5.1 直流电动机（教案）《汽车电工电子》上好课（苏教版·凤凰职教）

《汽车电工电子》教案 详细教案 一、设计摘要 课程课题 5.1 直流电动机 授课教师 1 学时数 1 授课班级 人数 授课时间 教学地点 理实一体化教室 二、设计意图 学情分析 本次授课对象为中职汽车维修专业学生，学生已经学习电路基础、磁场电磁感应相关知识，具备基础电学认知。中职学生普遍特点是抽象逻辑偏弱，对于看不见的磁场、电机内部电流换向原理理解存在困难，更喜欢图片、实物、案例、生活汽车实例，厌烦纯理论文字讲授。部分学生学习主动性不足，但对汽车实物部件好奇心强，乐于动手观察零部件。学生已经接触过汽车车窗、雨刮器等电器，知道这些部件由电机驱动，但不了解直流电机内部构造、工作原理，分不清不同励磁电机特性，对步进电机在汽车怠速控制上的应用认知空白。教学需要结合汽车真实案例，配合电机实物拆解图片、示意图，降低理论难度，把抽象原理转化成具象汽车场景，调动学生学习积极性，兼顾理论识记和岗位实用技能培养。 背景分析 直流电动机是单元五电动机的核心课时，是后续学习汽车各类电机、新能源驱动电机的基础。在现代汽车上大量应用直流电机，车窗、雨刮、鼓风机、电动座椅都依靠直流电机工作；步进电机作为特殊控制电机，直接参与发动机怠速控制，属于汽车维修岗位必须掌握的知识点。本课程选自苏教版凤凰职教《汽车电工电子》，课程对接中职汽车专业新课标，立足汽车维修岗位实际需求，既要掌握电机理论知识，又要建立汽车电气元件故障分析思维，培养电工安全操作意识。学好本节内容，能够为后续汽车电器故障检修打下理论根基，帮助学生理解汽车电器执行元件工作逻辑，对接将来岗位维修工作。 学习目标 设定 情感目标 知识目标 能力（技能）目标 掌握直流电动机三大组成部分：定子、转子、气隙；熟悉定子、转子各零部件功能；掌握直流电动机按照励磁方式划分的四类：他励、并励、串励、复励；理解直流电机基本工作原理、换向器作用；掌握直流电机启动、制动、反转的控制方式；了解步进电机结构原理，掌握直流电机、步进电机在汽车上典型应用场景。 能够识别直流电动机定子、换向器、电枢绕组等核心零部件；可以区分四种励磁方式电机的接线特点；能够说出直流电机启动、制动适用场合；可以结合汽车实例分析电机的实际用途；能够辨别直流电机反转的正确操作方法，具备看懂简易电机原理图的能力，初步形成汽车电气部件的观察、分析能力。 树立严谨电工安全意识，明白电机电路短路、过载带来的安全风险；提升对于汽车电气部件的学习兴趣；养成规范观察电气元件的职业习惯；体会电机在汽车工业的价值，建立岗位认同感，小组合作学习过程中培养协作探究意识 学习任务 描述 本节课总任务：认识直流电动机，掌握结构原理分类控制汽车应用完整知识链条。 教学资源 准备 教师准备：讨论主题、学生任务书； 学生准备：在线讨论、完成任务书。 教学重点 直流电动机定子、转子的结构与各零部件功能； 直流电动机四种励磁方式分类； 教学难点 换向器的工作原理，理解为什么直流电机需要换向器； 能耗制动、反接制动、回馈制动三者原理与适用场景区分； 教学难点突破方法 利用动态示意图、结构解剖图，把看不见的电流方向变化可视化，拆解换向器工作两个状态分步讲解；表格对比三种制动方式的原理、优缺点、使用场景，结合起重机、汽车下坡实例讲解回馈制动； 三、教学策略 教法 讲授法、演示法、讨论法； 学法 小组讨论法、自主阅读法。 四、教学资源 教材工具材料 《汽车电工电子》，主编：王蓉、顾玲芙；江苏凤凰教育出版社出版。 教学情景 创设 五、教学过程 教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 新课导入（2分钟） 教师展示汽车图片，抛出导入提问：同学们，我们汽车升降车窗、刮下雨雨水的雨刮器、鼓风机吹冷热风，这些装置靠什么部件来运动？引出电动机，其中直流电动机在汽车电器中使用最多。展示机械臂维修插图，引导学生思考电动机在设备中的价值，顺势引出本节课课题 PPT 展示汽车电器图片，向学生发起提问，收集学生回答，总结：汽车上大量电器执行元件依靠直流电机驱动，想要看懂汽车电器故障，我们必须搞懂直流电动机的内部构造和工作规律，引出本节课学习目标。 思考教师提问，举手发言，列举自己知道的汽车用电动机的部件，明确本节课学习任务。 利用学生熟悉的汽车生活实例导入，激发学生好奇心，建立生活和专业知识的联系，快速把学生带入课堂情境，明确本节课学习价值。 探索 新知（20分钟） 直流电动机整体分为定子、转子（电枢）、空气隙三大部分。定子属于静止部件，包含主磁极、换向磁极、电刷、机座、端盖、轴承。重点讲解主磁极：由铁芯和励磁绕组组成，通电后产生主磁场；换向磁极改善换向，减少工作火花；电刷装置是转动转子和外部电源的电路桥梁。 转子也叫电枢，包含电枢铁芯、电枢绕组、换向器。电枢铁芯由 0.5mm 硅钢片叠压；电枢绕组通电后在磁场产生电磁力输出转矩；换向器是直流电机特有部件，铜片之间云母绝缘，作用改变线圈内部电流方向，保障转子持续朝一个方向旋转。 空气隙：定子和转子之间缝隙，小型电机 0.55mm，大型 510mm，气隙大小会直接影响电机磁场工作效果。结合解剖示意图，逐个认识零部件。电刷接入直流电源，线圈处在磁场当中，通电导体受到电磁力产生转矩开始转动；线圈转过半圈，如果电流不变，受力方向会反转，电机就会来回摆动无法持续旋转。换向器配合电刷，在线圈转过半圈瞬间改变线圈内部电流方向，保证电磁转矩方向不变，转子持续单向旋转。展示两组电流方向示意图分步讲解换向全过程，破解本节课难点换向器原理 播放 PPT 结构图，指图讲解各个零部件功能；分步拆解换向器工作的两个状态；巡回查看小组学习情况，对基础薄弱学生进行点拨，抛出提问 “如果没有换向器，直流电机会发生什么现象？” 启发学生思考。 观察电机解剖图，小组讨论思考教师问题；在任务单标注定子转子关键零件；记录换向器核心作用；小组代表分享思考结果。 借助图片把抽象内部结构可视化，小组探究突破换向器原理难点，落实知识目标，让学生能够识别电机零部件。 学 习 新 知（20分钟） 直流电机分为永磁式、励磁式；励磁式分为他励、并励、串励、复励四种。结合电路简图讲解：①他励：电枢绕组、励磁绕组使用两套独立电源；②并励：励磁绕组和电枢绕组并联，共用一个电源；③串励：励磁绕组和电枢绕组串联，励磁电流等于电枢电流；④复励：同时存在串联绕组和并联绕组，特性介于串励、并励两者之间。简单说明负载变化时转速的变化特点。铭牌代表电机身份，型号、额定功率、电压、电流、转速、定额、温升是重要工作参数。 启动：大容量电机禁止直接启动，直接启动冲击电流巨大，损坏换向器齿轮；启动方案：降压启动适合他励电机；电枢回路串联电阻启动适合并励、串励、复励。 制动三种方式：①能耗制动：电枢脱离电网，接上制动电阻，依靠惯性转动发电，产生反向制动转矩；②反接制动：反向接入电枢电压，制动力大停机快，但是冲击大，适合急停反转；③回馈制动，转速超过空载转速，电机变成发电机，动能回馈电网，适合起重机下放重物、机车下坡。 反转：两种途径，改变电枢电流方向，或者改变励磁磁场方向；实际维修常用改变电枢电流方向，操作简单安全；不可以两者同时改变。步进电机把电脉冲信号转为机械转角；分类按照相数、磁阻 / 永磁 / 混合式。汽车主要用途：怠速控制阀，脉冲信号控制阀门开度，调节进气量稳定发动机怠速，降低油耗排放。 普通直流电动机汽车应用：雨刮器、电动车窗、鼓风机、电动后视镜、电动座椅。总结直流电机优缺点。 展示四种励磁电路示意图，对比讲解；表格梳理三种制动方式；重点强调维修实操考点：电机反转的实操方法；结合汽车实物案例讲解电机应用；组织小组讨论：汽车上还有哪些地方用到直流电机或者步进电机。组织课堂练习，完成单选判断题，当堂检测掌握情况。 识图区分四类励磁电机；完成随堂习题；小组讨论汽车电机应用案例，做好笔记，跟随老师梳理知识点。 对接汽车维修岗位实操考点，区分易混淆知识点，习题当堂巩固，实现理实结合，落实能力目标与情感目标，建立安全操作意识。 课堂 总结（2分钟） 结合思维导图，梳理本节课全部知识框架：结构（定子、转子、气隙）— 工作原理换向器作用 — 四种励磁分类 — 启动制动反转控制 — 步进电机、直流电机汽车应用。梳理本节课重点，回顾易考考点：换向器作用、反转方法、步进电机汽车用途，大容量电机不能直接启动。 布置下节课任务（1分钟） 布置下节课任务（1分钟） 预习下节课内容 布 置 作业（1分钟） 1.课后简答题：①简述直流电动机换向器的作用；②直流电动机有哪几种制动方式？③写出三个汽车上直流电动机的应用实例。 2. 预习下一节交流电动机内容；完成课本课后习题。 板书 设计 一、直流电动机结构（三大组成） 定子（静止部分） 主磁极：铁芯 + 励磁绕组，通电产生主磁场 换向磁极：减小工作火花，改善电流换向 电刷装置：外部电源与转子之间的导电桥梁 机座、端盖、轴承：支撑、固定全部零部件 转子（电枢转动部分）★重点 电枢铁芯：0.5mm 硅钢片叠压而成，安放绕组 电枢绕组：通电受电磁力，输出转动转矩换向器★★核心特有部件：铜换向片 + 云母绝缘；作用：改变电枢线圈内部电流方向，保障转子持续单向旋转。 气隙：定子、转子之间间隙；小型电机 0.55mm，大型电机 510mm；气隙大小直接影响电机磁场性能。 二、工作原理 通电线圈置于磁场→通电导体受电磁力，产生转矩； 线圈转过半圈受力方向会反转； 依靠换向器 + 电刷配合改变线圈电流方向，维持转矩方向不变，电机持续旋转。 思考：若无换向器，电机只会来回摆动，不能连续转动。 三、按励磁方式分类 他励：电枢、励磁绕组分别接独立电源 并励：励磁绕组与电枢绕组并联 串励：励磁绕组与电枢绕组串联 复励：既有串联绕组，又有并联绕组，特性介于串励、并励之间 四、直流电动机的控制 1. 启动：大容量电机严禁直接启动（电流过大损坏换向器） 降压启动（适合他励电机）；电枢回路串电阻启动（适合并励、串励、复励） 2. 制动三种方式 能耗制动：电枢脱离电网接制动电阻，靠惯性发电产生制动力 反接制动：反向接入电枢电压，制动快、冲击大，适合急停 回馈制动：转速＞空载转速，电机发电，电能回馈电网（起重机、机车下坡） 3. 反转★实操考点 两种途径：①改变电枢绕组电流方向（实际维修常用，简单安全）；②改变励磁磁场方向。 ⚠️注意：不可同时改变两者电流方向，电机转向不变。 五、汽车中的应用 直流电机：雨刮器、电动车窗、鼓风机、电动座椅、电动后视镜 步进电机：怠速控制阀，脉冲信号控制进气量，稳定发动机怠速，降低油耗。 副板书（黑板右侧，随课堂动态书写，可擦写） 1. 绘制简易转子换向器示意图；四种励磁方式简易电路草图。 2. 易错判断题记录：大容量直流电机可以直接启动（×）；反转同时改电枢与磁场电流方向（×）。 3. 课堂简答题目：换向器的作用？三种制动方式？汽车直流电机实例。 4. 课堂学生发言关键点记录。 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 本节课依托汽车实例，结合图片示意图，将抽象电机理论转化为中职学生容易理解的内容，理实一体化课堂能够调动大部分学生课堂参与，多数同学可以识别直流电机零部件，记住励磁分类、汽车应用，随堂习题整体完成较好。但教学过程中也暴露出一些问题。 第一，部分学生对于换向器动态工作过程理解依旧有障碍，只记住结论，没有真正懂原理；三种制动方式原理抽象，少数学生分不清三种制动适用场景。后续教学可以增加简易小动画演示换向器、制动工作流程，增加短视频资源辅助教学。 第二，课堂小组讨论的时候，少数学困生参与度不高，被动听小组其他同学发言。后续教学设计要设计分层小任务，给基础薄弱学生设置简单的识图、找部件任务，让每一位学生都可以参与课堂活动。 第三，受 1 学时 45 分钟时间限制，本节课只能使用图片素材，没有办法现场拆解真实直流电机实物。如果条件允许，后续可以开设实训课时，拿电机实物，让学生直接观察换向器、电枢绕组，实现真正理实一体化，加深学生感性认知。 第四，今后教学要更多对接汽修岗位故障案例，例如汽车车窗电机不工作故障，结合本节课电机知识简单分析故障可能原因，进一步拉近理论和维修岗位的距离，提升学生专业岗位认同感。同时持续渗透电工安全规范，不断强化学生安全操作意识 教师分配任务 学分组讨论 学生问题提问 学生分组回答 教师总结 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $