电机学教学多媒体应用探讨

电机学教学多媒体应用探讨

周建华

（东南大学电气工程学院，江苏南京，210096）

【摘要】　多媒体教学手段极大地改变了大学的课程教学实践。电机学课程是电气工程专业的主干课，具有概念多、理论性强、强调实践性等特点，历来是学生学习的难点，课程的教改十分必要。本文基于电机学课程的多媒体教学的实践经验，分析了教学内容与课件形式间的关系，描述了过程型课件、研究型课件的实现方法。以电机学中的部分重点内容为例，阐述了采用Powerpoint软件的导航设计、动画效果设计，并初步探讨了多媒体的导学作用。

【关键词】　电机学　教学　多媒体

【中图分类号】　G434；TM3　　　　　　　　　　【文献标识码】　A

【文章编号】　1008－0686（2004）06－0105－04

一、引言

大学教学改革是我国创建高水平大学、培养高水平人才的重要措施，主要包含三个层次的改革内容：（1）在培养模式上，使人才培养的教育思想和目标现代化；（2）在课程体系上，优化相应的课程体系和教学内容，着重概念、原理的理解与分析，即分析研究能力的锻炼；（3）在教学手段上，丰富教学手段、拓展教学方式、引导主动性和研究型学习。

教学手段的现代化在实践先进教学思想和传授教学内容中有着关键性的作用，是联系教与学、教师与学生的纽带。传统的教学依赖的手段主要有：黑板、录放音机、幻灯等。在教的方面存在着信息形式过于简单、信息制作较困难、信息保存不方便等缺陷，对学而言则有形象性较差、概念和原理不能分步理解、不能再现等遗憾，因而难以承担现代教育的要求，难以适应现代科技的快速进步。计算机技术、信息技术的发展为教学手段的改革提供了广泛的可能性，多媒体和网络极大地丰富了现代教育手段。

电气工程教学中涉及大量的概念介绍、原理分析、过程分解，需有图、动、音等方面的信息，电气工程的教师对在课堂上应用丰富媒体形式表达概念和传输这些附加的信息，表现出越来越广泛的兴趣。

电机学课程是电气工程及其自动化专业的主干专业基础课，主要教授电机的基本原理、基本分析方法和基本特性方法，强调知识、能力、素质的协调发展，注重培养学生分析能力、实验能力，锻炼动手能力，对后续专业课学习及研究生学习极为关键。

本文以“电机学”教学的实际体会，从实践现代化教学的角度，介绍教学中的多媒体技术及实现，探讨多媒体导学的积极作用。

二、教学多媒体技术

1．多媒体课件建设理论

根据多年的教学体会和多媒体应用经验，多媒体课件的制作主要依据的原则是：（1）依托大纲，服务教学，以大纲为基础，制订教学进度；（2）体现教学艺术，强调总结，反映知识点间的相互联系；（3）强化概念分析通过梳理、概括突出难点和重点；（4）形式服务于内容根据不同的教学内容、不同的理解要求，采用不同的媒体形式或组合，注意信息量与接受能力的平衡。

具体到课件的实现中，根据课程教学方法的不同，有图1所描述的不同课件形式。

图1　教学内容与课件形式的关系

2．基本课堂教学课件

课堂教学中，最常用的方法是黑板与口头语言，黑板记录重点内容，语言贯穿始终。

从教学艺术的角度，教师的语言要求准确、鲜明、生动和有节奏，且表达出一种情趣，这是需要长期实践锻炼的，不能依赖多媒体或其他手段来实现。

依据教学大纲的要求，电机学课程的各组成部分都有其自身的重点、难点，并有一定的系统性联系，体现在板书上，必须有层次、条理紧凑、体现重点、图文并茂，便于学生笔记和形成思路。因而，板书不仅反映了教学内容，更体现着一定的教学艺术和辛勤的教学活动。但板书具有不能保全的显著缺憾，将板书用多媒体的形式再现即是现代技术对教学活动提供的便利。

“文字＋图形”是课堂教学的主要媒体表示形式。鲜明的文字能突出重点，图形能使对象一目了然并激发想象加深概念理解，它们间形成相补关系。

编制的软件主要用Microsoft的Powerpoint，关键技术在于构思好的导航方式，实现方便的内容关联，实质上是依据教学思路再现好的板书，即形成一个能方便不断更新的电子板书。

3．过程性课件

原理性知识讲授是专业课程教学的重点，要着重阐述各基本概念、变化参量间的关系。在电机学课程中诸如机电能量转换、电磁过程、电枢反应、运行特性等，必须进行较详细的原理分析，属于过程型内容，用“文字＋图形”的简单形式描述略显平淡，多媒体视频和动画是表达过程的较理想方法。

视频主要是实际的生产过程演示录像，配合现场的语音讲解，特点是直观、形象。采用视频内容，可以很形象地演示所研究对象的结构和构成、简单的原理和特性等，在电机教学中多处采用。现在获取视频内容最简单的方式是数码摄像，然后通过后期制作软件如Ulead MediaStudio、Video　Factory等，剪辑和加工成适合课堂的片段，一般保存为avi格式。为了很好地与基本概念一起讲授，直接在Powerpoint演示文档中通过“插入对象”将“视频剪辑”实时插入。采用“插入对象”中“媒体剪辑”的方法，可插入如midi、CD音频、DirectShow等多种媒体对象。

动画是指Flash动画，具有交互性强的特点，是对Powerpoint不能制作复杂动画的补充。通过Flash动画能将复杂的原理性过程方便地一步一步地展开，并能通过鼠标的交互，达到比流媒体更好的演示效果。制作动画的过程一般有确定动画制作类型，图片编辑、声音合成及控制，动画效果生成包括动画对象行为控制、交互式动作的触发、跳转、场景的切换等。制作软件主要有Flash MX、Ulead GifAnimator、Kool－Moves等，保存类型为swf格式。

动画内容也应插入到Powerpoint演示文档中。具体实现方法是通过“视图”菜单、“工具栏”选项、在“控件工具箱”中添加“其它控件”之“Shockwave　Flash　Object控件”，在文档的适合位置放置动画矩形区；对动画矩形区进行属性设置，将Movie属性设置为需演示的Flash动画的文件名称（包括swf扩展名）。再次打开此文档，即可以看到所加动画的第一幅图片，点击实现交互演示。

4．研究型课件

为了加强学生的学习、发掘学习潜力、引导主动性和研究型学习，思考、练习、讨论等可组织为研究型课件。所谓研究型是一个不断学习、不断提高的过程，强调发现和探索问题的主动性，主要体现在内涵的深化和外延的拓展，以达到学习的更高目标。

在较低层次上，将属于不同研究对象的共性问题通过关联，形成一体化的概念，达到举一反三的目的。如不对称运行在变压器、异步电机、同步电机中都是运行的一种特殊方式，分析方法都是基于将不对称分解的对称分量法，不同处在于对称分解后的各相序等效电路具有不同的模型和参数意义，对一类参数的精确理解能帮助学习的其他两种情况。在课件的形式上，采用“关联”和“对比”，以超级链接的方式实现，即在Powerpoint课件的具体位置上插入“超级链接”，有外部文件和本文档中位置两种形式。

对于较高目标，可从本课程现有教材所呈现的知识和能力系统引发开去，对外向其他学科开放，对内引入更深层次的内容和研究，拓展学生的学习思路，突破传统教学的有限时空。具体形式有：

（1）网络内容的链接教师从课程学习的特点出发，寻找网络上的相关资源，提供链接或快照，便于对照学习和重复学习，加速理解；

（2）讨论版借助已有的bbs讨论系统，发布联系课程进度的研究内容，提供讨论、提问、答疑环境，这是课堂教学的有力补充，且可以达到课堂所没有的积极、主动、大家参与的氛围；

（3）前沿研究分析结合电机领域的最新研究进展，发布最新研究成果，解释研究的主要过程和思路，设计难易适度的问题，以便激发学生的研究热情、兴趣和求知欲望。

设计研究型课件的关键在于内容选择和活动设计，可以瞻前顾后、左顾右盼、上下求索。是需要长期教学和教学研究经验和成果的积累，对于笔者这也是尝试研究和开拓的课题。

三、电机教学中的应用重点

结合教学安排，应用上述多媒体技术，提高教学质量，最大限度地调度学生的学习热情，重点在于把握课程的重点、难点、相关点、异同点，加强对学生学习的启发和引导。多媒体教学的重点是将内容与形式较好地统一。

1．Powerpoint导航设计

制作商品教学型课件的常用工具有Macromedia Authorware多种课件制作平台，实现效果好，但制作的工作量都偏大，制作后的数据文件多，不适合于课堂教学的便捷、方便更新的要求，因此采用的是Powerpoint软件。

Powerpoint能实现“幻灯片”式的演示效果，能创建交互、动作按钮链接、内部实现简单的动画，且有强大的多媒体功能，能插入各种多媒体的效果。使用Powerpoint的最大优势在于使用方便、扩展容易，使教师更可以集中精力于素材内容组织。导航即设计基本的课堂教学框架，所依赖的是教学大纲和整体设计、体现教学内容间的多种关系、反映教学艺术。导航设计主要是知识点的选择、重点难点的演绎、问题情境的创设。结合电机教学实践，图2是变压器部分教学的导航示意。图中的结点表示相互间有关联联系，在深入分析时需重点关注。

课件设计主要是Powerpoint中用超文本／超媒体链接和书签导航，实现内容间选择、定位和跳转。

2．简单动画效果

除了Flash动画，Powerpoint还可实现简单的动画效果，从而实现对过程、原理、步骤等的直观描述。如电枢反应是电机运行分析中的重点和难点。在实际教学中，借助动画效果能较好地加深理解。以同步电机中的电枢反应为例，由于与凸极机相比，隐极机气隙磁阻是空间各异的，表现为直轴和交轴位置上具有不同的同步电抗Xd与Xq，须用双反应理论进行分析。忽略电枢电阻后，图3表示的是凸极机的电枢反应简化相量图，需具备如下的动画效果：

（1）在Powerpoint中采用“自定义动画”的方式为不同对象添加一定的“效果”，能分四步表示出关键作图过程，如图3中的①②③④；

（2）电枢反应的性质与负载性质有关，动画变动电流相量I的相位角θ，由励磁电势E0反应的功角δ发生相移，直轴和交轴上的电枢反应分量I_d和I_q的大小与性质也发生变化，如图3中虚线箭头表示；

图2　变压器部分内容导航示意

图3　同步电机电枢反应相量图

（3）如确定x_d＝x_q＝x_s，收缩jI_d（x_d－x_q）至零长度，即转化为隐极同步电机，可见隐极机作图更简便。

Powerpoint中的动画效果如回旋或切入等，可随着鼠标的点击一步步呈现或隐藏，也可设定自动演示的时间间隔一步步返回，比板书效果清晰。

3．导学

在电机学课程中，有许多共同性的知识点，如电枢反应存在于所有交流电机和直流电机中，不对称运行是电机都可能发生的运行方式，特性曲线分析用于理解电机正常运行也是选择不同类型电机的出发点，瞬态过程分析基本相似，等等。将这些共性的问题进行归类，以图表和超级链接等形式组成知识集，作为学习中的讨论点，着重分析产生差异的原因，能使学生加深对不同类型电机的理性认识。

灵活运用多种教学方法，有效地调动学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发学生的潜能。通过讨论等方式，并能强化对学生运用知识能力的考察。这些都是多媒体导学应达到的高度，当然真正实现这些目标需长期不懈的探讨，本文实践中只是达到了初步的目标。

现代教育改革不仅体现在内容的现代化、手段的先进性上，也体现在师生间关系的转变，即不应是以教师为主导的教学活动，而是教师和学生合作完成教学。因而，在教学中，及时将学生的学习体会和要求反映到教学活动中，并反映到教学多媒体课件的组织上，使在加强学习效果的同时深化教师的教育效果。通过融入科技进步的最新成果，也能引导学生创新意识的加快形成。

四、结论

通过多媒体教学手段在电机学课程中多年的运用，多媒体课件的内容不断完善，方式也趋于更多样化，实际教学效果有一定的提高，教学教研成果也初步显现。结合网络课程建设的同步自学课件也逐步形成，教学的时空将进一步拓宽。

教学实践表明，多媒体只是一种先进的手段和工具，很好地运用它能提高教学的功效，但教师在教学活动中的重要地位不能因此而削弱，适时、适当、适度的多媒体和不断更新的教学思想相结合，是培养创新人才、培养创新学习方法的重要基础。

笔者的教学实践得益于东南大学教务处的指导和教学名师单炳梓教授的“青年教师培训讲座”的教诲，在此表示谢意。

参考文献：

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［3］　王鲁平，刘建础．德国远距离教育及多媒体教学浅识［J］．中国远程教育，1994（6）：64－67

［4］　胡虔生，胡敏强，杜炎森．电机学［M］．北京：中国电力出版社，2001

（原载于《电气电子教学学报》，2004年第6期）