混合教學(xué)模式下電機與電力拖動基礎(chǔ)課程改革與實踐

袁帆 董鋒斌 皇金鋒

陜西理工大學(xué)電氣工程學(xué)院，陜西 漢中 723001

目前，“新工科”更強調(diào)學(xué)科的綜合性、交叉性與實踐性，要培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型工程人才，對創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)提出了更高的要求，不僅要培養(yǎng)學(xué)生具有開闊的視野、扎實的專業(yè)基礎(chǔ)技能和終身學(xué)習(xí)能力，而且以社會需求為導(dǎo)向，加強培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，讓高校工科畢業(yè)生符合社會實際需求，能夠緩解當前高校工科畢業(yè)生不能很快適應(yīng)社會的尷尬局面。

“新工科”應(yīng)用型地方高校普遍存在資金短缺、缺乏實踐型教師、實驗資源不足等問題，其課堂教學(xué)是重點，實踐環(huán)節(jié)較少，大多數(shù)課程只設(shè)基礎(chǔ)實驗，工程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)偏向基本理論、基礎(chǔ)知識的驗證，缺乏培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識的系統(tǒng)設(shè)計、綜合設(shè)計、校企聯(lián)合培養(yǎng)設(shè)計等過程和環(huán)境。這些實際情況阻礙了學(xué)生工程素質(zhì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

電機與電力拖動基礎(chǔ)是自動化專業(yè)學(xué)生從專業(yè)基礎(chǔ)課跨向?qū)I(yè)課的橋梁，在“新工科”的課程建設(shè)中具有重要的作用。本文分析了課程現(xiàn)狀與人才培養(yǎng)目標的矛盾，探究其改革方案，欲基于泛雅超星學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺，實現(xiàn)線上微教學(xué)與線下實體課堂的融合。課程組采用虛擬仿真實驗教學(xué)與實物實驗教學(xué)相結(jié)合的方法，對現(xiàn)有實驗實踐教學(xué)進行了補充和拓展，促進教學(xué)質(zhì)量的提升，希望能起到拋磚引玉的作用。

一、電機與電力拖動基礎(chǔ)課程存在的問題及原因分析

（一）課程內(nèi)容多，課時少

電機與電力拖動基礎(chǔ)課程知識點較多，學(xué)生普遍感到整體內(nèi)容不夠系統(tǒng)，且比較抽象。這門課程為70學(xué)時（包括實驗課時），安排在大三上學(xué)期，此時學(xué)生的課程安排較滿，課外時間比較緊張。

（二）學(xué)生存在畏難心理，學(xué)習(xí)興趣不高

造成這一現(xiàn)象的原因有兩個方面：一是高年級學(xué)生對低年級學(xué)生傳播課程難學(xué)的信號，使得他們一開始上課就擔心考試不過，而不能帶著好奇的心態(tài)去聽課和接受新的內(nèi)容；二是內(nèi)容多，教師講課節(jié)奏比較快，學(xué)生剛開始還沒有理解時間就過去了，課后又不能及時解決問題，這樣問題就會積累較多，畏懼情緒就會加重，慢慢地學(xué)生對課程就失去了興趣，課堂效率也會很差。從課堂反饋來看，大部分學(xué)生認為這門課難懂難學(xué)，甚至有人在開課不久就想放棄。

（三）創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)不足

目前，課程著重于基本理論的講解，學(xué)生帶著畏難情緒來學(xué)習(xí)本課程，在學(xué)習(xí)中難以體會電機的各種創(chuàng)新，因而教師也很難培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。而課程的實踐環(huán)節(jié)只做基礎(chǔ)驗證型實驗，實驗課前絕大多數(shù)學(xué)生不預(yù)習(xí)實驗，來到實驗室才看實驗講義，對實驗具體內(nèi)容根本不清楚，實驗時生搬硬套，機械性地完成驗證實驗。而實驗指導(dǎo)書為了更好地指導(dǎo)學(xué)生，詳細地寫明了每一步操作步驟，有部分學(xué)生在做實驗時，或照著指導(dǎo)書上湊數(shù)據(jù)，或胡亂調(diào)節(jié)，或什么都去問教師，甚至自己不做，拿別組的數(shù)據(jù)來應(yīng)付。這樣的實驗談何實踐能力的培養(yǎng)。

在“新工科”背景下，大學(xué)要培養(yǎng)適應(yīng)社會經(jīng)濟發(fā)展需要的各類實踐型、創(chuàng)新型技術(shù)人才，我們圍繞培養(yǎng)目標，結(jié)合課程的現(xiàn)狀和特點，探索出以下幾點對策。

二、基于“新工科”的電機與電力拖動基礎(chǔ)課程建設(shè)

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建科學(xué)合理的課程教學(xué)體系

1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，突出重點

對教學(xué)內(nèi)容不斷進行優(yōu)化和調(diào)整。根據(jù)教學(xué)大綱，縮減課堂教學(xué)學(xué)時，增加實驗學(xué)時；減少或者刪去一些被淘汰的技術(shù)內(nèi)容或者與專業(yè)培養(yǎng)目標偏離較大的內(nèi)容；減少直流電機部分的學(xué)時，把交流電機作為重點教學(xué)內(nèi)容；增加直線電機等應(yīng)用型內(nèi)容，使教學(xué)內(nèi)容緊跟市場的需要。

2.教學(xué)內(nèi)容與工程實踐相結(jié)合

教案要將知識點與現(xiàn)實問題相結(jié)合，把電吹風(fēng)、洗衣機、空調(diào)等家電引入課堂，比如從洗衣正反轉(zhuǎn)引入電動機啟動與制動原理，這樣可以加深學(xué)生對理論知識的理解。另外，可提供一些工程應(yīng)用背景的設(shè)計題目，使學(xué)生通過獨立的思考能夠綜合地運用所學(xué)知識進行解答，為學(xué)生綜合素質(zhì)的發(fā)展提供寬廣的空間。

3.教學(xué)內(nèi)容與新理論、新技術(shù)相結(jié)合

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，每年都會出現(xiàn)新型電機，但我們的教材一般都要滯后于現(xiàn)實，因此教師更需要時刻關(guān)注電機的前沿技術(shù)，實時更新教學(xué)實例。比如引入與電機相關(guān)的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、無傳感器控制技術(shù)等，不斷地將電機新舊技術(shù)進行對比，讓學(xué)生慢慢地領(lǐng)會到創(chuàng)新的重要性。

（二）創(chuàng)新教學(xué)模式，基于泛雅超星學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂

1.翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)模式的實現(xiàn)

教師借助泛雅超星學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺實現(xiàn)電機課程的教學(xué)翻轉(zhuǎn)，將原來課堂講授內(nèi)容轉(zhuǎn)移到課下，讓學(xué)生先利用教學(xué)視頻，結(jié)合自身情況，合理安排和掌控自己的時間。在課堂上，教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生進行互動，教學(xué)不再是教師“滿堂灌”，學(xué)生成了主體，帶著問題進入課堂，教師進行現(xiàn)場答疑解惑，每個學(xué)生都參與其中，主動理解與運用知識。這樣的教學(xué)效果更明顯。這種將網(wǎng)絡(luò)自學(xué)與課堂面授相結(jié)合的翻轉(zhuǎn)課堂的具體實施如圖1所示。

2.翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式的實施

翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式主要包括課前、課中和課后三個階段。

課前，教師要將大量的信息傳遞給學(xué)生，要根據(jù)章節(jié)教學(xué)的目標合理安排教學(xué)內(nèi)容、錄制微課，并將教學(xué)內(nèi)容與微課視頻通過泛雅超星學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺發(fā)布，開放與之相關(guān)的知識點視頻，下發(fā)本章節(jié)的具體任務(wù)單，要求學(xué)生觀看微課并完成相關(guān)作業(yè)；學(xué)生通過泛雅超星學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺手機端觀看微課，以問題為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)如無法解決問題，可以通過教學(xué)平臺隨時與教師、同學(xué)交流互動，獨立完成課前作業(yè)與測驗，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力；教師通過后臺數(shù)據(jù)監(jiān)測學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時為學(xué)生在線答疑，根據(jù)學(xué)生完成任務(wù)的具體情況及時調(diào)換課堂內(nèi)容。

課中，教師要幫助學(xué)生吸收內(nèi)化。教師根據(jù)課前測試情況，挑選出有代表性的錯誤，與學(xué)生對其進行討論，對測試錯誤率較高的知識進行重點講解。比如：學(xué)習(xí)第八章中三相異步電動機基本方程式、相量圖等難點知識時，教師已經(jīng)了解了學(xué)生的學(xué)習(xí)困難，課堂上就讓學(xué)生再觀看異步電機原理動態(tài)微視頻，然后結(jié)合實物，把數(shù)量關(guān)系用板書的方式梳理一遍，讓學(xué)生加深印象。教師在課堂上給予有效的輔導(dǎo)，學(xué)生通過在課堂上與教師和同學(xué)的互動來完成知識點的消化與吸收。學(xué)生較好地掌握知識重點與難點，能幫助他們克服畏懼心理。

課后，教師要做好總結(jié)、評價與反饋。教師可借助平臺的學(xué)習(xí)記錄與統(tǒng)計，清楚地了解到每個學(xué)生學(xué)習(xí)過程的動態(tài)反饋信息，結(jié)合課上活動情況，及時調(diào)整教學(xué)的重難點，設(shè)置一些作業(yè)，讓學(xué)生綜合運用所學(xué)知識。教師可根據(jù)動態(tài)反饋信息與小組生生互評情況對學(xué)生做出評價，這樣更科學(xué)合理，更能夠激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性，同時促進師生和生生之間的學(xué)習(xí)與交流。泛雅超星學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺實現(xiàn)線上教學(xué)如圖2所示。

在教師管理頁面中，教師可以進行簽到、搶答、主題討論、隨堂練習(xí)、問卷等設(shè)置；可以進行班級統(tǒng)計、資源統(tǒng)計、課程報告；可以完成題庫、作業(yè)庫、試卷庫建設(shè)；可以和學(xué)生隨時進行談?wù)摚豢梢酝瓿砂嗉壒芾?、教師管理、課程管理。

電機與電力拖動基礎(chǔ)翻轉(zhuǎn)課堂的混合教學(xué)模式，能夠使學(xué)生更加主動地學(xué)習(xí)與討論，同時也使得師生、生生關(guān)系更加融洽，激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，提高了學(xué)生的綜合工程素質(zhì)。

3.運用多種教學(xué)手段來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

一開始就要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師在緒論課教學(xué)中與學(xué)生一邊觀看電機的產(chǎn)生、發(fā)展及實際應(yīng)用視頻，一邊啟發(fā)學(xué)生與實際生活聯(lián)系起來，舉一些生活中常見的例子，如電吹風(fēng)、電扇、洗衣機等，讓學(xué)生實在感受到電機與現(xiàn)實生活密切相關(guān)，這樣更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)電機與電力拖動基礎(chǔ)課的濃厚興趣。

在線下課堂教學(xué)中，教師可借助泛雅超星學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺播放微課或者PPT。這就要求課程組教師在線下教學(xué)中大量使用MATLAB、PSIM等仿真軟件。仿真不僅可以讓學(xué)生直觀地分析特性曲線，而且建模的方法還可以得到演示，當他勵直流電動機串電阻起動采用MATLAB 仿真時，整個起動過程中速度和電流的隨時變化情況一目了然，這樣既可以引導(dǎo)學(xué)生進行深入的探討與分析，又能引導(dǎo)學(xué)生利用MATLAB 解決實際問題，更利于培養(yǎng)學(xué)生處理工程實際問題的創(chuàng)新能力。

（三）優(yōu)化考核方式

多年來，電機與電力拖動基礎(chǔ)課基本采用一張試卷作為成績考核的方式，而平時考核所占比例很少。這樣的考核使學(xué)生不注意加強平時學(xué)習(xí)，而是考前突擊，考后全忘，無法將所學(xué)的知識運用到實踐中?，F(xiàn)在的考核綜合考慮理論學(xué)習(xí)、實驗與翻轉(zhuǎn)課堂中學(xué)生的表現(xiàn)，理論學(xué)習(xí)占50%，實驗占20%，翻轉(zhuǎn)課堂占30%。理論考核為期末試卷成績，實驗成績由學(xué)生動手完成實驗的情況與實驗報告情況來決定，翻轉(zhuǎn)課堂線下線上考查由教師和學(xué)生完成。綜合考核評價如表1所示。

這種考核方式重視學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的參與和實際付出，促使學(xué)生變被動學(xué)習(xí)為主動參與，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新能力得到了有效的激發(fā)。

（四）課內(nèi)外結(jié)合，培養(yǎng)實踐創(chuàng)新能力

實驗教學(xué)效果運行不佳，會直接影響到后續(xù)電力電子與電力傳動專業(yè)方向的辦學(xué)，有部分學(xué)生可能會偏離專業(yè)的培養(yǎng)目標。為了實現(xiàn)自動化專業(yè)的培養(yǎng)目標，提高實驗教學(xué)效果，有必要對實驗教學(xué)進行探討。

1.實踐教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新

以前實驗前的準備，基本上就是讓學(xué)生預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書，按照實驗指導(dǎo)書的要求做實驗，這并不能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生只會按部就班地做完實驗。現(xiàn)在將原先的驗證型實驗變成設(shè)計型實驗，只給出本次實驗的目的，讓學(xué)生自行設(shè)計實驗。實驗前學(xué)生先到實驗室查看所有設(shè)備，借助網(wǎng)絡(luò)和圖書館搜集與實驗相關(guān)的資料，分小組討論方案設(shè)計的合理性與可行性，利用MATLAB 仿真軟件對實驗方案設(shè)計進行驗證，評價實驗設(shè)計的合理性。若實驗方案設(shè)計得不合理，仿真效果不佳，就需要學(xué)生重新設(shè)計、修改、再仿真，直到具有較好的仿真效果，才能做硬件實驗。實驗時間要安排至少3小時，因此應(yīng)開放實驗室，給學(xué)生足夠的實驗時間，以減少學(xué)生的應(yīng)付心理，讓他們踏實地做好每個實驗。若實驗結(jié)果不好，允許學(xué)生預(yù)約重做，這樣有利于學(xué)生逐漸養(yǎng)成獨立思考的好習(xí)慣。

2.培養(yǎng)綜合應(yīng)用能力

以電力拖動和電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)，開設(shè)綜合應(yīng)用型實驗，以直流電機為對象，讓學(xué)生先測電機參數(shù)，基于電機參數(shù)對直流電機進行雙閉控制，這有利于培養(yǎng)學(xué)生直流電機拖動系統(tǒng)的綜合設(shè)計能力。

學(xué)生通過基礎(chǔ)實驗和綜合應(yīng)用實驗的訓(xùn)練，可以將原先被動地做實驗變?yōu)橹鲃拥貙W(xué)習(xí)和討論，能夠逐漸培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計的思路和方法。這種訓(xùn)練如果長期堅持下去，不僅能激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣，而且可以提高學(xué)生設(shè)計的水平，更符合走上工作崗位的實際情況：用戶只列出條件，而整個項目的實現(xiàn)，都得自己決定。只有這樣，方能逐步改變當前高校畢業(yè)生不能快速適應(yīng)社會需要的現(xiàn)狀。

三、結(jié)束語

我們借助泛雅超星學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺，對電機與電力拖動基礎(chǔ)課程實施翻轉(zhuǎn)教學(xué)，并對實驗教學(xué)進行了改革，激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，提高了學(xué)生的動手能力與創(chuàng)新意識，使教師的教學(xué)水平得到了提高，學(xué)生理論課的成績比前幾年提高了12%，省級學(xué)科競賽獲獎比例比前幾年提高了22%。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式不但培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力，而且使其分析與解決實際問題的能力得到了顯著提高，同時鞭策教師探索出適合自己課程的“微課堂”，不斷地提高自己的教學(xué)水平。