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

張曉娟，張 劼，李紅波，黨宏濤

(西京學(xué)院，西安 710123)

0 引言

隨著我國(guó)工程教育理念的整體性發(fā)展，諸多高校目前正在積極開展“卓越工程師”的教育培訓(xùn)計(jì)劃，力求培養(yǎng)特色型、學(xué)術(shù)型、專業(yè)型人才，以期能夠?yàn)閷淼墓こ贪l(fā)展儲(chǔ)備優(yōu)秀人才。電機(jī)學(xué)課程作為電氣類專業(yè)學(xué)生的核心必修課程，及時(shí)展開課程教學(xué)改革工作勢(shì)在必行。

1 電機(jī)學(xué)課程教學(xué)改革的必要性

2010年，我國(guó)教育部提出了“卓越工程師”人才培養(yǎng)計(jì)劃并在諸多高校內(nèi)進(jìn)行試點(diǎn)，截至2022年，諸多高校均在專業(yè)人才的培養(yǎng)計(jì)劃、課程體系及教學(xué)方式等方面完成了重大改革?；凇懊嫦蚬こ?、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)合的課程體系尤為重要[1]。培養(yǎng)電氣工程及其自動(dòng)化相關(guān)領(lǐng)域的“卓越工程師”，這一目標(biāo)旨在培養(yǎng)出一大批具有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力、較開闊的國(guó)際視野，以及較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力，具有高素質(zhì)的電氣工程技術(shù)型人才，其培養(yǎng)核心在于創(chuàng)新性的思維培養(yǎng)及工程實(shí)踐能力培養(yǎng)。

事實(shí)上，如何通過培養(yǎng)電氣工程相關(guān)專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新性思維及工程實(shí)踐能力，打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式桎梏，采用貼合“卓越工程師”培養(yǎng)的創(chuàng)新教學(xué)方法，真正做到因材施教是至關(guān)重要。目前，大部分的試點(diǎn)高校已將具有豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的教師，以及工程師分配至試點(diǎn)班級(jí)開展專業(yè)性教學(xué)，但是在教學(xué)方法方面，這些教師大多只擅長(zhǎng)采用傳統(tǒng)化的教學(xué)方法開展教學(xué)，影響 “卓越工程師”培養(yǎng)質(zhì)量，很難達(dá)到“卓越工程師”培養(yǎng)目標(biāo)[2]。

2 電機(jī)學(xué)課程的發(fā)展特色及教學(xué)現(xiàn)狀

2.1 電機(jī)學(xué)課程的整體性質(zhì)

電機(jī)學(xué)課程以電磁學(xué)、物理學(xué)、電路理論、力學(xué)等多種學(xué)科知識(shí)為基礎(chǔ)，為后續(xù)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等相關(guān)學(xué)科奠定基礎(chǔ)，并且在課程培養(yǎng)體系中起著承上啟下的重要作用。

電機(jī)學(xué)課程的研究對(duì)象具有實(shí)用性和普遍性，講述的內(nèi)容是后續(xù)專業(yè)課的理論基礎(chǔ)，也是電氣工程領(lǐng)域?qū)嵺`問題的理論依據(jù)。電機(jī)原理分析過程用到的基于平衡方程式、相量圖和等效電路的分析方法也是該領(lǐng)域工程問題的基本分析方法，因此是一門必須教好和學(xué)好的課程。但由于該課程理論性和實(shí)踐性均較強(qiáng)，且具有復(fù)雜性與綜合性、抽象性與具體性的特點(diǎn)，既重知識(shí)傳授又重能力培養(yǎng)，所以也是一門公認(rèn)的難教和難學(xué)的課程。因此，需根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的具體情況采用適合的教學(xué)方法和教學(xué)手段，有效化解教學(xué)難題，全面提升教學(xué)質(zhì)量。

2.2 電機(jī)學(xué)課程的發(fā)展特色

首先，電機(jī)學(xué)課程是一門既具抽象性又具有具體性的課程，而學(xué)生難以理解相關(guān)知識(shí)的原因在于學(xué)生無法及時(shí)將較為抽象的電磁理論和特定的電機(jī)結(jié)構(gòu)有效結(jié)合。電機(jī)運(yùn)行的本身便是一種將具體的機(jī)電能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換的裝置，其最主要依靠的運(yùn)行原理便是電磁感應(yīng)定律及電磁力定律，造成學(xué)生難以與具體的電機(jī)運(yùn)行過程相聯(lián)系。其次，在電機(jī)學(xué)課程的學(xué)習(xí)過程中，所涉及到直流電機(jī)、交流電機(jī)、變壓器、微控電機(jī)等多方面內(nèi)容，以上知識(shí)體系是互相平行的，其間并不具備相互的邏輯關(guān)系，且由于內(nèi)容眾多，知識(shí)點(diǎn)龐雜，使得學(xué)習(xí)較為困難。此外，在電機(jī)學(xué)課程的學(xué)習(xí)過程中，電磁力之間的關(guān)系十分復(fù)雜，概念和公式眾多，理解難，記憶難。

2.3 電機(jī)學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)過程中，教師往往占據(jù)主導(dǎo)地位，常用的“填鴨式”教學(xué)方式忽視教學(xué)技巧，最終導(dǎo)致教和學(xué)分離。特別是對(duì)于電機(jī)學(xué)這類抽象課程，教師也大多是照本宣科，無法將理論聯(lián)系實(shí)際，缺乏案例，學(xué)生理解困難。教和學(xué)分離的狀況，不利于學(xué)生掌握應(yīng)用電機(jī)學(xué)課程中的知識(shí)。因此，教師應(yīng)當(dāng)依照電機(jī)學(xué)課程的教學(xué)特點(diǎn)及學(xué)生的發(fā)展特點(diǎn)，立足于傳統(tǒng)的教學(xué)方法，不斷展開創(chuàng)新性探索，改進(jìn)教學(xué)方法，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3 電機(jī)學(xué)課程教學(xué)方法的創(chuàng)新性探索及實(shí)踐

3.1 實(shí)施目標(biāo)驅(qū)動(dòng)法，提升學(xué)生對(duì)教學(xué)活動(dòng)的參與興趣

電機(jī)學(xué)是一門實(shí)用性非常強(qiáng)的課程，但由于其包含的電磁關(guān)系抽象且復(fù)雜，教師應(yīng)該從課程的最開始就大力激發(fā)學(xué)生的探索興趣。

例如，在教師首次展開電機(jī)學(xué)課程教學(xué)時(shí)，可以首先點(diǎn)明，“在我們的日常生產(chǎn)及生活當(dāng)中，與電機(jī)學(xué)有著千絲萬縷的聯(lián)系，電機(jī)的應(yīng)用范圍大到航空航天，小到家用電器?！蓖瑫r(shí)教師可以應(yīng)用PPT展示在日常生活當(dāng)中應(yīng)用電機(jī)的一些圖片，并針對(duì)此提出如下問題：“關(guān)于電機(jī)這種能量轉(zhuǎn)換器，在學(xué)習(xí)過程中我們需要掌握它的哪些知識(shí)？其內(nèi)部構(gòu)造、運(yùn)行原理、功率大小和工作特性都是什么？”通過目標(biāo)驅(qū)動(dòng)法，引導(dǎo)學(xué)生積極學(xué)習(xí)，努力探索。在講解變壓器的原理這一章時(shí)，教師可以直接為學(xué)生指明方向，告訴學(xué)生只有充分分析變壓器內(nèi)部的電磁關(guān)系之后，才能得到變壓器運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型、基本方程式及向量圖。明確目標(biāo)之后，學(xué)生便能做到主動(dòng)跟隨課堂展開探索，并得出相應(yīng)結(jié)論，從而不斷加深印象。

3.2 實(shí)施激勵(lì)教學(xué)法，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新性思維的形成

電機(jī)學(xué)課程中存在很多概念及公式，其間所蘊(yùn)含的電磁關(guān)系非常復(fù)雜且抽象，如磁場(chǎng)分布和繞組連接就是電機(jī)部分學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。為充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效解決學(xué)習(xí)過程中的疑難問題，教師在講述完本節(jié)課內(nèi)容之后，也可以對(duì)之后的內(nèi)容設(shè)置出一些思考性的問題，從而激勵(lì)學(xué)生開啟創(chuàng)新性思維。

例如，教師在講述完電機(jī)的工作原理及基本構(gòu)造之后，還可以設(shè)置如下問題：其一，電機(jī)其間的氣隙磁場(chǎng)是采用何種方式進(jìn)行分布的？其二，導(dǎo)體之間是通過何種排列方式進(jìn)行連接以形成電路的？這兩個(gè)問題背后所蘊(yùn)含的內(nèi)容恰恰就是電機(jī)學(xué)原理當(dāng)中的難點(diǎn)內(nèi)容。教師可以鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)動(dòng)畫，以此展示電機(jī)內(nèi)部的磁通密度波形及繞組的連接方式，鼓勵(lì)學(xué)生講述在制作過程當(dāng)中所產(chǎn)生的想法和體會(huì)，并且給予學(xué)生肯定。學(xué)生受到激勵(lì)之后，會(huì)更主動(dòng)探索磁場(chǎng)分布及繞組連接相關(guān)知識(shí)，從而逐步培養(yǎng)出學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維。

3.3 實(shí)施循序漸進(jìn)法，提升學(xué)生的邏輯思維能力

電機(jī)學(xué)課程中的電磁問題掌握起來較困難，因此在整個(gè)學(xué)習(xí)過程當(dāng)中，教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生從簡(jiǎn)單到復(fù)雜逐步展開分析，循序漸進(jìn)的掌握電機(jī)理論常用的分析方法。

例如，在開展直流電機(jī)磁場(chǎng)教學(xué)時(shí)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先為學(xué)生講述空載氣隙磁密波形，其次講述電樞響應(yīng)，此后得出現(xiàn)實(shí)性氣隙磁場(chǎng)分布。在分析交流電機(jī)的電樞繞組所產(chǎn)生的基波感應(yīng)電勢(shì)之時(shí)，應(yīng)當(dāng)從導(dǎo)體所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)入手講解。其傳遞過程主要是從導(dǎo)體出發(fā)，經(jīng)過線圈，經(jīng)過線圈組，直至每相繞組，由此可以得出相繞組所產(chǎn)生的基波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相關(guān)表達(dá)式。通過循序漸進(jìn)的教學(xué)方式，學(xué)生可以更好地掌握相關(guān)知識(shí)，提升邏輯思維能力。

3.4 實(shí)施對(duì)比討論法，促進(jìn)學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)

電機(jī)學(xué)課程當(dāng)中類似的內(nèi)容及原理有很多，教師在引導(dǎo)學(xué)習(xí)的時(shí)候可以注意進(jìn)行比較，幫助學(xué)生加深記憶，提高學(xué)習(xí)效率。

例如，可以將直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行對(duì)比教學(xué)，分別從物理過程、正方向規(guī)定、基本方程式表示及運(yùn)行性能等方面展開對(duì)比討論；也可以將異步電機(jī)和變壓器進(jìn)行對(duì)比教學(xué)，對(duì)比分析其運(yùn)行過程，從內(nèi)在蘊(yùn)含的電磁關(guān)系、基本方程式及向量圖等方面入手展開對(duì)比討論；此外，對(duì)于電機(jī)多樣化的制動(dòng)方法，可以通過制動(dòng)方法的相關(guān)工作原理、有關(guān)制動(dòng)過程、有關(guān)機(jī)械特性、有關(guān)功率關(guān)系、相關(guān)制動(dòng)電阻及轉(zhuǎn)速的計(jì)算方式等方面對(duì)比討論諸多方法，以促進(jìn)教學(xué)效率的提升。

4 設(shè)定多元化的教學(xué)評(píng)價(jià)體系

在電機(jī)學(xué)課程教學(xué)活動(dòng)結(jié)束后，教師應(yīng)當(dāng)及時(shí)評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)于課程知識(shí)的理解程度。立足于傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)方法，可采用綜合性、多元化的教學(xué)評(píng)價(jià)體系。

4.1 課堂表現(xiàn)

課堂表現(xiàn)即通過考察學(xué)生的出勤率、現(xiàn)場(chǎng)回答問題踴躍程度及回答正確率進(jìn)行評(píng)價(jià)。學(xué)生如若出勤率較高，且面對(duì)教師在課堂上的提問積極回答，答案準(zhǔn)確率高，則可以被視作是表現(xiàn)優(yōu)異。

4.2 鞏固與提升

教師可以在完成授課后設(shè)定幾個(gè)關(guān)于電機(jī)的問題，鼓勵(lì)學(xué)生課后自主探索出問題答案，學(xué)生可在課后自由結(jié)組針對(duì)問題展開溝通，在下節(jié)課開課之前匯總出問題答案，并以書面報(bào)告的形式在下節(jié)課開課之時(shí)進(jìn)行呈現(xiàn)。

4.3 線上教學(xué)

教師應(yīng)充分利用學(xué)堂云在線課程。課前將預(yù)習(xí)課件、預(yù)習(xí)復(fù)習(xí)測(cè)試題、知識(shí)點(diǎn)、章節(jié)測(cè)試、動(dòng)畫等資料上傳學(xué)堂云；課中，采用雨課堂進(jìn)行授課，將授課課件、課堂活動(dòng)等資料在學(xué)堂云進(jìn)行沉淀；課后，要求學(xué)生采用學(xué)堂云和雨課堂的直播課件，進(jìn)行課后復(fù)習(xí)，并完成復(fù)習(xí)測(cè)試題。

4.4 課后作業(yè)

在每章的教學(xué)任務(wù)完成后，教師可以分配一些重要的課后作業(yè)，限定時(shí)間并且要求學(xué)生獨(dú)立完成，以此來檢查學(xué)生對(duì)于知識(shí)的掌握程度，幫助學(xué)生查漏補(bǔ)缺。

4.5 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

電機(jī)學(xué)是一門非常實(shí)用的課程，實(shí)驗(yàn)過程對(duì)于電機(jī)學(xué)課程的學(xué)習(xí)過程不可或缺?？梢越⑴c課堂理論教學(xué)系統(tǒng)相互平行、相互聯(lián)系、相對(duì)獨(dú)立的實(shí)踐教學(xué)體系。即以技術(shù)應(yīng)用能力培養(yǎng)為主線，開展以實(shí)驗(yàn)課和實(shí)訓(xùn)課為主的操作技能訓(xùn)練和工程應(yīng)用技能訓(xùn)練。

加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革力度，單設(shè)電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程。開展以實(shí)驗(yàn)任務(wù)書代替實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的改革,減少演示驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，增加綜合性、設(shè)計(jì)性、應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，改變過去只做驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的模式。根據(jù)教師下達(dá)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)書，學(xué)生查閱有關(guān)技術(shù)資料，獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和準(zhǔn)備工作，然后到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行調(diào)試和測(cè)量(實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生開放，可隨時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn))，最后按要求寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)分為實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)。通過驗(yàn)證性試驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)及工程計(jì)算軟件應(yīng)用和電機(jī)控制綜合實(shí)訓(xùn)，幫助學(xué)生驗(yàn)證理論概念，提高獨(dú)立分析和解決工程實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

4.6 期末考試

學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)不是傳統(tǒng)的平時(shí)成績(jī)加實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)偌悠谀┛荚嚦煽?jī)，而應(yīng)是對(duì)整個(gè)學(xué)習(xí)過程的考核。將課前預(yù)習(xí)，課中在線簽到、在線測(cè)試、課后在線作業(yè)、知識(shí)點(diǎn)練習(xí)、章節(jié)測(cè)試，期末在線考試、學(xué)習(xí)效果反思等各部分內(nèi)容綜合進(jìn)行考核，提高考核的公平性、公正性和實(shí)用性。

5 結(jié)語

對(duì)于電機(jī)學(xué)課程所開展的改革工作任重而道遠(yuǎn)，立足于“卓越工程師”人才培養(yǎng)的計(jì)劃之下，高校應(yīng)當(dāng)及時(shí)構(gòu)建以學(xué)生為中心、具備科學(xué)性及合理性的電機(jī)學(xué)教學(xué)課程體系，不斷優(yōu)化教學(xué)相關(guān)內(nèi)容，及時(shí)豐富教學(xué)開展方法，并致力于構(gòu)建多層次的實(shí)踐性教學(xué)，從而進(jìn)一步的理解和實(shí)現(xiàn)電機(jī)學(xué)課程的理論學(xué)習(xí)和工程實(shí)踐結(jié)合、知識(shí)體系構(gòu)建和個(gè)人能力培養(yǎng)結(jié)合，并且?guī)椭鷮W(xué)生自主不斷展開學(xué)習(xí)及探索。由于教學(xué)改革的最終目標(biāo)是促進(jìn)學(xué)生發(fā)展，因此任課教師必須依照學(xué)生自身的實(shí)際情況展開教學(xué)，發(fā)揮出教學(xué)改革的最好效果。