电机与电力拖动基础课程实验教学创新与应用研究

一、引言

电机与电力拖动基础是电气工程及其自动化、自动化等专业的核心课程，兼具理论性与实践性。实验教学作为连接理论知识与工程应用的桥梁，承担着帮助学生理解电机原理、掌握拖动系统调试方法、培养工程实践能力的重要任务。随着智能制造、新能源等领域的快速发展，社会对电气类人才的实践创新能力提出了更高要求，传统以验证性实验为主的教学模式已难以适应需求。

近年来，国内高校纷纷探索实验教学改革，如引入虚拟仿真技术、增设综合性项目等，但仍存在“重理论轻实践”“实验内容与行业需求脱节”等问题。本文基于电机与电力拖动基础课程的特点，结合教学实践，从内容、方法、平台等方面提出系统性创新方案，并通过案例验证其有效性，为相关课程教学改革提供借鉴。

二、电机与电力拖动基础实验教学现状及问

（一）实验内容滞后于技术发展

传统实验项目多以验证性实验为主，如“三相异步电动机的启动与反转”“变压器参数测定”等，约占实验总学时的 70% 。这些实验虽能帮助学生理解基础原理，但内容固化、场景单一，缺乏对变频调速、伺服控制等现代拖动技术的涉及，与工业现场广泛应用的PLC 控制、智能调速系统脱节，导致学生接触的技术与行业实际存在“代差”。

（二）教学方法以“教师主导”为主

实验教学多采用“教师讲解步骤→学生按流程操作→记录数据→撰写报告”的模式，学生处于被动接受状态。教师过度强调操作规范性，忽视对学生自主思考和问题解决能力的培养。例如，在“电机拖动系统故障排查”实验中，教师常直接告知故障点，学生无需分析即可完成任务，难以形成独立的工程思维。

（三）实验平台功能单一且资源不足

多数高校的实验设备为传统单机台，如电机实验台、拖动控制系统实训装置等，设备老化严重，且不同实验台之间缺乏联动，难以搭建复杂的工业拖动场景。此外，设备数量有限，学生人均操作时间不足，小组实验中常出现“少数人操作、多数人旁观”的现象，影响教学效果。

（四）考核机制缺乏过程性评价

实验考核多以实验报告和操作结果为依据，占比超过 80% ，忽视对实验过程中问题解决能力、团队协作能力的评价。这种“重结果轻过程”的方式导致学生更关注数据是否“符合标准”，而非探究实验现象背后的原理，甚至出现篡改数据、抄袭报告等现象，违背了实验教学的初衷。

三、电机与电力拖动基础实验教学创新路径（一）重构实验内容体系，强化“基础+综合+创

1. 基础验证层：保留核心验证性实验，但融入数字化测量工具。例如，在“电机参数测定”实验中，用虚拟示波器替代传统指针式仪表，让学生对比两种测量方式的差异，同时理解数据采集的数字化原理。

2. 综合应用层：增设结合工业场景的综合性项目，如“基于PLC 的变频调速系统设计”“电梯拖动系统模拟调试”等。以“变频调速系统”实验为例，要求学生自主设计控制电路、编写PLC 程序、调试转速闭环控制，掌握从硬件搭建到软件调试的全流程。

3. 创新探究层：引入行业前沿问题，设置开放性课题。例如，结合新能源汽车技术，设计“永磁同步电机拖动系统效率优化”实验，让学生通过改变负载特性、调整控制参数，探究提高系统效率的方法，培养创新思维。

（二）创新教学方法，推动“以学生为中心”的模式转型项目式教学：将实验内容转化为“工程项目”，采用“任务驱动”模式。教师提出具体需求（如“设一个能实现精准定位的传送带拖动系统”），学生分组完成方案设计、元件选型、系统调试等环节，教师仅提供技术指导。

2. 虚实结合教学：利用虚拟仿真平台弥补实体设备不足。例如，通过MATLAB/Simulink 搭建异步电机拖动系统模型，学生先在虚拟环境中模拟不同故障（如断相、过载）的现象及排查方法，再在实体实验台上验证，降低设备损耗的同时提高实验安全性。

3. 引入行业导师：邀请企业工程师参与实验教学，结合工业案例讲解拖动系统的实际应用。例如，邀请机床厂工程师分享“数控机床伺服拖动系统的调试要点”，让学生了解工程实践中的常见问题及解决方案。

（三）构建“虚实融合”实验平台，提升教学支撑能力

1. 升级实体实验平台：购置具备模块化、可重构特性的实验设备，如模块化电机拖动实验台，支持学生根据需求组合不同电机（异步电机、伺服电机）、控制器（PLC、变频器）和负载（传送带、卷扬机），搭建多样化拖动系统。

2. 开发虚拟仿真系统：建设“电机与拖动系统虚拟实验室”，包含3D 建模的电机结构、动态仿真的拖动过程及交互式故障模拟模块。学生可通过 VR 设备“拆解”电机、“观察”电磁场分布，直观理解抽象原理。

3. 搭建校企联合实验室：与自动化企业合作共建实验室，引入工业级设备（如西门子S7-1200 PLC、三菱伺服系统），并将企业真实工程项目转化为实验案例，实现“教学场景与工业现场”的无缝衔接。

（四）完善考核机制，实现“过程+能力”的全面评价

1. 过程性评价（占比 60%) ）：通过实验日志、小组汇报、中期检查等方式，记录学生在方案设计、设备调试、问题解决等环节的表现。例如，在综合性实验中，对“电路设计合理性”“程序调试效率”“团队分工协作”等维度进行量化评分。

2. 能力性评价（占比 40% ）：设置“创新加分项”，鼓励学生提出优化方案。例如，在“拖动系统节能改造”实验中，对提出新型控制算法或实现能耗降低 10% 以上的小组给予额外分数；同时，将实验报告的“问题分析深度”作为评分重点，而非仅关注数据准确性。

四、结论与展望

电机与电力拖动基础实验教学的创新是提升电气类人才培养质量的关键。通过重构“基础+综合+创新”的实验内容体系、采用项目式与虚实结合的教学方法、搭建多元化实验平台及完善过程性考核机制，可有效提升学生的实践能力与创新思维。上述创新方案在教学实践中取得了良好效果，证明其可行性与有效性。

未来，实验教学改革还需进一步深化：一是加强跨学科融合，将电机拖动与人工智能、物联网等技术结合，增设“智能拖动系统设计”等前沿实验；二是推进“课赛证”融通，将职业技能等级证书（如“电气设备安装调试”）的考核标准融入实验内容，提高学生就业竞争力；三是构建“终身学习”实验资源库，通过在线平台向社会开放虚拟实验项目，服务行业人才培训。

参考文献

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[4] 张承慧, 崔纳新. 电机拖动系统节能运行与控制技术[J]. 中国电机工程学报, 2020, 40(12): 3890-3899.项目：电机与电力拖动基础课程实验教学创新与应用研究

项目编号：2023JG13