优质提问教学法在直流伺服电动机教学中的应用

摘要：在直流伺服电动机内容的教学过程中，采用以优质的问题和提问为核心的优质提问教学法，通过准备问题、提出问题、回答问题和反思问题四个阶段，能够使传统的课堂转化为以问题为导向、以学生为中心的优质提问课堂，并提供足够并且有效的反馈信息，为反馈控制教学的实施奠定基础，从而进一步提高学生的学习效果和教师的教学水平。

关键词：直流伺服电动机；优质提问教学法；教学

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）35-0097-02

直流伺服电动机是一种工业控制系统或武器系统中常用的执行元件[1]。在工程系统中，直流伺服电动机的主要结构均被封装在体积小、密封性好的机壳内，在控制系统中又往往被二次集成到系统内部，导致很多首次接触它的本科生学生难以对其进行快速和直观的认识。另外，直流伺服电动机基于电磁学原理进行工作，定转子之间存在的看不见、摸不着的电磁耦合关系也使得教学内容变得抽象。基于上述原因，在传统的教学过程中，学生普遍感觉直流伺服电动机部分难以理解和掌握，故对课程学习的参与度不高。因此，有必要改革传统的教学模式，采用新的教学方法提高学生积极参与教学过程的兴趣。

一、优质提问教学法的基本原理

优质提问教学法包括优质的问题和优质的提问两个核心部分[2]，这两个部分相辅相成、不可或缺。优质的问题是保证授课质量的前提条件，优质的提问是促使学生积极参与教学过程的重要手段。围绕问题和提问，优质提问教学法的实施包括准备问题、提出问题、回答问题和反思问题四个阶段。

首先，授课人员应该在准备问题阶段精心准备优质的问题。一般而言，优质的问题必须能够清晰地向提问对象阐明提问的内容，同时要关注主要教学内容，可以实现若干教学目标，可以促使提问对象在适当的认知水平上参与思考。因此，在准备优质问题的过程中，授课人员必须明确教学目标，确定教学内容，选择提问对象的认知水平，在此基础上构思和确定问题的具体内容。

在提出问题阶段，授课人员应该根据教学过程的进展情况，在合适的时机抛出合适的问题并选择合适的回答者。值得注意的是，除了提出恰当的问题之外，授课人员还应指明回答问题的方式。此外，为了促使更多的提问对象参与教学过程，授课人员在提出问题后，应该灵活地把握控制权，选择不同的回答者回答不同的问题。

回答问题阶段应该以提问对象为主体。授课人员可以根据课堂授课的实际效果和其他情况，在提出问题后稍作停顿，等待提问对象主动回答或选择合适的提问对象回答问题，对于给出不同答案的提问对象要进行帮助和鼓励，将其思维导入到正确的方向上来。同时，授课人员还可以根据提问对象回答问题的具体情况，对他们的答案进行归纳、总结和引导，引发他们更多的回应和问题等。

反思问题工作一般在授课结束后进行。在此阶段，授课人员应该对课堂提问的整个过程进行总结和反思，具体工作包括对问题本身的分析、应答者选择的图解、答案模式评估以及对于授课人员和提问对象的评估等。

通过上述四个主要的步骤，可以在很大程度上促使提问对象参与教学过程，从而将传统的课堂转化为以问题为导向、以学生为中心的优质提问课堂。在优质提问教学过程中，通过优质的问题和提问引导学生进行积极地思考和学习，在提高教学效果的同时为授课人员提供有效的反馈信息，从而为整门课程实施反馈控制教学奠定坚实的基础[3]。

二、直流伺服电动机优质提问教学的探索

在直流伺服电动机这一部分内容的教学过程中，课程教学组依据优质提问教学法的主要思想和实施步骤，首先对课程教学目标进行认真分析，对教学内容进行深入梳理，并采用多种形式对学生进行调研。在充分调研和了解的基础上，精心设计了一系列的优质问题，并利用这些问题逐步引导学生理解和掌握直流伺服电动机的相关知识。在授课结束后，再对课堂提问的过程以及取得的效果进行反思和总结，多名课程教学组成员在一起讨论授课体会和心得，分析进一步提高问题和提问质量的方法[4]。下面以直流伺服电动机的结构组成和工作原理授课为例，简单介绍优质提问教学法的应用情况。该部分内容在授课时分为四个部分，分别是课程的引入、直流伺服电动机的工作原理、直流伺服电动机的结构、应用实例和小结，后续内容为直流伺服电动机的静态和动态特性，本文下面主要介绍前三个部分问题的设计。

1.引入问题设计

直流伺服电动机的结构组成和工作原理是直流伺服电动机教学内容的第一次课，而课前大部分学生对直流伺服电动机并不熟悉，部分学生甚至并未见过实际的直流电机。同时，直流伺服电动机内部定转子之间存在的电磁耦合关系和相互作用也使其工作原理变得抽象。为便于学生理解，可结合直流伺服电动机的发展历史及其早期典型应用，采用引导式和举例式引入法，沿着直流电源—直流电机的发展历史—直流伺服电动机的典型应用—直流伺服电动机的特点这一主线引出直流伺服电机的结构组成和工作原理。

在课程引入的过程中，设置的主要问题如下：（1）历史上最早出现的电源是直流电还是交流电？（2）直流电动机使用何种类型电源？通过上述两个问题引出直流电机的发展历史和特点。（3）直流伺服电动机目前主要应用于哪些方面？通过该问题引导学生结合自己的见闻，思考直流伺服电动机的典型应用。（4）为什么直流伺服电动机能够在很多场合得到广泛应用？通过该问题引导学生思考直流伺服电动机在转矩、调速以及电源等方面具有的四大优势。（5）相对于其它类型电机，为什么直流伺服电动机产生的转矩更大一些？（6）直流伺服电动机的转速能否实现平滑调节？（7）直流伺服电动机的控制方法有哪些？（8）直流伺服电动机有没有缺点？上述四个问题对本章内容起提纲挈领的作用。要回答这几个问题，必须了解直流伺服电动机工作原理和具体的结构组成，由此进入后续内容的学习。通过上述八个主要问题，将学生一步一步由直流电机的发展历史引入到对于直流伺服电动机工作原理分析的过程之中。

2.直流伺服电动机的工作原理问题设计

按照通常的认知规律，对于控制元件的教学应该由已知到未知，由简单到复杂，遵循基本概念—结构组成—工作原理—特性分析—选择使用的教学思路。但是，课程组经了解得知，学生在中学阶段就已经对于直流电动机的工作原理和基本结构（并非具体结构）有所掌握，但由于没接触过实物故对于直流伺服电动机的结构组成（具体或实际结构）并不熟悉。因此，如果在此部分内容的教学过程中先讲直流伺服电动机的结构组成后讲其工作原理，将学生不熟悉的内容放在前面介绍，而将学生熟悉的知识放在后面讲解，势必给学生的学习理解带来一些困难。所以，课程组在教学设计中调整了教学内容的讲授顺序，将直流电动机的工作原理调整到结构组成之前先行介绍，这样一来便使得教学过程符合由已知到未知、逐步深入的认知规律。

在该教学环节中，学生应该在复习电磁学基本知识的基础上掌握直流电动机的基本工作原理，为下一步学习直流伺服电动机的结构组成打下基础，主要问题设置如下：（1）电磁力是如何产生的？结合电磁力产生原理动画演示，引导学生重温电磁力定律。（2）单匝线圈直流电动机是如何工作的？通过该问题引导学生回顾单匝线圈直流电动机的工作原理，为分析其缺点做铺垫。（3）单匝线圈直流电动机有何不足之处？通过该问题引导学生分析单匝线圈直流电动机的缺点，为讨论该类电机的改进设计方案做铺垫。（4）针对单匝线圈直流电动机的两个缺点，有没有更好的设计方案呢？通过该问题引导学生从转矩的大小和波动两个方面思考单匝线圈直流电动机的设计改进方案，为后续介绍环形绕组直流电动机做铺垫。（5）环形绕组直流电动机有没有缺点？通过该问题引出对于环形绕组直流电动机在铁芯内部导体的利用率和制造时的经济性和工艺性等方面问题的讨论，为后续介绍鼓形绕组直流电动机做铺垫。（6）针对环形绕组直流电动机的两个缺点，有没有改进的设计方案呢？通过该问题引出鼓形绕组电动机教学内容。通过上述六个主要问题穿针引线，再结合多媒体动画和图像演示，能够使学生逐步掌握单匝线圈直流电动机和环形绕组直流电动机的基本结构和工作原理，重点掌握鼓形绕组直流电动机的结构和工作原理，为下一步详细分析鼓形绕组直流伺服电动机的具体结构奠定知识基础。

3.直流伺服电动机的结构组成问题设计

在该教学环节中，学生应该掌握电磁式、永磁式直流伺服电动机的主要结构，包括定子铁芯、定子绕组、电刷装置和机座等定子结构以及电枢铁芯、电枢绕组、换向器和转轴等转子结构[1]，为后续学习直流伺服电动机的工作特性以及选择使用打下基础。下面以电磁式直流伺服电动机为例，设置问题如下：（1）电机中用来产生磁场的部件是哪一个？通过该问题引出直流伺服电动机定子磁极的介绍。（2）定子磁场是如何产生的？该问题引导学生了解定子磁场产生的原理及定子磁极的具体结构，继而引出定子绕组和定子铁芯。（3）定子铁芯由哪种材料制作而成，有加工成片状的必要吗？该问题的目的在于引导学生回顾磁滞和涡流效应，对硅钢片留下初步印象，并为转子铁芯的学习打下基础。（4）电机中用来产生转矩的能源由哪个部件输入？通过该问题引出对于电枢绕组和电枢铁芯的分析。（5）如何实现电能到机械能的转换？通过该问题回顾直流电动机的工作原理，引出对电刷装置、换向器和转轴的讨论。总的来说，通过上述五个关键问题，结合实物视频、三维动画和电机结构图片演示，使学生深入掌握直流伺服电动机的结构组成，并由最后两个问题引入到对于直流伺服电动机工作特性的探讨。

四、结语

优质提问教学法倡导以优质的问题和优质的提问为教学与学习行为的核心，旨在创建以学生为中心、以问题为导向的优质提问课堂。授课人员通过课前精心准备问题，授课过程中适时提出问题，促使更多的学生参与思考过程、阐述自己的见解并提出新的问题。在提问和回答问题的过程中，授课人员也能够获取足够的反馈信息，从而利用反馈控制教学原理更加有效地改进和控制教学过程，以达到预定的教学目标。

优质提问教学法在直流伺服电动机相关内容教学中的应用具有较好的示范意义，经过一定的适应性修改后，完全可以推广到其它教学内容或其它课程的教学中去。

参考文献：

[1]梅晓榕，柏桂珍，张卯瑞.自动控制元件及线路[M].第五版.北京：科学出版社，2013.

[2]Walsh J.A，Sattes B.D著，刘彦译.优质提问教学法[M].北京：北京轻工业出版社，2009.

[3]周鑫，张国良，张合新.复合式考核反馈控制教学的思路及实践[J].教学研究，2013，（1）.

[4]周鑫，张合新，孙鹏，等.优质提问教学法在步进电动机教学中的应用[J].中国电力教育，2012，（36）.

（责任编辑：刘丽娜）