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“国家精品课程《电机学》及其后续全面建设”
项目建设报告
摘 要
通过对电机学现代教学问题长达十年的持续研究，在电机学的教学理论、教学方法、现代信息技术应用等方面，实现了全面的创新。创建了独具特色的电机学动画模型库，研制了有限元和状态方程求解可视化教学软件，研究开发了多媒体辅助教学软件系统，2005年电机学课程成功申报国家级精品课程，进而围绕教学软件的进一步深化，开放型实验的设计建设、教材建设等项目开展后续全面建设，并取得显著效果。六次在国内外学术会议上（IEEE Fie98、Fie2001等）作专题发言，介绍电机学教改成果，受到广泛欢迎。有关成果对电气工程同类课程的教改有重要促进作用。
一、项目建设简况
1．指导思想和定位
针对电机学课程具有复杂的电磁场理论与实际设备结构及运行紧密结合的特点，综合应用多媒体技术、网络信息技术、创新实验平台设计开发等手段，对本课程从教育——学习——实践——创新的教学全过程进行全面建设，使学生在很好的掌握各类电机的基本工作原理和基本的分析方法的基础上，了解电气工程相关实际应用及科研创新成果与本课程比较具体的联系，引导有能力的学生及早参加相关的科研活动，培养科技创新的兴趣和能力。 2．项目建设主要内容
为满足新时期创新型人才培养目标，达到重基础、宽口径的专业知识结构教学要求，对电机学课程教学进行系统的研究和改革，从教学思想、教学方法和手段、实验与实践、教学团队的培养等方面进行全面建设，解决传统课程内容复杂繁多，一直被学生公认的难教难学课程的教学问题，创建多渠道、信息丰富的学生学习平台，解决理论教学与传统工程实践的跨越，为学生参与科研实际搭建创新平台。
（1）多手段、宽信息的多媒体课件，不仅解决电机学课堂教学中对电机内、外部空间三维结构、复杂时-空函数等动态展示这些教与学的难点问题，而且通过自行开发的科技文献同步检索系统将电机领域最新科技成果引入课堂。
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自主设计开发的电机学教学用“电机学动画模型库”、“ppt课件”、“课堂实物教学模型”及“网上资源”相结合的教学资料，可方便地实现不同教学内容及要求；针对每一章的重点内容开发了“相关文献和专利的专用数据库检索系统”，拓宽了学生的思维和眼界，使课堂教学变得丰富多采，生动有趣，极大提高了学生的学习兴趣和学习效果。
（2）集多媒体辅助学习系统及教学录像为一体的课外辅助网络教学系统，构成学生课外学习的第二课堂。
为了提高学生课外预习及复习效果，学生可以登录电机学精品课程网站自由浏览、下载《电机学多媒体教学软件》及主讲教师的全部《电机学》课程教学录像。
（3）实现理论教学与企业工程实践紧密衔接的辅助实习系统，弥补了电机理论到现场实际间的跳跃。
课题组以实际300MW大型汽轮发电机结构及冷却、抽水蓄能发电机、灯泡惯流水轮发电机为对象开发的多媒体辅助实习系统，解决了学生即使在发电厂、电机生产厂也难以看到电机内部复杂结构及冷却系统，有效地弥补了现场实习的不足。
（4）设计开放性实训系统，为学生参与科研、培养创新思维及能力提供创新实验平台。
课题组自行设计、研制以模拟大型汽轮发电机、水轮发电机、永磁电机结构及非线性特性的各类模型机，以及满足不同电机需求的动态微机综合测试平台；设计开发36伏电机特性、控制系统，给学生创造一个安全可靠的动手平台，吸引优秀拔尖学生参加科研，施展兴趣才华，培养相互合作、互相学习的良好科研作风。
（5）与多媒体教学相配合的教材改革与推广，将新的教学思想、知识结构体系、新的表征手段提供给教师和学生，并向国内外推广，服务于社会。
出版四个光盘教材:
1) 电机学多媒体教学软件，电力出版社，ISBN978-7-900226－73－0，2007年。 2)汽轮发电机结构及冷却系统，ISBN7-980041-36-4/TM-00，电力工业部电化教育中心，2000年。
3)汽轮发电机故障分析多媒体教程，ISBN7-980041-38-4/TM-02，电力工业部电化教育中心，2000年。
4)与香港理工大学合作正在共同开发英文版电机学多媒体教学软件，准备向国
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际有相关专业的大学推广。
撰写两本教材：
1)电机与运动控制系统，与清华大学合作，清华大学出版社，2006年。 2)电机学，汤蕴璆、罗应立等编著，机械工业出版社，2008年。（普通高等教育十一五国家级规划教材）
6．对青年教师实施理论水平及教学水平能力的培养。
高度重视教学队伍的建设与提高，要求教学科研同步进行，由德高望重的老教师牵头，坚持定期开展教学研讨及青年教师听课制度，形成一套良好的教师培养制度。课题组先后有多名教师获得奖励。
1）罗应立，北京市高等学校教学名师奖，2006年； 2）罗应立，北京市师德先进个人称号，2006年；
3）刘晓芳，北京市第一届青年教师讲课比赛，优秀奖，1995年； 4）马波，北京市第三届青年教师讲课比赛，理科二等奖，2000年； 5）王昊，华北电力大学青年教师讲课比赛，二等奖，2007年； 6）王昊，华北电力大学年度教学特等奖，2006年。 3．教学内容基础性、前沿性和实践性
基础性：研究多种不同类型交直流电机及变压器能量转换、能量传递的共同性问题，主要是在空间按一定方式分布的绕组电流产生磁场的问题、交变磁场与绕组相互作用的问题，以及通过电磁转距的作用实现电能与机械能的转换等基础性的共性问题。
前沿性和实践性：根据电力系统及电机调速系统当前科研的发展，后续课程要涉及发电机及电动机在非正常运行条件下或非传统供电电源（例如变频电源）条件下的运行分析，所以要求本课程要在突出基本内容的情况下，介绍基本内容与后续课程和当前科研的联系。
为更好地掌握基本内容，适当利用信息技术和数值分析可视化技术的成果，解决学生的认识难点问题，从而达到用相对较少的学时，更好地掌握重点难点内容。这样不但在教学内容方面具有时代性，而且在认知规律研究及教育技术应用方面具有前沿性和时代性。
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二、 课程建设过程
1．提高认识、知难而进、下决心解决电机学教学难题
(1) 认识电机学在电力类专业教学中的重要地位
①电机学教学内容覆盖了发、输、供、用电各环节的主要设备，是电力类专业工程技术人员所必不可少的技术基础知识。
②电机学内容对后续课程的学习有关键的影响 ③当前电力系统的一些热门研究课题与电机学密不可分 ④下定决心解决电机学难教难学的问题 (2) 分析电机学教学中所存在的主要问题 ①电机旋转磁场产生机理及其特性； ②同步机的电枢反应；
③同步机电磁转矩产生机理及影响因素，功角特性； ④同步机输出无功的能力、运行状态及其与励磁的关系； ⑤双反应理论及同步电机参数； ⑥变压器的磁势平衡及归算算法；
⑦变压器及同步机的突然短路，参数对短路电流的影响； ⑧对称分量法、序阻抗、不对称运行分析。 (3) 实验教学方面存在的主要问题 (4)实践教学环节所存在的问题
2．学习现代认知理论、应用现代教育技术，制订解决方案
（1） 电机学难教难学的原因分析 1）知识结构及其基本特点
三维、时变及非线性问题，从电机学教学内容所存在的难教难学问题的共同特点来分析，这些内容往往都涉及到以下三个问题：
＊电机磁路及绕组的复杂结构及电流和磁场在三维空间的分布； ＊电流和磁场随时间的变化；
＊激磁电流大小与它所建立磁场磁通大小之间的非线性关系。 归纳起来，就是电流和磁场的三维、时变与非线性的问题。 2）学生的认知特点分析
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