖1~圖3是同步電機結構的典型動畫禎。圖1 同步電機的總體結構動畫模擬本文檔相關內容參見視頻14圖2 同步電機的結構部件圖3 同步電機的主要部件3． 電機學多媒體課件的結構與知識表示 課件的體系為了使用方便，課件內容的編排仍然參考傳統(tǒng)教材的體系，分為磁路和變壓器，交流電機的共同問題，同步電機，異步電機以及直流電機這五大部分。直流電機部分也可以放到前面。 知識結構與知識表示為了使課件具有激發(fā)興趣、易于理解、易于記憶和便于應用這種綜合的效果，在對重點難點問題進行介紹時，特別注意介紹相關的知識結構、知識框架