基于CDIO模式的“電機(jī)學(xué)”教學(xué)探索＊

朱珠

基于CDIO模式的“電機(jī)學(xué)”教學(xué)探索＊

朱珠

（河海大學(xué) 能源與電氣學(xué)院，江蘇 南京 211100；銅陵學(xué)院 電氣工程學(xué)院，安徽 銅陵 244000）

探討了基于CDIO模式的“電機(jī)學(xué)”教學(xué)改革的可行性。論述了如何從教學(xué)模式、教學(xué)方法及教學(xué)內(nèi)容三個(gè)方面有效提高“電機(jī)學(xué)”課程教學(xué)效果。從而充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)課程全過(guò)程的積極性，并切實(shí)提高他們解決具體問(wèn)題的能力。

CDIO理念；“電機(jī)學(xué)”課程；教學(xué)改革；教學(xué)方法

工程師開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的一般步驟是構(gòu)想（Conceive）—設(shè)計(jì)（Design）—實(shí)施（Implement）—操作（Operate），即CDIO四部曲。美國(guó)麻省理工學(xué)院率先將CDIO理念引入工科工程教育中并成效顯著[1]。俄羅斯、日本和歐洲部分國(guó)家也相繼展開(kāi)相近研究并取得一定成果[2-4]。國(guó)內(nèi)多所高校也開(kāi)始嘗試發(fā)揮CDIO理念在工科工程教育中的作用。浙江科技大學(xué)以信息與電子工程學(xué)院為例，基于CDIO開(kāi)展了教學(xué)改革與創(chuàng)新，全面修訂課程體系和評(píng)估方法，并將CDIO寫(xiě)入教學(xué)大綱[5]。上海第二工業(yè)大學(xué)基于CDIO模式對(duì)“軟件測(cè)試”課程進(jìn)行了教學(xué)改革，取得良好的教學(xué)效果并達(dá)到現(xiàn)代工程教育改革的目標(biāo)[6]。這些案例均體現(xiàn)CDIO理念的特性之一，即在一定程度上用“做中學(xué)”替代傳統(tǒng)的“聽(tīng)中學(xué)”。這種“主動(dòng)學(xué)習(xí)”替代“被動(dòng)學(xué)習(xí)”的方式可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生在學(xué)習(xí)課程全過(guò)程中的積極性，鍛煉他們解決工程具體問(wèn)題的能力。

電氣工程專(zhuān)業(yè)是工科工程教育的一個(gè)重要分支，而“電機(jī)學(xué)”是本專(zhuān)業(yè)本科教學(xué)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。教學(xué)內(nèi)容涉及各類(lèi)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行特性，相關(guān)的電磁理論，以及運(yùn)用等效電路、相量圖等方法解決電機(jī)起動(dòng)、調(diào)速、拖動(dòng)、并網(wǎng)等具體問(wèn)題。雖然電機(jī)被廣泛用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，但對(duì)初次接觸這門(mén)課程的學(xué)生而言仍很陌生。很多學(xué)生在學(xué)習(xí)初期便產(chǎn)生畏難情緒，學(xué)習(xí)過(guò)程中慢慢喪失學(xué)習(xí)興趣，最終沒(méi)有完全掌握課程內(nèi)容。遺憾的是假若沒(méi)有掌握這門(mén)課程內(nèi)容，一方面會(huì)直接影響后續(xù)“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)/暫態(tài)分析”“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”等課程的學(xué)習(xí)，另一方面可能會(huì)影響日后在機(jī)電行業(yè)中的工作開(kāi)展，所以進(jìn)行“電機(jī)學(xué)”課程的教學(xué)改革探索刻不容緩。本文將基于CDIO模式從教學(xué)模式、教學(xué)方法及教學(xué)內(nèi)容三方面探討如何有效提高電機(jī)學(xué)課程教學(xué)效果。

1 教學(xué)模式探索

目前“電機(jī)學(xué)”傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要包括理論教學(xué)環(huán)節(jié)與課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。理論教學(xué)環(huán)節(jié)以經(jīng)典教材為依托，按章節(jié)順序采用多媒體PPT與板書(shū)結(jié)合的方式進(jìn)行。以李發(fā)海主編教材《電機(jī)學(xué)》為例，除緒論部分外主要內(nèi)容包括變壓器篇、交流電機(jī)篇、同步電機(jī)篇、異步電機(jī)篇和直流電機(jī)篇[7]。因知識(shí)點(diǎn)多、細(xì)致，在規(guī)定學(xué)時(shí)內(nèi)只能采用“灌輸式”方法讓學(xué)生從“聽(tīng)中學(xué)”。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)常通過(guò)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)展若干驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，來(lái)加深學(xué)生對(duì)相關(guān)理論知識(shí)的理解與掌握。但這些實(shí)驗(yàn)通常先由教師講解并示范一遍，然后由學(xué)生對(duì)照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行操作，最終得到唯一正確的結(jié)果并記錄數(shù)據(jù)。可見(jiàn)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程在培養(yǎng)學(xué)生解決具體問(wèn)題能力的作用方面十分有限。當(dāng)結(jié)束理論與課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)后，一般通過(guò)期末閉卷考試的方式測(cè)評(píng)學(xué)生。但這一單閉環(huán)教學(xué)測(cè)評(píng)方式時(shí)間長(zhǎng)達(dá)一學(xué)期，無(wú)法在教學(xué)進(jìn)程中根據(jù)“學(xué)”的實(shí)際情況及時(shí)負(fù)反饋來(lái)有效改善“教”的效果。

基于CDIO理念，“電機(jī)學(xué)”可以采用上機(jī)模式，每節(jié)每章留給學(xué)生由易到難的設(shè)計(jì)案例。以電機(jī)調(diào)速為例，給定不同的調(diào)速范圍和速度運(yùn)行曲線(xiàn)讓學(xué)生設(shè)計(jì)裝料車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)。這種模式讓學(xué)生在“做中學(xué)”，給予他們統(tǒng)籌關(guān)聯(lián)各個(gè)分散知識(shí)點(diǎn)的機(jī)會(huì)。同時(shí)通過(guò)內(nèi)環(huán)（章節(jié)反饋）反饋與外環(huán)（期末考試）反饋相結(jié)合的方式，有效提高本課程教學(xué)效果。

2 教學(xué)方法探索

目前“電機(jī)學(xué)”傳統(tǒng)的教學(xué)方法主要是講授法。這種方法的弊端是學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，單純掌握書(shū)本知識(shí)卻很難加以運(yùn)用?；贑DIO理念可以采用講授與任務(wù)驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的方法，教師簡(jiǎn)要講授各節(jié)重難點(diǎn)后，把大部分時(shí)間留給學(xué)生。引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索，從而充分激發(fā)他們的創(chuàng)新精神。在學(xué)習(xí)了每節(jié)每章后，教師留出設(shè)計(jì)案例，學(xué)生需在團(tuán)隊(duì)合作中自主分解設(shè)計(jì)任務(wù)，學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)，了解最新研究動(dòng)態(tài)，有針對(duì)性地解決實(shí)際問(wèn)題。隨著電力系統(tǒng)仿真技術(shù)的普及，常見(jiàn)的系統(tǒng)仿真軟件有PSASP、PSCAD和MTLAB等。同時(shí)學(xué)校預(yù)配備基于積件概念開(kāi)發(fā)的靜一軟件，提供電機(jī)教學(xué)所使用的元件庫(kù)，同時(shí)采集實(shí)物裝置的外觀模型，達(dá)到實(shí)驗(yàn)過(guò)程的三維可視化效果，使學(xué)生能夠感知實(shí)物設(shè)備的外觀、結(jié)構(gòu)及運(yùn)行狀態(tài)。

靜一軟件井字架起重場(chǎng)景和設(shè)備如圖1所示。靜一軟件井字架起重參考控制電路如圖2所示。

圖1 靜一軟件井字架起重場(chǎng)景和設(shè)備

圖2 靜一軟件井字架起重參考控制電路

3 教學(xué)內(nèi)容探索

秉承“電機(jī)學(xué)”經(jīng)典教材中的知識(shí)脈絡(luò)，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法突出重難點(diǎn)，使學(xué)生在具體場(chǎng)景中提升解決問(wèn)題的能力。下面以設(shè)計(jì)井字架起重設(shè)備控制電路，并繪制三相交流異步電機(jī)特性曲線(xiàn)為例。首先可從多角度查看場(chǎng)景和設(shè)備，滿(mǎn)足不同學(xué)生的認(rèn)知需求；然后從元件庫(kù)中選取元件自由搭建并與控制對(duì)象進(jìn)行關(guān)聯(lián)；最后通過(guò)具體操作及采集表計(jì)的數(shù)據(jù)，篩選分析后繪制特征曲線(xiàn)。靜一軟件三相交流異步電機(jī)特性曲線(xiàn)如圖3所示。

基于工科工程教育新模式——CDIO模式，本文從教學(xué)模式、教學(xué)方法及教學(xué)內(nèi)容三個(gè)方面探討“電機(jī)學(xué)”教學(xué)改革方案。借助先進(jìn)的仿真軟件，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)課程的積極性，鍛煉他們解決實(shí)際具體問(wèn)題的能力，同時(shí)為電氣工程類(lèi)其他專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革積累有用的經(jīng)驗(yàn)。

圖3 靜一軟件三相交流異步電機(jī)特性曲線(xiàn)

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G642

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.13.027

2095－6835（2020）13－0073－02

2018年度安徽省高等學(xué)校省級(jí)質(zhì)量工程教學(xué)研究一般項(xiàng)目（編號(hào)：2018jyxm0270）

朱珠（1987—），女，河海大學(xué)在讀博士研究生，銅陵學(xué)院講師，研究方向?yàn)殡姎夤こ蹋娏ο到y(tǒng)及其自動(dòng)化）。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕