基于卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)的電機(jī)學(xué)課程教學(xué)改革

許瑾+張安安+趙萬(wàn)明

[摘 要]電機(jī)學(xué)課程作為電氣工程專業(yè)學(xué)生從公共基礎(chǔ)課過(guò)渡到專業(yè)技術(shù)課程之間的橋梁，在教學(xué)環(huán)節(jié)中具有舉足輕重的地位?；谧吭焦こ處熑瞬排囵B(yǎng)計(jì)劃，以學(xué)生為中心，立足校本教研，從教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、教學(xué)方法融合以及多層次實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)等方面對(duì)西南石油大學(xué)電機(jī)學(xué)課程教學(xué)改革進(jìn)行了分析和探索，以期達(dá)到培養(yǎng)工程應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才的目標(biāo)。

[關(guān)鍵詞]卓越工程師；電機(jī)學(xué)；教學(xué)改革；實(shí)踐教學(xué)

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2017）01-0077-03

一、引言

2014年西南石油大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)被列入四川省普通本科高等學(xué)校卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃試點(diǎn)專業(yè)。基于“面向工程、寬基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、重應(yīng)用”的卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)，以學(xué)生為主體，遵循工程知識(shí)能力培養(yǎng)的教育規(guī)律，采用多元化教學(xué)模式的改革思路，構(gòu)建將實(shí)用性理論課程教學(xué)、開放型實(shí)踐教學(xué)和具有行業(yè)特色的科研訓(xùn)練三方面結(jié)合的課程體系是我校電氣工程專業(yè)開展卓越工程師教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃工作的重點(diǎn)。

電機(jī)學(xué)課程作為電氣工程專業(yè)學(xué)生從公共基礎(chǔ)課過(guò)渡到專業(yè)技術(shù)課程之間的橋梁，在教學(xué)環(huán)節(jié)中具有舉足輕重的地位。本文圍繞卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)，在工程教育背景下理解電機(jī)類課程的內(nèi)涵，找差距、轉(zhuǎn)理念、抓實(shí)踐，探索其課程建設(shè)與改革的措施。

二、電機(jī)學(xué)課程改革措施

（一）優(yōu)化課程內(nèi)容

我校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)于2014年啟動(dòng)人才培養(yǎng)方案優(yōu)化工作，并于2015年開展工程教育認(rèn)證申請(qǐng)工作。以此為契機(jī)，在充分體現(xiàn)“夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，加強(qiáng)工程技能訓(xùn)練，凸顯工程特色”的課程體系構(gòu)建原則基礎(chǔ)上，我們對(duì)電機(jī)學(xué)課程內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。

在教學(xué)內(nèi)容方面的改革，突出內(nèi)容要“精而新”，實(shí)用性要強(qiáng)?！熬斌w現(xiàn)在在專業(yè)課學(xué)時(shí)被壓縮的情況下，我們認(rèn)真梳理電機(jī)學(xué)系列課程的教學(xué)內(nèi)容，克服以往各課程內(nèi)容自我封閉、課程間存在教學(xué)內(nèi)容重復(fù)、缺乏系統(tǒng)性等缺陷，將系列課程進(jìn)行必要的重組和優(yōu)化。在2015版卓越工程人才培養(yǎng)計(jì)劃中，課程組將原來(lái)單獨(dú)開設(shè)的電機(jī)學(xué)、電力拖動(dòng)基礎(chǔ)和控制電機(jī)三門課程進(jìn)行了整合，教學(xué)內(nèi)容劃分為6個(gè)單元：電機(jī)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、變壓器、直流電機(jī)、異步電機(jī)、同步電機(jī)、電動(dòng)機(jī)的選擇與特種電機(jī)。需要強(qiáng)調(diào)的是，教學(xué)內(nèi)容上的精不是一味地通過(guò)刪除、壓縮原有教學(xué)內(nèi)容，電機(jī)學(xué)的教學(xué)內(nèi)容依然要把握變壓器、直流電機(jī)、異步電機(jī)和同步電機(jī)這條主線，系統(tǒng)講解四類主要電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、電磁關(guān)系、運(yùn)行特性、控制方法、相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算方法，適當(dāng)弱化學(xué)生難理解的理論分析和與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系不多的計(jì)算推導(dǎo)等環(huán)節(jié)內(nèi)容。在編寫教學(xué)大綱時(shí)，我們將每個(gè)章節(jié)和知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)化，并與卓越人才培養(yǎng)和工程認(rèn)證要求的指標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)應(yīng)，使電機(jī)學(xué)課程內(nèi)容既具有獨(dú)立特點(diǎn)，同時(shí)又具有關(guān)聯(lián)性。

“新”體現(xiàn)在要摒棄過(guò)時(shí)的內(nèi)容，緊跟科學(xué)技術(shù)的最新發(fā)展，反映科學(xué)前沿技術(shù)成果。要選擇合適的教材，同時(shí)在授課內(nèi)容上要突破教材編排的框架，通過(guò)多媒體手段引入與課堂授課內(nèi)容相關(guān)的工程實(shí)例及科研項(xiàng)目。當(dāng)然，這需注意理論和項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度，要根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)、理解力等去設(shè)置和開展，否則會(huì)引起學(xué)生的恐懼和厭學(xué)心理。

此外，優(yōu)化電機(jī)學(xué)課程內(nèi)容，還需要密切關(guān)注電機(jī)學(xué)關(guān)聯(lián)性課程體系的建設(shè)和發(fā)展。電機(jī)學(xué)在學(xué)習(xí)分析過(guò)程中需要應(yīng)用電路、工程電磁場(chǎng)等學(xué)科知識(shí)去掌握電機(jī)分析理論和方法，電機(jī)在工程中的應(yīng)用則需要配合電機(jī)拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)、電力電子技術(shù)、新能源發(fā)電技術(shù)等專業(yè)課程，電機(jī)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的開展需要學(xué)習(xí)掌握例如ANSOFT、MATLAB及LabVIEW等軟件。本專業(yè)在制定第二課堂教學(xué)計(jì)劃時(shí)，已將上述內(nèi)容融入學(xué)生認(rèn)知能力的不同階段，同時(shí)配套完成了電機(jī)學(xué)關(guān)聯(lián)性課程多樣化理論和實(shí)踐教材建設(shè)的撰寫。

（二）改革教學(xué)方式

教學(xué)內(nèi)容的拓展需要配合多樣的課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)方式開展。要轉(zhuǎn)變學(xué)生對(duì)理論性強(qiáng)、概念抽象的電機(jī)學(xué)學(xué)習(xí)興趣不高，以記憶為終結(jié)多，以理解實(shí)踐為結(jié)果少、效果差的情況，課程教學(xué)方式改革是關(guān)鍵。

目前，基于以教師為主體的LBL教學(xué)模式，以學(xué)生為主體的PBL、PjBL教學(xué)模式被廣泛討論。其中LBL教學(xué)方式可充分發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用，利用其專業(yè)素養(yǎng)對(duì)課程知識(shí)作全面和系統(tǒng)的分析講解，保證知識(shí)傳授環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確性、連貫性。通過(guò)現(xiàn)代教學(xué)手段豐富課堂內(nèi)容和表現(xiàn)形式，有利于學(xué)生的理解，但是不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主權(quán)和積極性，不利于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力。

PBL教學(xué)方式注重學(xué)生思維方法和實(shí)際能力的訓(xùn)練，以真實(shí)開放性的問(wèn)題為學(xué)習(xí)載體，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)與解決問(wèn)題的能力。PjBL是以完成項(xiàng)目為學(xué)習(xí)載體，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生以團(tuán)隊(duì)為主體，進(jìn)行學(xué)科交叉、協(xié)作學(xué)習(xí)，自主探究。上述兩者都是基于CDIO教育理念構(gòu)建人才培養(yǎng)模式的具體措施，是一種基于過(guò)程的學(xué)習(xí)模式。過(guò)程式課程模式需遵循工程生命周期，依據(jù)學(xué)生在不同年級(jí)以簡(jiǎn)單工程、中等工程到復(fù)雜工程的學(xué)習(xí)順序形成螺旋上升的課程體系。[1][2]現(xiàn)階段該類方法在教學(xué)環(huán)節(jié)中全面實(shí)施的難度較大，且若只是階段性開展，往往會(huì)讓學(xué)生將注意力集中到具體問(wèn)題和項(xiàng)目的處理上，從而忽略知識(shí)的系統(tǒng)性，造成學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)掌握不扎實(shí)。

基于上述分析及電機(jī)學(xué)課程的特點(diǎn)，筆者認(rèn)為電機(jī)學(xué)教學(xué)要能夠動(dòng)靜相宜。所謂“靜”，即教師作為引導(dǎo)者，要嚴(yán)格把握培養(yǎng)目標(biāo)和課程知識(shí)構(gòu)架間的嚴(yán)謹(jǐn)與統(tǒng)一，實(shí)質(zhì)關(guān)系是靜態(tài)的，但絕不是封閉的。所謂“動(dòng)”，即對(duì)應(yīng)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過(guò)程、教學(xué)空間是動(dòng)態(tài)的，開放的。教學(xué)內(nèi)容不拘泥于教材，教學(xué)過(guò)程不以掌握結(jié)論為目的，教學(xué)空間不局限在校內(nèi)的三尺講臺(tái)。

他們間的結(jié)合具體可采用以下方式。每次授課前，教師先給學(xué)生提供課前自學(xué)提綱、問(wèn)題及要求（自學(xué)內(nèi)容可以是書本的知識(shí)點(diǎn)，也可以是基于知識(shí)點(diǎn)引出的問(wèn)題或者相關(guān)科研項(xiàng)目），要求學(xué)生查閱資料，完成課前作業(yè)。

在課堂上抽出部分時(shí)間由學(xué)生進(jìn)行討論，教師對(duì)學(xué)生自學(xué)情況的反饋進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。在此基礎(chǔ)上，教師采用板書、教具和現(xiàn)代教育技術(shù)相結(jié)合的手段進(jìn)行重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)的講解和梳理。例如在講解電機(jī)復(fù)雜電磁關(guān)系時(shí)，通過(guò)板書教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生思維、控制節(jié)奏；講解電機(jī)結(jié)時(shí)，需充分利用模型教具和多媒體課件，直觀展現(xiàn)電機(jī)外形，內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，使抽象的內(nèi)容變得具體。講解電機(jī)工作特性時(shí)，應(yīng)配合電機(jī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將實(shí)驗(yàn)帶入課堂，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臉?gòu)建、參數(shù)的調(diào)整等觀察特性曲線的變化，直觀地觀察電機(jī)運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)。同時(shí)，教師要注意知識(shí)引導(dǎo)和凝練，讓學(xué)生在課堂上有溫故而知新的效果，有意味深長(zhǎng)的感覺。

課后學(xué)生通過(guò)作業(yè)、虛擬仿真及實(shí)物實(shí)驗(yàn)等多種方式完成自學(xué)和課堂內(nèi)容的總結(jié)報(bào)告，并進(jìn)行考核，計(jì)入成績(jī)綜合評(píng)定系統(tǒng)。

通過(guò)學(xué)生課前自學(xué)、課堂教師精講和課外拓展這一不同形式組合的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)過(guò)程，能調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性。自學(xué)過(guò)程培養(yǎng)了學(xué)生借助各種手段獲取知識(shí)的能力以及分析和思考問(wèn)題的能力。課堂上師生間信息的互動(dòng)與反饋，建立了學(xué)習(xí)效果閉環(huán)反饋系統(tǒng)，可以讓教師及時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，優(yōu)化課程內(nèi)容，進(jìn)行有針對(duì)性的知識(shí)傳授。課后，借助于各種實(shí)踐平臺(tái)，學(xué)生可以讓將理論知識(shí)滲透在實(shí)踐過(guò)程和科研訓(xùn)練中，這拓展了學(xué)生電機(jī)學(xué)知識(shí)的領(lǐng)域。

（三）構(gòu)建電機(jī)學(xué)多層次實(shí)踐教學(xué)體系

上述教學(xué)方案的實(shí)施需要學(xué)生具有較強(qiáng)的自學(xué)能力和思維能力，經(jīng)過(guò)卓越班層層選拔的學(xué)生具有這樣的基本素質(zhì)。同時(shí)，在整個(gè)教學(xué)計(jì)劃實(shí)施的環(huán)節(jié)中，教師都需要結(jié)合教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建多層面的實(shí)踐教學(xué)體系，提供良好的教學(xué)環(huán)境，配合教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化學(xué)生的工程意識(shí)、工程素養(yǎng)，鍛煉學(xué)生的工程能力。

目前，我校電機(jī)學(xué)實(shí)踐教學(xué)體系主要包含課程綜合實(shí)踐、創(chuàng)新型實(shí)踐和校企聯(lián)合的生產(chǎn)實(shí)踐三部分。

1.課程綜合實(shí)踐

課程綜合實(shí)踐目前主要基于電機(jī)及控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行。為加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，我校單獨(dú)開設(shè)了電力拖動(dòng)綜合實(shí)驗(yàn)課程，并對(duì)實(shí)驗(yàn)資源進(jìn)行了整合，調(diào)整了基礎(chǔ)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的比例。該實(shí)踐環(huán)節(jié)遵循從簡(jiǎn)單驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)出發(fā)到綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的過(guò)渡，實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐教學(xué)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從定性分析到定量?jī)?yōu)化，從學(xué)生實(shí)驗(yàn)技巧的培養(yǎng)到學(xué)生設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力提升的過(guò)渡。

2.創(chuàng)新型實(shí)踐

創(chuàng)新型實(shí)踐環(huán)節(jié)是卓越工程師人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)中的重點(diǎn)，學(xué)生們通過(guò)第二課堂、開放性實(shí)驗(yàn)、各種設(shè)計(jì)大賽等實(shí)踐活動(dòng)，從大一起就開始接受工程實(shí)踐的熏陶。就電機(jī)學(xué)相關(guān)創(chuàng)新型實(shí)踐活動(dòng)而言，我校建立了電機(jī)學(xué)系列課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)提供了基于ANSOFT等仿真軟件構(gòu)建的電機(jī)模型，學(xué)生可以通過(guò)三維動(dòng)畫等直觀了解各種電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)特征，可以通過(guò)加載相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，直接觀察電磁場(chǎng)的分布狀況和分布特點(diǎn)等?；贛atlab軟件構(gòu)建的電機(jī)學(xué)課程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以使學(xué)生通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)操作或自己設(shè)計(jì)搭建實(shí)驗(yàn)電路，掌握電機(jī)運(yùn)行控制原理、控制策略和各類電機(jī)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行性能等。

虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容由淺入深，采用虛擬仿真與硬件實(shí)物相結(jié)合的教學(xué)方法，可實(shí)現(xiàn)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置、技術(shù)指標(biāo)、原理方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)模擬仿真、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析計(jì)算、系統(tǒng)分析改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告等一系列完整的工程化訓(xùn)練。該虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)擺脫了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室空間和時(shí)間的限制，為學(xué)生在電機(jī)學(xué)等基礎(chǔ)性學(xué)習(xí)與工程探究性學(xué)習(xí)中提供互動(dòng)、啟發(fā)、探究式的研學(xué)輔助手段與工具。

根據(jù)卓越工程師人才培養(yǎng)方案要求，本專業(yè)還增設(shè)了工程實(shí)踐與科技創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)。該實(shí)踐環(huán)節(jié)項(xiàng)目旨在依托電氣學(xué)科優(yōu)勢(shì)和學(xué)校石油專業(yè)特色，充分利用校企資源，結(jié)合教師和企業(yè)科研項(xiàng)目引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行綜合性工程實(shí)踐項(xiàng)目，建立實(shí)踐教學(xué)與科學(xué)研究的聯(lián)系。[3]實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目包含采用變頻調(diào)速等技術(shù)對(duì)油田廣泛使用的抽油機(jī)、注水泵等大型耗能設(shè)計(jì)進(jìn)行技術(shù)改造，油田用變壓器故障檢測(cè)及判斷，太陽(yáng)能充電背包設(shè)計(jì)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，新能源發(fā)電與并網(wǎng)系統(tǒng)的建模與仿真等從實(shí)際工程項(xiàng)目及有工程背景的科學(xué)研究中提煉出的內(nèi)容。

該實(shí)踐環(huán)節(jié)要求學(xué)生在遵循科學(xué)性、可行性和創(chuàng)新性的原則下完成從項(xiàng)目設(shè)計(jì)構(gòu)思、方案論證到調(diào)試、撰寫總結(jié)報(bào)告的全過(guò)程。通過(guò)實(shí)訓(xùn)和考核，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)前一階段理論學(xué)習(xí)的深化和實(shí)踐能力培養(yǎng)的升華，充分檢驗(yàn)學(xué)生綜合素質(zhì)、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)效果。

3.校企聯(lián)合的生產(chǎn)實(shí)踐

面向卓越工程師培養(yǎng)的電機(jī)學(xué)生產(chǎn)實(shí)踐環(huán)節(jié)，主要利用校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地和長(zhǎng)期固定的校企合作實(shí)習(xí)基地，使學(xué)生真正接觸到電機(jī)實(shí)物，讓學(xué)生了解電機(jī)在實(shí)際工業(yè)過(guò)程中運(yùn)行、檢修、維護(hù)、研發(fā)等環(huán)節(jié)。同時(shí)積極邀請(qǐng)川開電氣、東方電機(jī)、四川電力公司、青峰嶺教學(xué)電廠等企業(yè)的相關(guān)技術(shù)人員開展技術(shù)講座，并建立企業(yè)工程師和校內(nèi)教師的雙導(dǎo)師制，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)工程實(shí)踐項(xiàng)目，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的工程能力、工程意識(shí)和工程素養(yǎng)。

三、總結(jié)

電機(jī)學(xué)課程改革之路任重而道遠(yuǎn)，在卓越工程師人才培養(yǎng)計(jì)劃指導(dǎo)下，以學(xué)生為中心，構(gòu)建科學(xué)合理的電機(jī)學(xué)課程體系，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)手段、強(qiáng)化多層次的實(shí)踐環(huán)節(jié)建設(shè)，進(jìn)一步理解并實(shí)現(xiàn)電機(jī)學(xué)教學(xué)環(huán)節(jié)中課程理論與工程實(shí)踐，知識(shí)體系與能力培養(yǎng)之間的有機(jī)融合，我們還需不斷學(xué)習(xí)和探索。改革的目標(biāo)是為了學(xué)生，教師應(yīng)該結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況因材施教，這樣才能達(dá)到改革的最佳效果。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 李茂國(guó)，朱正偉.面向工程過(guò)程的課程體系研究[J].高等工程教育研究，2014（4）：1-5.

[2] 胡志剛.工程型本科人才培養(yǎng)方案及其優(yōu)化[J].高等工程教育研究，2014（6）：20-28.

[3] 張安安，王洪誠(chéng).創(chuàng)新型特色電氣工程專業(yè)建設(shè)的探索與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2010（35）：28-29.

[責(zé)任編輯：陳 明]