基于工程教育認(rèn)證背景下的電機學(xué)課程教學(xué)改革探索

敖偉智 謝輝

摘?要：在我國工程教育認(rèn)證工作已經(jīng)普遍開展起來的背景下，結(jié)合本校教研條件，設(shè)定《電機學(xué)》課程目標(biāo)，通過對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核機制、持續(xù)改進等多方面、分層次的課程體系改革研究，使學(xué)生在擴大知識面、創(chuàng)新能力和動手實踐能力方面得到提高，從而達到電氣工程類教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的要求，并在實踐中取得初步效果。

關(guān)鍵詞：工程教育認(rèn)證;電機學(xué);課程體系改革

目前，工程教育專業(yè)認(rèn)證工作已經(jīng)在我國高校開始實施，其核心理念是以學(xué)生為中心，基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的模式，依據(jù)學(xué)生畢業(yè)達成要求逆向設(shè)計并評價其培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)設(shè)計、教學(xué)管理等一系列教育活動。我校電氣工程及其自動化專業(yè)（以下簡稱“本專業(yè)”）正在適時地進行專業(yè)認(rèn)證準(zhǔn)備工作，重點放在結(jié)合新標(biāo)準(zhǔn)的要求，展開對電氣工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的認(rèn)識和思考，就本專業(yè)相關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)進行梳理和改進，以達到新標(biāo)準(zhǔn)考核點的要求。本文以《電機學(xué)》課程教學(xué)為例，研究如何面向工程教育專業(yè)認(rèn)證改革課程教學(xué)模式，以更好地提升學(xué)生專業(yè)水平能力和專業(yè)能力，并形成持續(xù)改進機制。

一、設(shè)定畢業(yè)要求指標(biāo)點，改革課程目標(biāo)及內(nèi)容

電機學(xué)是本專業(yè)非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是聯(lián)系前期基礎(chǔ)課程和后續(xù)專業(yè)課程的橋梁。考慮到本校本專業(yè)的畢業(yè)生大多進入了電力系統(tǒng)就業(yè)，因此根據(jù)電力相關(guān)行業(yè)對人才所需知識能力的要求，有必要重新構(gòu)建電機學(xué)課程體系，以擴大知識面、提高創(chuàng)新能力和動手實踐能力為目標(biāo)，并按照中國工程教育認(rèn)證電氣工程類專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，形成電機學(xué)課程對應(yīng)本專業(yè)畢業(yè)主要指標(biāo)點支撐如下：（1）掌握電氣工程專業(yè)基礎(chǔ)知識，能夠應(yīng)用于解決復(fù)雜電氣工程問題。（2）能夠綜合應(yīng)用學(xué)科基礎(chǔ)知識和工程科學(xué)的基本原理，分析電氣工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，并獲得有效結(jié)論。（3）掌握現(xiàn)代電氣工程的開發(fā)和仿真工具、工程制圖工具和信息技術(shù)工具，能夠綜合運用相關(guān)工具實現(xiàn)對復(fù)雜電氣工程問題的模擬。在此基礎(chǔ)上對課程內(nèi)容做適當(dāng)精簡及調(diào)整，加上仿真軟件學(xué)習(xí)部分，形成新的課程目標(biāo)及內(nèi)容。

二、教學(xué)方法改革

近年來在電機學(xué)的教學(xué)方法上出現(xiàn)了許多新的探索，尤其是借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及智能手機的發(fā)展，出現(xiàn)了如開放式教學(xué)模式、翻轉(zhuǎn)課堂、慕課在線課程[1]、項目教學(xué)法、基于CDIO理念的講授與任務(wù)驅(qū)動相結(jié)合的方法[2]、基于成果導(dǎo)向教育OBE的方法等[3]，但由于現(xiàn)在的大學(xué)生由于高考之前的學(xué)習(xí)壓力過大，進入大學(xué)后普遍出現(xiàn)自主自控能力較差，容易迷入網(wǎng)絡(luò)娛樂中，新的教學(xué)方式目前還無法完全替代傳統(tǒng)課堂教學(xué)。

因此基于工程教育認(rèn)證要求、結(jié)合本校學(xué)生情況，如何將新的教學(xué)方法與傳統(tǒng)課堂教學(xué)相融合，形成新的教學(xué)模式是本文要探討的，改革方向主要一是課堂教學(xué)方式方法的改革，二是課外網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)的建立。

（一）多種課堂教學(xué)方法的應(yīng)用

將一些工程實際問題引入到啟發(fā)式教學(xué)中往往能讓學(xué)生更好的理解相關(guān)的一些基本原理及公式，也能將前面所涉及的知識點作很好的關(guān)聯(lián)，從而也激發(fā)了學(xué)習(xí)的興趣。如對變壓器變比公式的研究，在推導(dǎo)出變壓器的匝數(shù)變比公式后，可以向?qū)W生拋出問題：如果在滿足變比不變的條件下，是否可以減少繞組的匝數(shù)，從而減少銅材成本？由此引出變壓器的電勢公式，并根據(jù)等效電路原理得到變壓器鐵芯中的磁通大小主要由電源側(cè)電壓決定，當(dāng)電壓不變時，減少匝數(shù)勢必會增大磁通，而增大磁通又會增大磁感應(yīng)強度，聯(lián)系鐵芯損耗公式原理及平均磁化曲線特點，推論出鐵耗增大及飽和程度增加，從而導(dǎo)致電抗變小。學(xué)生通過以上啟發(fā)式引導(dǎo)，讓學(xué)生掌握了將變壓器結(jié)構(gòu)、電磁場相關(guān)原理結(jié)合起來分析實際工程一些問題的方法。若上述問題反過來將繞組增加，則學(xué)生能自己推導(dǎo)出節(jié)能變壓器的結(jié)構(gòu)特點，同時也讓學(xué)生能分析在變壓器實際運行中當(dāng)電壓、頻率發(fā)生變化時對變壓器的影響，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下更好的基礎(chǔ)。

基于實際工程問題的任務(wù)導(dǎo)向法是指利用生產(chǎn)實際中的工程問題，圍繞電機學(xué)中的相關(guān)理論，對實際工程中的問題進行詳細(xì)的分析、解剖、總結(jié)，以小論文的形式達到提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、解決問題和分析問題的能力。如在課堂講述了三相Yyn聯(lián)結(jié)的變壓器不對稱負(fù)荷時的中性點位移現(xiàn)象后，可以讓學(xué)生課后以小論文的形式對電網(wǎng)的中性點接地與不接地系統(tǒng)進行研究，加深理解中性點浮動的概念及對供電產(chǎn)生的影響。

多媒體輔助教學(xué)法，電機學(xué)課程的特點是理論和實踐性都很強，學(xué)生對電機結(jié)構(gòu)的認(rèn)識和磁場分布的想象往往很困難，學(xué)習(xí)上容易產(chǎn)生畏懼心理。隨著多媒體技術(shù)的普及，在傳統(tǒng)課堂教學(xué)中穿插播放一些短視頻和動畫，可以讓學(xué)生更好的理解和掌握一些具體或抽象的概念。如：電機繞組的繞制，只是通過圖片很難讓學(xué)生理解一些較復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這時通過播放一些電機制造視頻可以讓學(xué)生猶如現(xiàn)場觀看電機繞組及配件的組裝，從而對相關(guān)電勢公式的推導(dǎo)理解得更清楚。再如插入3D旋轉(zhuǎn)磁場動畫視頻，使得書本上的枯燥數(shù)學(xué)公式一下子變活了，學(xué)生對整個磁動勢的分析和計算不再感到難于理解，記憶也深刻了，提升了教學(xué)效果。

（二）課外網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)的應(yīng)用

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)成為一種新興的教育方式，線上教學(xué)甚至成為主要教學(xué)方式，網(wǎng)上也涌現(xiàn)出諸多的教學(xué)平臺供廣大教師選擇，如釘釘、雨課堂、對分易、QQ、微信等等;但從一段時間的實踐效果看，以線上教學(xué)代替線下的課堂教學(xué)實際效果并不好，一方面是受網(wǎng)絡(luò)平臺技術(shù)缺陷限制，另一方面也受學(xué)生的自我學(xué)習(xí)和自我管理能力限制，所以目前線上教學(xué)還不能完全替代線下課堂教學(xué)的方式，但網(wǎng)絡(luò)平臺可以成為課堂教學(xué)的一個有益補充：一是可以將一些相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源與學(xué)生共享，甚至可以錄制一些微課視頻與學(xué)生共享，內(nèi)容可以是課程重點、難點的講解，也可以是實驗、工程現(xiàn)場的演示，還可以是習(xí)題的講解。二是可以利用網(wǎng)絡(luò)平臺記錄考勤、布置批改作業(yè)、規(guī)定任務(wù)，甚至在線考試，改變了以往的傳統(tǒng)作業(yè)批改及考試方式，提高了效率。三是利用網(wǎng)絡(luò)平臺可以加強與學(xué)生的溝通交流，及時解決學(xué)生課下學(xué)習(xí)所遇到的問題。

三、實踐教學(xué)的改革

傳統(tǒng)電機實驗教學(xué)一般以驗證性實驗為主，且使用高度集成化的實驗設(shè)備，無法滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證在培養(yǎng)學(xué)生識別、分析及解決復(fù)雜電氣工程問題方面的要求，因此需對實踐教學(xué)進行以下兩個方面的改革。

（1）增加綜合性實驗。綜合性實驗是對學(xué)生能力提高的一種訓(xùn)練，但其開設(shè)很大程度上取決于設(shè)備條件，在有限的設(shè)備條件下盡可能的開設(shè)出綜合性實驗也是值得研究的。如本校在目前實驗室條件下開設(shè)出“工作臺自動往返循環(huán)控制實驗”，要求學(xué)生自行設(shè)計并完成線路連接，掌握由電氣原理圖變換成安裝接線圖的方法，掌握行程控制中行程開關(guān)的作用、以及在機床電路中的應(yīng)用，學(xué)會分析解決電機運行中出現(xiàn)的問題。

（2）增加數(shù)字仿真實驗。由于受實驗設(shè)備所限，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)手段很難讓學(xué)生具有分析復(fù)雜工程問題及工程思維方式，更不用說創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，無法滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證對畢業(yè)要求的支撐。而短期內(nèi)大量投入資金建設(shè)實驗室也不現(xiàn)實，此時采用MATLAB等仿真軟件開發(fā)電機學(xué)仿真實驗無疑是很好的補充。采用仿真軟件進行電機學(xué)實驗可以讓學(xué)生能主動地去探究實驗，設(shè)計出不同的解決方案，從而培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題、分析解決問題的能力。

四、改革考核機制，增加平時和實驗考核比重

傳統(tǒng)考核體制往往期末一考定乾坤，根本達不到工程教育目標(biāo)要求，所以考核體制的改革勢在必行。考核機制的制定既要結(jié)合之前的教學(xué)方法改革，也要滿足可操作性。由于學(xué)校的登分系統(tǒng)是統(tǒng)一的，所以結(jié)合學(xué)校系統(tǒng)的特點，把電機學(xué)的課程成績分為期末成績和平時成績兩部分，各占50%比例，然后平時成績又包括了出勤、作業(yè)、小測驗、實驗等各部分，形成一個分層次的考核體系。利用網(wǎng)絡(luò)平臺效率得到很大提高，同時也實現(xiàn)了除實驗報告之外的無紙化記錄。

五、持續(xù)改進

持續(xù)改進的理念很重要，貫穿了整個工程教育專業(yè)認(rèn)證過程，不但是對整個專業(yè)體系也是對每個課程的要求。具體到電機學(xué)課程，就是評價—反饋—改進的反復(fù)循環(huán)，具體來說可以在每章教學(xué)結(jié)束后進行一個小測驗，通過測驗結(jié)果反饋學(xué)生掌握情況;另外對于實驗教學(xué)，也可在實驗完成后選擇某個實驗對學(xué)生進行單獨測試，檢驗學(xué)生實驗原理及操作的掌握程度;過程中的反饋情況都計入學(xué)生的平時成績中，最后在期末測試中對教學(xué)目標(biāo)達成度作一個量化計算，找出需改進的問題，在未來的教學(xué)中形成一個持續(xù)性的改進，達到不斷提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

六、結(jié)語

電機學(xué)課程具有較強理論性與工程性特點，是電氣工程類專業(yè)很重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在目前國內(nèi)高校普遍開展工程教育專業(yè)認(rèn)證的趨勢下，結(jié)合本校教研條件及學(xué)生就業(yè)特點，本文提出了在教學(xué)內(nèi)容、方法手段、考核機制、持續(xù)改進等多方面的課程體系改革措施，并初步在實踐中實施，取得較好的效果。

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基金項目：2017年貴州大學(xué)高等教育研究項目“工程教育認(rèn)證培養(yǎng)計劃下的電機學(xué)課程教學(xué)改革研究”，（項目編號：702404173301）

作者簡介：敖偉智（1974—?），男，漢族，貴州貴陽人，碩士，講師，研究方向：電力系統(tǒng)及自動化。