多媒體技術在“電機學”教學中的應用多媒體技術在“電機學〞教學中的應用

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A文章編號：1007-0079〔2022〕36-0109-02

隨著社會的開展，理論和實踐并重的教學理念越來越被各界重視，以培養(yǎng)應用型科技創(chuàng)新人才為教學導向的獨立學院更是注重學生實踐能力的培養(yǎng)，而教師如何轉(zhuǎn)變教育觀念、提高教學能力就變得刻不容緩。本文以“電機學〞課程為例，對教學中多媒體技術的應用進行了深入探索。

“電機學〞課程是電氣項目及自動化專業(yè)一門重要的專業(yè)根底課，具有較強的理論性和實踐性。其中復雜的結構和抽象的電磁場關系往往讓學生學起來無所適從，尤其是對于三本類學生來說，如何讓學生在少學時、內(nèi)容多、實驗資源欠缺的情況下，很好地學習并吸收電機學的精華知識是教師面臨的一大問題。三本類學生往往理論根底不夠扎實，面對這么一門抽象的課程要么不知所云，要么無從下手，最終導致學生偃旗息鼓，興趣全無。傳統(tǒng)的板書式教學辦法更是讓課堂氛圍沉悶，學生學起來索然無味，教學效果很不理想[1-2]。

隨著多媒體技術的應用和開展，這一問題得到了很大改善，大量結構圖片、動畫的介入使得學生學習起來從不知所云變得游刃有余。但是，如何恰到好處的使用多媒體技術是我們每一位老師值得深思的問題。文中作者根據(jù)多年的教學實踐經(jīng)驗，對電機學教學規(guī)律作出了大量深入研究，對如何很好的利用SolidWorks、AutoCAD、VB等輔助工具在電機學多媒體課件制作中的應用作出了進一步探討。

一、基于SOLIDWOKS的電機三維模型構造

電機的結構空間概念較強，理解時需要學生具備豐盛的空間想象力，而電機的結構模型是學生在學習電機時的根底，如何讓學生能在有限的學時內(nèi)掌握各類電機的根本結構是教學的首要問題。目前，教學過程中通常采用的辦法有：引入多媒體技術，借助大量結構圖片和視頻進行課堂教學，使學生通過圖片，建立一個空間立體模型；或者進行實物教學，帶著學生到電機、變壓器廠實地參觀；或者在實驗室對電機進行拆裝等，幫忙學生對電機有一個形象立體的認識。但同時也存在很多問題，首先，實際電機內(nèi)部結構比擬復雜，學生在察看圖片或?qū)嵨飼r一般不容易抓住重點；其次，針對目前大多三本類院校存在少學時、專業(yè)學生人數(shù)多、控制教學本錢等問題，實地參觀和電機實物拆解學習都很難實現(xiàn)。

針對上述問題，作者利用SolidWorks三維軟件構造出電機的三維實體模型以輔助〔仿真〕電機的結構教學使用，使得上述諸多問題迎刃而解。同時，借助SolidWorks軟件把電機結構的三維模型制作好后，在SolidWorks環(huán)境下，可直接進行縮放、三維察看，還能直接使用三維實體零件進行仿真裝配、著色、部分隱藏和剖面等操作，并動態(tài)地察看可運動零部件〔如電機轉(zhuǎn)子〕的運動情況等。同時，為方便課堂教學，也可利用屏幕錄制程序，制作成FLASH放置到PPT頁面上。示例，在介紹直流電機的根本結構時，如果單純地告訴學生直流電機由定子、轉(zhuǎn)子、電刷、換向器等組成，學生會覺得比擬抽象，難以理解，假設借助SolidWorks軟件繪制出三維的直流電機結構，如圖1所示，為直流電機鼓形繞組、電刷和換向器結構三維模型示意圖，該模型對電機定子和轉(zhuǎn)子均做簡化處理，放大電刷和換向器，突出重點，使學生在學習過程中能較好理解電機根本構成、單疊繞組連接原理、換向器與繞組的連接關系、電刷和換向器的關系等，對學生學習掌握“轉(zhuǎn)子繞組首尾相連構成一個閉合回路；電刷把電樞繞組平分為兩對支路；電樞在轉(zhuǎn)動時，每個支路中導體不停發(fā)生變化，但每個支路中〔磁極下〕導體電流方向不變〞等直流電機根本原理起到積極作用。這樣，教學時就可以突出重點、有的放矢，極大地提高教學質(zhì)量。

另一方面，為了進一步加深理解電機的內(nèi)部結構，提高學生實踐能力，學生還可以利用SolidWorks三維軟件自己動手繪制電機結構，示例配電變壓器的鐵芯截面常采用多級梯形結構，鐵芯結構如圖2所示，鐵芯直徑這一重要參數(shù)很多同學難以理解，假設學生利用SolidWorks軟件自己動手繪制配電變壓器的鐵芯，那么理解起來就簡單多了。

二、基于AutoLISP的電機旋轉(zhuǎn)磁場動畫模型

學習交流電機時，需要重點分析氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與定轉(zhuǎn)子繞組的電磁感應作用。氣隙旋轉(zhuǎn)磁場是根底，對氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的能否正確理解是掌握交流電機機電能量轉(zhuǎn)換的關鍵。氣隙旋轉(zhuǎn)磁動勢或磁場是“一個正弦分布、以同步轉(zhuǎn)速向前推移的正向恒幅旋轉(zhuǎn)磁動勢或磁場〞，旋轉(zhuǎn)磁場比擬抽象，尤其對于初學者來說，假設不借助一定伎倆，很難在短時間內(nèi)建立起旋轉(zhuǎn)磁場的完整概念。正弦分布的恒幅旋轉(zhuǎn)磁場一般使用連續(xù)的圖形描述進而形成FLASH文件，但都存在操作復雜等缺點[3]，這里介紹一種全新簡易的利用AutoCAD繪圖軟件開發(fā)電機旋轉(zhuǎn)磁場的辦法。

AutoCAD是一款得到廣泛應用的二維繪圖軟件，可繪制復雜的項目圖，AutoCAD內(nèi)嵌AutoLISP高級開發(fā)語言，編制AutoLISP圖形控制程序，可對AutoCAD繪圖環(huán)境及圖形進行各種操作。這里以籠型感應電機為例，利用AutoLISP建立電機旋轉(zhuǎn)磁場。建立過程如下：新建一個CAD圖，手工設置三個圖層，分別在三個圖層上繪制異步電動機定子、轉(zhuǎn)子和正弦旋轉(zhuǎn)磁場圖，可把線條定義為多義線，并設定線寬和顏色以提高顯示效果〔如圖3示〕。然后新建一個AutoLISP文件〔.lsp〕，利用AutoLISP函數(shù)語言編制圖形控制程序，主要用到下列函數(shù)和命令。

command：AutoLISP函數(shù)，可直接調(diào)用AutoCAD的命令，進行圖形控制操作；ssget：AutoLISP的實體訪問函數(shù)，可手工建立選擇集并命名；

layer：AutoCAD圖層命令，可進行圖層操作，這里主要是關閉和翻開相關圖層；

rotate：AutoCAD圖形編輯命令，可對某個選擇集中的圖形對象進行旋轉(zhuǎn)操作；

while：AutoLISP循環(huán)結構函數(shù)。

程序開始，利用layer圖層命令依次只翻開定子、轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場對應的圖層，關閉不需要的圖層，以方便復雜圖形下的圖形選擇。然后利用ssget函數(shù)手工建立三個選擇集并命名。編制循環(huán)結構，利用rotate命令對旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子對應圖形進行小角度旋轉(zhuǎn)，控制轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度略低于旋轉(zhuǎn)磁場。為降低旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，可編制并調(diào)用延時函數(shù)。在AutoCAD環(huán)境下加載并運行程序，即可到達預期效果。同樣，該操作也可利用屏幕錄制程序，制作成FLASH放置到PPT頁面上。

三、基于VB的電機學互動課件制作

互動式教學能及時反應教學效果，教師根據(jù)教學反應實時調(diào)整教學策略，是廣闊教師最常見的教學辦法。隨著多媒體技術的廣泛開展，如何能制作出高水平的互動式教學課件是我們每一位教師值得思考的問題，互動式課件要具有很強的可操作性、啟發(fā)性和趣味性，對課件制作提出了更高的要求。

作者根據(jù)多年的教學經(jīng)驗，對電機學互動課件的制作做了大量的深入研究，對電機學的教學難點和重點局部利用VB及VB.net開發(fā)出了功能強大的互動式圖形程序[4-5]?，F(xiàn)以利用VB開發(fā)三相交流繞組的旋轉(zhuǎn)磁動勢動態(tài)程序為例，制作過程如下：新建一個EXE文件并設計窗體，放置一些直線控件、SHAPE控件及滾動條等。在程序中，繪制三相電流波形及利用直線控件對時間進行標記，利用SHAPE控件制作定子及轉(zhuǎn)子圖形，電流方向分別用“+〞和“《〞區(qū)別，電流大小用“+〞和“《〞的大小進行標示，利用SHAPE和直線控件制作繞組中三相電流標記。放置一個滾動條對時間點進行控制，當時間變化時，三相繞組中的電流發(fā)生變化，合成磁動勢的方向用直線控件繪制的箭頭標示。編制程序時，根據(jù)滾動條定義的時間，計算三相電流大小及合成磁動勢的方向，并修改電流標記控件和合成磁動勢方向標記組合控件的相關參數(shù)即可。制作完畢后為一可執(zhí)行文件，在PPT上建立鏈接，教學時點擊相應鏈接即可翻開EXE程序，該可執(zhí)行文件不受電腦操作系統(tǒng)、軟件版本等各種因素的干擾，操作簡單、方便快捷。利用VB