工程教育認(rèn)證國(guó)際化背景下“電機(jī)學(xué)”課程教改與實(shí)踐*

林偉杰 吳秋軒

（杭州電子科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院）

《華盛頓協(xié)議》是實(shí)現(xiàn)互認(rèn)工程教育本科學(xué)位與工程師資格的國(guó)際化組織，俄羅斯和我國(guó)分別于2012年和2016年成為該組織的正式成員。近年來(lái)，俄羅斯為了實(shí)現(xiàn)由資源拉動(dòng)型向科技創(chuàng)新型轉(zhuǎn)變的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，提出了“俄聯(lián)邦工業(yè)和技術(shù)遠(yuǎn)景展望”“新型工業(yè)化工程”“工程教育發(fā)展”和“提升工程技術(shù)人才專(zhuān)業(yè)技能的計(jì)劃”等規(guī)劃與政策，超前培養(yǎng)了大量的未來(lái)工程人才，有效提升了重點(diǎn)領(lǐng)域工程人才技術(shù)。這對(duì)于我國(guó)推進(jìn)高等教育改革、提高工程教育質(zhì)量、增強(qiáng)工程技術(shù)人員的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的借鑒意義[1]。

我校圣光機(jī)聯(lián)合學(xué)院創(chuàng)建于2018年，是經(jīng)教育部批準(zhǔn)設(shè)立的中外合作辦學(xué)機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)引進(jìn)了俄羅斯圣光機(jī)大學(xué)的人才培養(yǎng)體系和教學(xué)管理模式，全面共享師資、課程與教材，致力于培養(yǎng)具有國(guó)際視野、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和實(shí)踐能力的信息科技人才。筆者在承擔(dān)課程助教工作的過(guò)程中學(xué)習(xí)并借鑒俄方的教學(xué)模式與方法，特別是課程內(nèi)容設(shè)計(jì)、師生互動(dòng)、實(shí)踐環(huán)節(jié)、過(guò)程評(píng)價(jià)，對(duì)“電機(jī)學(xué)”課程進(jìn)行面向工程教育認(rèn)證的教改與實(shí)踐，獲得較為滿意的效果。

一、課程目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

工程教育認(rèn)證的三大核心理念是：學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)。根據(jù)社會(huì)發(fā)展、行業(yè)需求、學(xué)校定位和專(zhuān)業(yè)特色，制定培養(yǎng)目標(biāo)，并轉(zhuǎn)化成12條具體的畢業(yè)要求及分指標(biāo)點(diǎn)，通過(guò)一系列課程及相關(guān)教學(xué)活動(dòng)支撐畢業(yè)要求的達(dá)成[2]。

我校最新修訂的“電機(jī)學(xué)”教學(xué)大綱中明確指出，本課程主要介紹電機(jī)的基本理論及其工程分析和設(shè)計(jì)方法，使學(xué)生能清晰地建立起直流電機(jī)、變壓器、同步電機(jī)和三相異步電動(dòng)機(jī)等典型電機(jī)類(lèi)型的基本原理和基本概念，初步學(xué)會(huì)利用機(jī)械特性圖、歸算法、等效電路和相量圖等常用的電機(jī)分析方法進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)電機(jī)系統(tǒng)。課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求的四個(gè)指標(biāo)點(diǎn)。

（1）工程知識(shí)：系統(tǒng)掌握典型電機(jī)類(lèi)型的基本知識(shí)，包括結(jié)構(gòu)組成、工作原理、基本方程式、基本特性和運(yùn)行狀態(tài)。

（2）問(wèn)題分析：能夠識(shí)別電機(jī)類(lèi)型并較為準(zhǔn)確地描述工作原理，通過(guò)研究相關(guān)電機(jī)技術(shù)文獻(xiàn)，能夠分析電機(jī)原理的基本問(wèn)題，得出正確和有效的結(jié)論。

（3）設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案：能夠設(shè)計(jì)并搭建典型電機(jī)類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)電路，提出優(yōu)化建議。

（4）研究：能夠初步設(shè)計(jì)電機(jī)系統(tǒng)方案，能夠利用電機(jī)知識(shí)進(jìn)行研究電機(jī)系統(tǒng)的基本工程問(wèn)題，能夠進(jìn)行解釋、處理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得正確的分析和研究結(jié)果。

本課程內(nèi)容涉及電、磁、機(jī)械、熱等多個(gè)學(xué)科，知識(shí)面非常廣，要求師生具有比較全面的學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，而且不同類(lèi)型電機(jī)的原理與運(yùn)行特性相互差別大；課程理論非常抽象，標(biāo)識(shí)量的符號(hào)和基本公式多，基本原理中的電磁關(guān)系復(fù)雜，但它們又與電氣領(lǐng)域的實(shí)際工程問(wèn)題聯(lián)系密切。因此，本課程的教學(xué)難度較高。思維導(dǎo)圖是一組具有邏輯關(guān)系的圖形，能呈現(xiàn)出對(duì)特定主題的思維過(guò)程。教師利用思維導(dǎo)圖形象地展示出課程的知識(shí)體系，幫助學(xué)生厘清課程內(nèi)容的脈絡(luò)，增強(qiáng)對(duì)課程主要內(nèi)容的記憶力，提高發(fā)散性和創(chuàng)造性思維能力。比如，在講授直流電機(jī)原理這部分內(nèi)容時(shí)，教師先在PPT中展示這一章節(jié)整體內(nèi)容的思維導(dǎo)圖，如圖1所示，然后有重點(diǎn)地逐步講解與深入分析，最后引導(dǎo)學(xué)生擴(kuò)展與完善該思維導(dǎo)圖，達(dá)到掌握內(nèi)容整體框架與重要知識(shí)點(diǎn)的目的。

圖1 直流電機(jī)思維導(dǎo)圖

二、課程教學(xué)方法改革

“互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)”既打破了傳統(tǒng)“固定時(shí)間、固定教室”集中教學(xué)模式的時(shí)間與空間限制，又能以更加生動(dòng)形象的視頻或動(dòng)畫(huà)形式展現(xiàn)課程教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。針對(duì)重點(diǎn)與難點(diǎn)部分，本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)和錄制了授課視頻、教學(xué)課件、習(xí)題庫(kù)、擴(kuò)展學(xué)習(xí)資料等信息化資源，且已分享在浙江省高等學(xué)校在線開(kāi)放課程共享平臺(tái)（www.zjooc.cn）上，按照課程的教學(xué)進(jìn)度逐步發(fā)布給選課學(xué)生，極大地方便了學(xué)生自主學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)了基于互聯(lián)網(wǎng)的教與學(xué)。

（一）線上線下混合式教學(xué)

以“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)為基礎(chǔ)，充分利用本課程在線開(kāi)放課程的信息化資源，將教師的教與學(xué)生的學(xué)這兩條主線活動(dòng)貫穿課前、課中和課后三個(gè)階段且緊密銜接，如圖2所示。

圖2 線上線下混合式課程教學(xué)設(shè)計(jì)

（1）課前階段。授課教師每次提前公布課程的周學(xué)習(xí)計(jì)劃，向?qū)W生布置預(yù)習(xí)任務(wù)，如教材對(duì)應(yīng)的章節(jié)、主要知識(shí)點(diǎn)及重點(diǎn)難點(diǎn)、必須觀看的在線授課視頻、課外閱讀資料等。學(xué)生在完成每周的預(yù)習(xí)任務(wù)后，要在規(guī)定時(shí)長(zhǎng)內(nèi)完成在線預(yù)習(xí)測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容為對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)部分，由在線課程平臺(tái)自動(dòng)評(píng)定測(cè)試成績(jī)。課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)利用在線課程平臺(tái)統(tǒng)計(jì)出來(lái)的學(xué)生觀看在線視頻的次數(shù)和時(shí)長(zhǎng)、在線預(yù)習(xí)測(cè)試的成績(jī)，對(duì)學(xué)生個(gè)體和班級(jí)整體的預(yù)習(xí)效果進(jìn)行分析，分析他們對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的了解程度，并反饋得出學(xué)生個(gè)體和班級(jí)整體的學(xué)習(xí)難點(diǎn)，然后適當(dāng)?shù)刂匦路纸馀c整合課程教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整課堂授課的重點(diǎn)。

（2）課中階段。采用傳統(tǒng)式理論授課、翻轉(zhuǎn)課堂、問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)、小組研討等教學(xué)方法相結(jié)合。為了進(jìn)一步提高學(xué)生的課堂注意力和集中力，也為了即時(shí)檢測(cè)學(xué)生課堂聽(tīng)課和學(xué)習(xí)的效率，不定期地安排課堂隨測(cè)。

（3）課后階段。布置課后紙質(zhì)作業(yè)和在線作業(yè)，并評(píng)定作業(yè)成績(jī)。不定期地開(kāi)展不同章節(jié)的在線測(cè)驗(yàn)，提高在線測(cè)驗(yàn)的及格分?jǐn)?shù)線，比如滿分100分，及格線設(shè)置成80分，在線測(cè)驗(yàn)成績(jī)沒(méi)有達(dá)到及格線的學(xué)生必須重新進(jìn)行在線測(cè)驗(yàn)，直至達(dá)到及格線以上。利用在線課程平臺(tái)加強(qiáng)課后階段對(duì)學(xué)生的監(jiān)控與服務(wù)。課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)做好在線交流，及時(shí)解答學(xué)生的疑問(wèn)，分享自己在教學(xué)科研工作中對(duì)課程知識(shí)的理解和應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣，使得學(xué)生能夠?qū)φn程的重點(diǎn)與難點(diǎn)有更加深入的理解。

（二）問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)

在教學(xué)中以提問(wèn)、案例、研討互動(dòng)為主，讓學(xué)生成為課堂的主角。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)思考問(wèn)題、帶著問(wèn)題學(xué)習(xí)，進(jìn)而激發(fā)出學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和研究問(wèn)題的興趣和求知欲，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力的目的。

問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)過(guò)程一般如下進(jìn)行：按照面向全體學(xué)生和難度遞進(jìn)的原則，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)針對(duì)課程內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)并公布共性問(wèn)題和細(xì)分問(wèn)題，選課學(xué)生分成3至4人一組，每組選擇2個(gè)問(wèn)題，然后小組合作進(jìn)行課程預(yù)習(xí)復(fù)習(xí)、查閱資料、討論分析問(wèn)題、建模仿真、實(shí)驗(yàn)測(cè)試、撰寫(xiě)研究報(bào)告，最后制作PPT并在課堂上進(jìn)行答辯，經(jīng)授課教師和上課學(xué)生提問(wèn)后評(píng)定成績(jī)。

（三）虛擬仿真與實(shí)物操作相結(jié)合

設(shè)置5個(gè)模型仿真實(shí)驗(yàn)，模型仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)內(nèi)容選自于課程知識(shí)體系的共性問(wèn)題和細(xì)分問(wèn)題，由學(xué)生在課下完成，不占課程總學(xué)時(shí)。學(xué)生通過(guò)模型仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行修改、調(diào)試、觀察、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并用于指導(dǎo)其開(kāi)展實(shí)驗(yàn)臺(tái)的實(shí)際操作。

綜合性實(shí)驗(yàn)為課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，占課程總學(xué)時(shí)。綜合性實(shí)驗(yàn)主要考查學(xué)生對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)的掌握程度和工程實(shí)踐能力。課前學(xué)生先觀看在線課程平臺(tái)上的實(shí)驗(yàn)講解視頻、預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)；課中學(xué)生以小組協(xié)作的方式完成實(shí)驗(yàn)臺(tái)的電氣接線，按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)步驟進(jìn)行操作，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師檢查學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性并隨機(jī)提問(wèn)；課后學(xué)生撰寫(xiě)與提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性、回答問(wèn)題的準(zhǔn)確性、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的綜合質(zhì)量，教師評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

采用模型仿真與實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)操作相結(jié)合的教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生對(duì)系統(tǒng)原理分析、理論推導(dǎo)、方案設(shè)計(jì)、模型仿真、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)分析與計(jì)算、實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告等完整過(guò)程的工程化實(shí)踐訓(xùn)練，逐步培養(yǎng)了學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

三、課程考核方式

本課程考核包含過(guò)程性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)依據(jù)與方法充分體現(xiàn)了學(xué)生在課程教學(xué)整個(gè)過(guò)程的表現(xiàn)，如表1所示。

表1 課程考核與成績(jī)?cè)u(píng)定方法

四、教改實(shí)踐效果

本課程2021年共有選課學(xué)生153人。其中，34人的期末成績(jī)達(dá)到90分以上，63人在80分至89分之間，25人在70分至79分之間，19人在60分至69分之間，12人不及格，在期末試卷難度相當(dāng)?shù)那闆r下，期末成績(jī)明顯好于往年。

在期末階段，通過(guò)對(duì)學(xué)生的調(diào)查，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)了解到75.2%學(xué)生已掌握各類(lèi)型電機(jī)基本原理，56.9%學(xué)生能較熟練地運(yùn)用電機(jī)原理分析與計(jì)算電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，僅17%學(xué)生認(rèn)識(shí)到搭建的實(shí)驗(yàn)電路有問(wèn)題且無(wú)法獨(dú)立解決，85.6%學(xué)生能較合理地分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并獲得正確結(jié)果。以上調(diào)查結(jié)果表明，大部分學(xué)生已具備相應(yīng)的電氣工程知識(shí)，具有一定的分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和研究能力，達(dá)到了課程的教學(xué)目標(biāo)。

五、結(jié)語(yǔ)

以“電機(jī)學(xué)”課程為例，在工程教育認(rèn)證國(guó)際化背景下，對(duì)課程目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)方法、考核方式進(jìn)行改革與實(shí)踐。（1）教學(xué)內(nèi)容上，利用思維導(dǎo)圖幫助學(xué)生厘清課程知識(shí)體系和教學(xué)內(nèi)容的邏輯關(guān)系，使其達(dá)到牢固掌握課程知識(shí)重點(diǎn)與難點(diǎn)。（2）教學(xué)方法上，充分發(fā)揮“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，建成“電機(jī)學(xué)”在線課程資源，開(kāi)展線上線下混合式教學(xué)和問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)課程的積極性和主動(dòng)性，真正落實(shí)以“學(xué)生中心”的工程教育認(rèn)證核心理念。虛擬仿真與實(shí)物操作相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)，鍛煉學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。（3）優(yōu)化課程考核方式，實(shí)現(xiàn)更合理地綜合考核學(xué)生在課程教學(xué)全過(guò)程的表現(xiàn)。