IT教学法在机床电气控制教学中的案例研究

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摘 要：本文以三相异步电动机Y-降压启动为例，通过IT教学法进行课程设计，以电气控制设计过程为主线，积极引导学生参与到整个教学过程中，增强教学中学生的主体地位，提高学生分析问题、解决问题的能力，提高学生的创新及设计能力。

关键词：教学方法 Y-降压启动 IT教学法 原理图

一、问题的提出

机床电气控制技术是高职院校机电类学生必修的一门专业核心课程，课程的实践性和应用性很强，学生学习掌握本课程可以为将来的职业发展奠定坚实的基础。机床电气控制原理图是领会仪器设备设计意图、分析设备工作原理的关键，并且它是技术人员在进行仪器设备调试、安装、维修时的重要依据。笔者在机床电气控制原理图的教学过程中引入IT教学法法，从实现的结果出发，一步一步分析实现结果的条件，即RAC（From Result Analysis Condition）。通过此种方法，一是可以与学生共同分析问题，甚至可以由学生自己分析，从而体现学生在教学过程中的主体地位；二是分析过程由简单到复杂、循序渐进，便于学生学习理解，提高学生的学习兴趣；三是这种教学可以提高学生分析问题、创新问题的能力，有助于培养现代社会所需要的技术技能型人才。

二、Y-降压启动原理

对于大功率电动机（通常指功率在10kW以上的电动机）在启动时因为会产生很大的启动电流，容易把电动机烧坏，所以在此类电动机启动时一般要采取降压启动的方式。降压启动有多种方式，而Y-降压启动只是其中一个比较常用的方法。所谓Y-降压启动，就是在电动机启动时电动机定子线圈用Y形接法，每相定子线圈相电压为220V，当电动机速度升高后（即转差率较小时）再把电动机定子线圈改为形接法，电动机线圈相电压达到额定电压380V，电动机正常工作。

三、传统机床电气控制教学方法

笔者查阅了以往的文献，了解到很多关于机床电气控制教学模式、教学模式改革的研究，但具体对机床电气控制原理图的教学方法研讨较少。从以往文献的教学流程可以看出对于原理图的教学方法有很多，如刘文胜老师在《〈机床电气控制课程〉教学改革与实践》中提到了教学流程说明，他把教学流程分为五步：一是资讯，二是决策，三是计划，四是实施，五是检查与评估。在资讯中主要是一些引导问题，其中第三条是电动机点动和长动电气控制线路的原理图和接线图。从此可以看出，他是先给学生提供了整体的原理图，然后根据原理图分析动作原理以及器件的选择等等。郝文莉老师在《机床电气控制线路的教学方法》中也提出了机床原理图的学习方法，她在文章中的第二部分以T68为例介绍了教学过程。她把学习过程分成元器件介绍，在原理图分析时把整体电路分成了主电路、辅助电路、控制电路等进行讲解学习，也就是在学习讲解时把整个原理图给了学生。

四、IT教学法

IT教学法，也称发现法、探究式教学法、研究法，最早提出在教学中使用这种方法的是美国教育家杜威。IT教学法是指学生在学习概念和原理时，从一些事例和问题出发，让学生通过阅读、观察、实验、思考等途径，以发现并掌握相应原理和结论的一种方法。它的指导思想是在教师的指导下，以学生为主体，让学生参与到问题的讨论之中，主动探索，掌握认识和解决问题的方法和步骤。具体到机床电气控制课程，就是通过IT教学法，培养学生的设计思想、创新思维，从而实现教育的主要目的，在让学生学会大量知识的同时，学会科学研究的过程和方法。

五、IT教学法Y-降压启动课程设计

1.导入

大功率电动机（一般指额定功率在10kW以上）在启动时会产生很大启动电流，启动电流一般为电动机额定工作电流的4～6倍。较大的启动电流主要会带来两点不利影响：一是大电流会使电动机发热，容易烧坏电动机；二是大电流会冲击同线路中的其他电器，影响其他电器的正常工作。所以在实际生产中，为了减小大功率电动机较大启动电流带来的破坏作用，一般在启动时采取降压的方式。

2.IT教学法教授Y-降压启动的步骤

（1）提出问题。电动机用形接法时，定子相电压是380V，而采用Y形接法时，定子线圈上的相电压是220V。所以对于在正常工作时采用形接法的电动机来说，如果启动时接成Y形，那么启动电流就会变小，等到电动机转速基本上达到额定转速时再接成形就可以正常工作了。通过这个过程，实现电动机降压启动。那么怎么才能通过继电器-接触器来实现这一控制过程呢。

（2）分析过程。这个过程，教师要引领同学们一起思考，一个小问题一个小问题地解决。每一个小问题都是以前学习过的内容，所以可以采取让学生自己来描述，或者是让学生用多媒体画出来，让学生们积极参与问题的整个思考过程，增强学生主动性。

第一，主电路分析。要实现Y-降压启动，我们很自然地得知要在同一台电动机上必须接成Y和形两种形式。那么，此时教师可以让学生画出Y形接法。学生画出电路图后，教师注意提醒学生因为需要短路、过载保护，需要熔断器和热继电器保护。因为Y形法需要进行通断控制所以需要加上接触器，最后效果如图1所示。然后，教师再接着分析，如何把电动机接成形，并引导学生共同完成，如图2所示。KM和KMY能不能同时闭合？如果同时闭合会造成电路短路，所以KM和KMY需要互锁。

图1 电动机可通断控制的Y形接法

图2 电动机可通断控制的Y-形接法

第二，控制电路分析。在完成主电路的设计以后，教师要和学生再分析一遍要实现Y-启动过程原理。Y-降压启动过程就是在启动时电动机用Y形接法，相电压为220V，此时需要KM和KMY主触头闭合。当电动机转速升高以后，电动机要变为形接法，即需要KM和KM接触器主触头闭合。控制电路主要实现这两个功能就可以了。控制电路引导问题的提出及教学过程如下：问题引导部分由教师引导，和学生一起完成。原理图的绘制由学生独立完成。在表中的步骤全部完成后，再带领学生按总的电路图分析一遍Y-降压启动的全过程。

控制电路IT教学法设计教学过程：

①引导问题：辅助电路短路保护。

解决思路：在线路中加入熔断器。

对应原理图（图3）。

图3

②引导问题：电动机过载保护。

解决思路：在控制线路中加入热继电器常闭触头。

对应原理图（图4）。

图4

③引导问题：电动机停止。

解决思路：常闭按钮。

对应原理图（图5）。

图5

④引导问题：电动机Y形接法，降压启动。

解决思路：KM和KMY主触头闭合，KM和KMY线圈通电。

对应原理图（图6）。

图6

⑤引导问题：电动机需要连续运转。

解决思路：SB1需要自锁，转子转速升高后KMY需要断电，所以可以把KM常开并联在SB1两端。

对应原理图（图7）。

图7

⑥引导问题：电动机形接法，正常工作，并且一开始不能直接通电，所以需要一个开关控制，并且正常工作时要连续运转，所以开关处要形成自锁。

解决思路：KM线图用一个常开按钮控制接入电路，并且把KM常开辅助触头并联在按钮两边。

对应原理图（图8）。

图8

⑦引导问题：KMY和KM互锁。

解决思路：在KMY线圈和KM线圈电路中分别加入对方的常开辅助触头。

对应原理图（图9）。

图9

⑧引导问题：电动机转速升高以后，由Y形接法转变为接法时，即SB2接通之前，KMY线圈必须断开。

解决思路：把SB2按钮的常闭触头接到KMY线圈电路中。

对应原理图（图10）。

图10

参考文献：

[1]何克抗.多媒体课件及网络课程在教学中的运用[J].中国大学教学，2007（5）.

（作者单位：山东商务职业学院）