第23卷第4期 电气电子教学学报 Vol 23Na 4 2001年8月 JOURNAL OF EEEE Aug.2001 电机学多媒体CAI教学课件的研制 胡雪松韩力罗辞勇 (重庆大学电气工程学院重庆：400044) 摘要介绍了笔者开发的一个电机学多媒体CA1教学课件的内容结构，并结合开发经验，阐述了开发过程中的几个关键环节。该课件包含 电机结构模块、绕组模块、铁磁材料及磁路模块、电机磁场模块和同步机模块等五个功能模块，集成了电机学中难于用传统教学模式讲授的部 分内容。 关键词电机学计算机辅助教学多媒体 枢反应引起的磁场分布变化、各种交直流绕组构成 0 引言 原理、铁磁材料及磁路工作原理、同步机的时空矢量 电机学是电气工程及其自动化专业本科学生的 图及有功、无功功率调节等内容。同时，利用多媒体 一门十分重要的专业基础课程，也是该专业很多后 技术，让学生在观看图形、图片、公式和文字说明的 续课程学习的基础。它涉及的知识面广、内容多、工 同时，能听到相应内容和要点的讲解。从而，可以在 程实际知识多。用传统的课堂讲授方式来教授这门 很大程度上帮助学生学习和掌握有关内容。 课的最大问题在于：很难用大量的图片来介绍各种 电机、变压器的结构，也难以用清晰、清洁的各种波 1课件的结构和内容 形、图形来讲授诸如旋转磁场、绕组结构等问题。致 “电机学多媒体CAI教学课件”包含目前电机 使学生远远脱离生产实际，影响了他们对该课程的 学教学内容中最难于在课堂上讲清楚的内容以及教 理论学习，此外，随着教学改革的深入和“面向21世 授过程中需要大量图片、图形资料内容。整个课件包 纪电气信息类专业人才培养模式和教学内容体系改 含了下面各表所列的5个功能模块及其主要内容。 革的研究与实践"”项目的实施，我院电机学的授课学 1.1电机结构模块 时已由原来的136学时压缩为72学时。因此，如何 中小型电机和大型电机在结构上的差别 在有限的时间之内使学生掌握该课程所要求的内容 结构部件 直流电机 防护结构 己经紧迫地摆在了我们面前。除了优化、调整教学内 换向器和电刷 容外，改革教学方法和引入CAI等现代化教育手段 变压器的分类 是一条极为重要的途径。 变压器的应用 电 变压器 叠片和铁芯结构 为了利用先进的计算机技术和各种工具软件来 绕组结构 帮助电机学的教学，我院早在几年前就开始着手进 结 油箱结构 行CAI教学软件的开发，从而积累了一定的经验。 构 同步电机分类 总装图 我们开的“电磁场有限元CAI”曾获得1997年国家 模 块 汽轮发电机 结构部件 教委教学成果三等奖，“电机CAI&CAD”曾获得 同步电机 冷却系统 1998年重庆市优秀电化教学成果二等奖。在此基础 总装图 上，我们进一步调整内容、优化结构、完善素材，并引 水轮发电机 结构部件 冷却系统 入多媒体技术，开发研制了一个电机学CAI教学课 总装图 感应电机 件，使学生可以通过屏幕或投影仪，生动形象地观察 结构部件 到各种电机和变压器的结构、旋转磁场、直流电机电 1.2 电机绕组模块 幸收稿日期2000年9月14日 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved
电机学多媒体 CA I 教学课件的研制 胡雪松 韩 力 罗辞勇 (重庆大学电气工程学院 重庆: 400044) Ξ 摘 要 介绍了笔者开发的一个电机学多媒体CA I 教学课件的内容结构, 并结合开发经验, 阐述了开发过程中的几个关键环节。该课件包含 电机结构模块、绕组模块、铁磁材料及磁路模块、电机磁场模块和同步机模块等五个功能模块, 集成了电机学中难于用传统教学模式讲授的部 分内容。 关键词 电机学 计算机辅助教学 多媒体 0 引 言 电机学是电气工程及其自动化专业本科学生的 一门十分重要的专业基础课程, 也是该专业很多后 续课程学习的基础。它涉及的知识面广、内容多、工 程实际知识多。用传统的课堂讲授方式来教授这门 课的最大问题在于: 很难用大量的图片来介绍各种 电机、变压器的结构, 也难以用清晰、清洁的各种波 形、图形来讲授诸如旋转磁场、绕组结构等问题。致 使学生远远脱离生产实际, 影响了他们对该课程的 理论学习; 此外, 随着教学改革的深入和“面向 21 世 纪电气信息类专业人才培养模式和教学内容体系改 革的研究与实践”项目的实施, 我院电机学的授课学 时已由原来的 136 学时压缩为 72 学时。因此, 如何 在有限的时间之内使学生掌握该课程所要求的内容 已经紧迫地摆在了我们面前。除了优化、调整教学内 容外, 改革教学方法和引入 CA I 等现代化教育手段 是一条极为重要的途径。 为了利用先进的计算机技术和各种工具软件来 帮助电机学的教学, 我院早在几年前就开始着手进 行 CA I 教学软件的开发, 从而积累了一定的经验。 我们开的“电磁场有限元 CA I”曾获得 1997 年国家 教 委教学成果三等奖,“电机 CA I&CAD ”曾获得 1998 年重庆市优秀电化教学成果二等奖。在此基础 上, 我们进一步调整内容、优化结构、完善素材, 并引 入多媒体技术, 开发研制了一个电机学 CA I 教学课 件, 使学生可以通过屏幕或投影仪, 生动形象地观察 到各种电机和变压器的结构、旋转磁场、直流电机电 枢反应引起的磁场分布变化、各种交直流绕组构成 原理、铁磁材料及磁路工作原理、同步机的时空矢量 图及有功、无功功率调节等内容。同时, 利用多媒体 技术, 让学生在观看图形、图片、公式和文字说明的 同时, 能听到相应内容和要点的讲解。从而, 可以在 很大程度上帮助学生学习和掌握有关内容。 1 课件的结构和内容 “电机学多媒体 CA I 教学课件”包含目前电机 学教学内容中最难于在课堂上讲清楚的内容以及教 授过程中需要大量图片、图形资料内容。整个课件包 含了下面各表所列的 5 个功能模块及其主要内容。 111 电机结构模块 电 机 结 构 模 块 直流电机 变 压 器 同步电机 感应电机 中小型电机和大型电机在结构上的差别 结构部件 防护结构 换向器和电刷 变压器的分类 变压器的应用 叠片和铁芯结构 绕组结构 油箱结构 同步电机分类 汽轮发电机 水轮发电机 总装图 结构部件 冷却系统 总装图 结构部件 冷却系统 总装图 结构部件 112 电机绕组模块 第 23 卷第 4 期 2 0 0 1 年 8 月 电 气 电 子 教 学 学 报 JOU RNAL O F EEEE V o l. 23 N o. 4 A ug. 2 0 0 1 Ξ 收稿日期: 2000 年 9 月 14 日 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
94 电气电子教学学报 2001年8月 交叠式绕组结构 变压器绕组 同心式绕组结构 2开发中的几个关键环节 三相绕组的结构和联接 直流电机电枢绕组基本概念 2.1开发任务的分工 电 单叠绕组 一个CAI课件的开发涉及到软件的整体设计、 叠绕组 复叠绕组 直流机绕组 脚本写作、素材制作、文字录入、编辑合成及测试修 单波绕组 绕 波绕组 复波绕组 改等工作。这些工作在我们的开发中不是由单个人 组 蛙形绕组 员独立完成的，而是采用了分工协作的方式，还让有 模 基本概念 块 兴趣的同学以毕业设计方式参与制作。在开发之前， 链式绕组 三相单层绕组 交叉式绕组 我们对每一项工作都拟订了任务目标，并作了严格 交流机绕组 同心式绕组 的任务划分，同时还制定了配合协作方案，以确保开 叠绕组 三相双层绕组 发工作的顺利、高效进行。 波绕组 2.2脚本的写作 1.3 铁磁材料及电机磁路模块 CAI课件开发的关键是脚本的编写，脚本编写 铁磁材料 导磁性 的质量直接影响到整个软件开发的质量和进程。 的基本性厨 磁滞现象及磁滞损耗 个好的脚本既展现先进的教学思想，又需体现教学 铁 不考虑饱和与磁滞影响 不考虑磁滞影响 变 单相变压器 方法的艺术以及版面布置的艺术。 变压器 考虑饱和和磁滞影响 要使CAI课件能达到很好的教学效果，就必须 电流波形 Y,y接法 应 三相变压器 Y,vO接法 对教学内容和表现形式进行深入的研究。编写脚本 及 Y.d接法 与写备课笔记有许多相似之处，但也有很大的不同， 电 电机磁路的基本概念 主要的不同是脚本需要考虑如何一屏一屏地展现所 空载时的磁路 要表达的内容。 磁 直流电机磁路 负载时的磁路 电刷在几何中心线上 党 电刷不在几何中心线上 众所周知，对同一门课程，即使采用相同的教材 $ 电机磁路 感应电机磁路 和大纲，但在具体教学过程中，每个教师的教学活动 凸极同步电机 块 同步电机磁路 隐极同步电机 有鲜明的个性。同样地，一个成功的CAI软件，也不 空载时的磁路 能限制和约束教师个体主观能动性的发挥。 变压器磁路 负载时的磁路 因此，在编写脚本时，要认真组织内容，充分考 1.4 电机磁场模块 虑用什么样的形式来展示教学内容。其中最重要的 整距元件磁动势 原则是结构要严谨、内容要充实画面要生动，要以 电 单层绕组磁动势 单相脉振磁动势 图为主，少用大段的文字，并且要尽量增加各相关知 机 双层绕组磁动势 识点之间的链接，使内容的切换和跳转方便快捷，以 磁 脉振磁动势的分解 圆形旋转磁动势的形成 场 发挥CAI交互功能强的优点。 三相基波旋转磁动势 椭圆形旋转磁动势的形成 模 2.3开发环境和工具软件的选用 空载磁场分布 块 直流电机电枢反应 交轴电枢反应 要提高CAI软件的开发效率和制作质量，就必 对磁场分布的影响 直轴电枢反应 须结合课程特点选用高效的开发软件和工具软件。 1.5 同步电机模块 我们选择了VB(V isual Basic)作为开发环境，这是 隐极机 因为VB简单易学使用方便，易于处理图形图象 同 同步电机时空矢 同步发电机 凸极机 而且有许多外围厂商提供丰富多彩的控件，便于实 步 量图 隐极机 电 同步电动机 现动画和多媒体效果。在图形、图片的制作中，对复 凸极机 机 稳态功角特性 杂的图片，我们使用流行的A utoCAD来制作，或者 模 隐极同步电机功 同步发电机有功功率的调节 使用扫描仪将己有图片扫入计算机后再用 块 率调节 发电机 同步电机无功功率的调节 Pho toShop等工具软件来加工，对一些比较简单的 电动机 图形就通过编程产生。而三维动画则用3Dmax来制 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co..Ltd.All rights reserved
电 机 绕 组 模 块 变压器绕组 直流机绕组 交流机绕组 交叠式绕组结构 同心式绕组结构 三相绕组的结构和联接 直流电机电枢绕组基本概念 叠绕组 波绕组 单叠绕组 复叠绕组 单波绕组 复波绕组 蛙形绕组 基本概念 三相单层绕组 三相双层绕组 链式绕组 交叉式绕组 同心式绕组 叠绕组 波绕组 113 铁磁材料及电机磁路模块 铁 磁 材 料 及 电 机 磁 路 模 块 铁磁材料 的基本性质 变压器 电流波形 电机磁路 导磁性 磁滞现象及磁滞损耗 单相变压器 三相变压器 不考虑饱和与磁滞影响 不考虑磁滞影响 考虑饱和和磁滞影响 Y, y 接法 Y, y0 接法 Y, d 接法 电机磁路的基本概念 直流电机磁路 空载时的磁路 负载时的磁路 电刷在几何中心线上 电刷不在几何中心线上 感应电机磁路 同步电机磁路 变压器磁路 凸极同步电机 隐极同步电机 空载时的磁路 负载时的磁路 114 电机磁场模块 电 机 磁 场 模 块 单相脉振磁动势 三相基波旋转磁动势 直流电机电枢反应 对磁场分布的影响 整距元件磁动势 单层绕组磁动势 双层绕组磁动势 脉振磁动势的分解 圆形旋转磁动势的形成 椭圆形旋转磁动势的形成 空载磁场分布 交轴电枢反应 直轴电枢反应 115 同步电机模块 同 步 电 机 模 块 同步电机时空矢 量图 隐极同步电机功 率调节 同步发电机 同步电动机 隐极机 凸极机 隐极机 凸极机 稳态功角特性 同步发电机有功功率的调节 同步电机无功功率的调节 发电机 电动机 2 开发中的几个关键环节 211 开发任务的分工 一个 CA I 课件的开发涉及到软件的整体设计、 脚本写作、素材制作、文字录入、编辑合成及测试修 改等工作。这些工作在我们的开发中不是由单个人 员独立完成的, 而是采用了分工协作的方式, 还让有 兴趣的同学以毕业设计方式参与制作。在开发之前, 我们对每一项工作都拟订了任务目标, 并作了严格 的任务划分, 同时还制定了配合协作方案, 以确保开 发工作的顺利、高效进行。 212 脚本的写作 CA I 课件开发的关键是脚本的编写, 脚本编写 的质量直接影响到整个软件开发的质量和进程。一 个好的脚本既展现先进的教学思想, 又需体现教学 方法的艺术以及版面布置的艺术。 要使 CA I 课件能达到很好的教学效果, 就必须 对教学内容和表现形式进行深入的研究。编写脚本 与写备课笔记有许多相似之处, 但也有很大的不同, 主要的不同是脚本需要考虑如何一屏一屏地展现所 要表达的内容。 众所周知, 对同一门课程, 即使采用相同的教材 和大纲, 但在具体教学过程中, 每个教师的教学活动 有鲜明的个性。同样地, 一个成功的CA I 软件, 也不 能限制和约束教师个体主观能动性的发挥。 因此, 在编写脚本时, 要认真组织内容, 充分考 虑用什么样的形式来展示教学内容。其中最重要的 原则是结构要严谨、内容要充实、画面要生动, 要以 图为主, 少用大段的文字, 并且要尽量增加各相关知 识点之间的链接, 使内容的切换和跳转方便快捷, 以 发挥CA I 交互功能强的优点。 213 开发环境和工具软件的选用 要提高CA I 软件的开发效率和制作质量, 就必 须结合课程特点选用高效的开发软件和工具软件。 我们选择了VB (V isual Basic) 作为开发环境, 这是 因为VB 简单易学、使用方便, 易于处理图形、图象, 而且有许多外围厂商提供丰富多彩的控件, 便于实 现动画和多媒体效果。在图形、图片的制作中, 对复 杂的图片, 我们使用流行的A u toCAD 来制作, 或者 使 用 扫 描 仪 将 已 有 图 片 扫 入 计 算 机 后 再 用 Pho toShop 等工具软件来加工, 对一些比较简单的 图形就通过编程产生。而三维动画则用 3Dm ax 来制 电气电子教学学报 49 2001 年 8 月 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
第23卷第4期 胡雪松等：电机学多媒体CAI教学课件的研制 95 作，二维动画用A nmator制作。 术、教育学、心理学及艺术等知识为一体的工作。一 2.4多媒体的应用 个成功的CAI课件决不能是教材或备课教案的简 为了使CAI课件产生更好的效果，我们引入了 单复制，开发者必须要有独特的构思和创意，并要使 多媒体技术，在课件中使用了大量的图形图象、动 课件有生动形象的表现形式。成功的CAI课件对教 画和语音解说。文本、图形图象、动画、语音解说和 学方法和教学手段的改革将起到很大的推动作用。 背景等各种媒体素材的选配是十分重要的。 我们对电机学CAI课件的研制是一种初步的 对我们这个CAI课件所介绍的内容而言，各种 探索与实践。我们愿意与兄弟院校相互探讨与交流， 图形和图象是必须的。优美的动画可以代替许多用 为电机学的教学改革作出努力。 语言不易描述的概念和过程，也是CAI相对于传统 参考文献 教学方法的优势所在，它使教学形式更加生动形象。 而丰富的语言是传统教学的长处，因此很有必要将 1许实章，电机学.机械工业出版社，1996 其用在CAI课件当中。 2谢明琛等.电机学（讲义）.重庆大学电气工程学院，1999 3项国雄，计算机辅助教学原理与课件设计，电子科技大学出版 VB对多媒体提供了大量的支持，我们可以灵 社，1997 活地采用各种方法来实现几种媒体表现形式之间的 4王志强，刘清涛，多媒体应用系统设计与制作，电子工业出版 协调统一。 社，1998 3结束语 制作CAI课件是一项集学科知识、计算机技 The Research and Development of M ultiedia CA I Courseware for Electrical machinery Hu Xuesong,Han L i,L uo Ciyong (College of Electrical Engineering,Chongqing University,Chongqing 400044,China) Abstract For introducing the multmedia CA I coursew are developed by our panel,the content structure of this coursew are is illustrated,while several key steps concerning the whole process are also elucidated according to the develop ing experience The whole coursew are integrate part of contentsw hich are difficult for mparting by using traditional teaching model,and contains five function moducles w hich respectively nam ed as the electrical machine structure module,the coil module,ferrom agnetic and m agnetic road module,m agnetic field module synchronousm ach ine module Keywords electricalm ach inery;CA I m ultm ed ia (上接第77页鞠勇文) To Increase Studen ts Abilities of Using PLC's Shift-Reg ister in Practice Teaching Ju Yong (EL ectricity and Electric Engineering Instituton,Nanjing Nomal U niversity,Nanjing 210042,China) Abstract In this article,it is presented how to increase students abilities of using PLC's shift-register in practice teach ing For students to understand concepts and grasp the app lication m ethods of shift-register, a special experment about three inputs of PLC is arranged Keywords PLC experm ents,shift-register,app lication method of shift-register 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co..LId.All rights reserved
作, 二维动画用A n im ato r 制作。 214 多媒体的应用 为了使CA I 课件产生更好的效果, 我们引入了 多媒体技术, 在课件中使用了大量的图形、图象、动 画和语音解说。文本、图形、图象、动画、语音解说和 背景等各种媒体素材的选配是十分重要的。 对我们这个 CA I 课件所介绍的内容而言, 各种 图形和图象是必须的。优美的动画可以代替许多用 语言不易描述的概念和过程, 也是 CA I 相对于传统 教学方法的优势所在, 它使教学形式更加生动形象。 而丰富的语言是传统教学的长处, 因此很有必要将 其用在CA I 课件当中。 VB 对多媒体提供了大量的支持, 我们可以灵 活地采用各种方法来实现几种媒体表现形式之间的 协调统一。 3 结束语 制作 CA I 课件是一项集学科知识、计算机技 术、教育学、心理学及艺术等知识为一体的工作。一 个成功的 CA I 课件决不能是教材或备课教案的简 单复制, 开发者必须要有独特的构思和创意, 并要使 课件有生动形象的表现形式。成功的CA I 课件对教 学方法和教学手段的改革将起到很大的推动作用。 我们对电机学 CA I 课件的研制是一种初步的 探索与实践。我们愿意与兄弟院校相互探讨与交流, 为电机学的教学改革作出努力。 参 考 文 献 1 许实章 1 电机学 1 机械工业出版社, 1996 2 谢明琛等 1 电机学(讲义) 1 重庆大学电气工程学院, 1999 3 项国雄 1 计算机辅助教学原理与课件设计 1 电子科技大学出版 社, 1997 4 王志强, 刘清涛 1 多媒体应用系统设计与制作 1 电子工业出版 社, 1998 The Research and D evelopm en t of M ultim ed ia CA I Courseware for Electr ica l mach inery Hu Xuesong, Han L i,L uo C iyong (Co llege of E lectrical Engineering, Chongqing U niversity, Chongqing 400044, Ch ina) Abstract: Fo r in troducing the m u ltim edia CA I cou rsew are developed by ou r panel, the con ten t structu re of th is cou rsew are is illu strated, w h ile several key step s concern ing the w ho le p rocess are also elucidated acco rding to the develop ing experience. T he w ho le cou rsew are in tegrate part of con ten tsw h ich are difficu lt fo r im parting by u sing traditional teach ing m odel, and con tain s five function m oducles w h ich respectively nam ed as the electrical m ach ine structu re m odu le, the co il m odu le, ferrom agnetic and m agnetic road m odu le, m agnetic field m odu le synch ronou s m ach ine m odu le. Keywords: electrical m ach inery; CA I; m u ltim edia (上接第 77 页鞠勇文) To Increa se Studen tsπAbilities of Using PLCπs Sh if t-Reg ister in Practice Teach ing Ju Y ong (EL ectricity and E lectric Engineering Institution, N anjing N o rm al U niversity, N anjing 210042, Ch ina) Abstract: In th is article, it is p resen ted how to increase studen tsπab ilities of u sing PL Cπs sh ift2register in p ractice teach ing. Fo r studen ts to understand concep ts and grasp the app lication m ethods of sh ift2register, a special experim en t abou t th ree inpu ts of PL C is arranged. Keywords: PL C experim en ts; sh ift2register; app lication m ethod of sh ift2register 第 23 卷第 4 期 胡雪松等: 电机学多媒体 CA I 教学课件的研制 59 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved