基于“四位一體”的電機(jī)與拖動基礎(chǔ)課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐

樊建強(qiáng)，李凱麗，楊鐵梅，馬艷娥，武志剛

（晉中信息學(xué)院，山西 太谷 030800）

電機(jī)與拖動基礎(chǔ)是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門必修課，其理論性和工程性非常強(qiáng)，具有知識面廣、綜合性強(qiáng)、實(shí)踐強(qiáng)等特點(diǎn)，尤其是涉及到工程電磁場這部分無形的內(nèi)容非常難理解，被學(xué)生公認(rèn)為電氣工程及其自動化專業(yè)大學(xué)4年中最難學(xué)的專業(yè)課之一，在電氣專業(yè)的課程學(xué)習(xí)中占有舉足輕重的地位。隨著信息化教學(xué)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，以及國際工程教育認(rèn)證的需求，原有的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、方法和技術(shù)均需改進(jìn)，用以適應(yīng)當(dāng)前社會需要的多學(xué)科交叉融合的應(yīng)用型人才。

1 電機(jī)與拖動基礎(chǔ)課程教學(xué)現(xiàn)狀

電機(jī)與拖動基礎(chǔ)主要包括電機(jī)學(xué)和電力拖動基礎(chǔ)2部分內(nèi)容，要求學(xué)生不僅需要有高數(shù)、大學(xué)物理、電路理論、電磁場等課程的知識基礎(chǔ)，而且必須在課堂上要主動積極地學(xué)習(xí)。該課程內(nèi)容多且難，理論知識結(jié)構(gòu)復(fù)雜，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中感到很難，雖然授課教師非常努力地講解，但效果不好，究其原因主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1 學(xué)生知識基礎(chǔ)比較薄弱

由于該課程綜合性比較強(qiáng)，涉及到的知識點(diǎn)多且難，各章節(jié)之間的內(nèi)容連貫性較強(qiáng)，如學(xué)生在前面某一個環(huán)節(jié)出了問題，沒有及時補(bǔ)齊短板，后續(xù)學(xué)習(xí)就比較困難，再加上學(xué)習(xí)習(xí)慣不好，故學(xué)習(xí)效果較差。

1.2 教師教學(xué)方法陳舊

大部分教師仍舊采用傳統(tǒng)的板書+課件的講授方式，教師對現(xiàn)代的教學(xué)信息技術(shù)的掌握不夠好，如授課教師對動畫、三維軟件、仿真分析動態(tài)軟件的掌握較差。雖然教師很努力備課講課，但是學(xué)生仍然是一臉茫然。在講解電機(jī)結(jié)構(gòu)時，如教師所采用的電機(jī)結(jié)構(gòu)圖是平面結(jié)構(gòu)圖，這需要學(xué)生有豐富的立體想象力，對于那些沒有見過電機(jī)結(jié)構(gòu)的同學(xué)來說，很難明白教師所講的內(nèi)容。即使部分教師采用了Simulink 仿真軟件對其中一些內(nèi)容進(jìn)行了講解，但是抓不住學(xué)生的視覺，學(xué)生容易走神，學(xué)生都不明白教師所講的內(nèi)容，課堂的互動性可想而知，教學(xué)效果不理想。

1.3 實(shí)踐教學(xué)難以滿足人才需求要求

實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施都比較陳舊，很多教學(xué)軟硬件均不能及時得到更新。所以學(xué)生在實(shí)踐課堂上獲得的技能很多都已經(jīng)過時，對他們未來的發(fā)展作用不是很大。除此以外，缺乏專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)隊(duì)伍，授課教師既講解理論部分內(nèi)容又指導(dǎo)實(shí)踐部分內(nèi)容，班級較多，精力有限，也是當(dāng)前電機(jī)與拖動基礎(chǔ)課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)得不到強(qiáng)化的客觀環(huán)境。

2 “四位一體”電機(jī)與拖動基礎(chǔ)的課程教學(xué)方式改革

根據(jù)晉中信息學(xué)院對于應(yīng)用型本科人才的定位和培養(yǎng)要求，本課程教學(xué)改革將圍繞知識、能力、素質(zhì)、思政目標(biāo)等內(nèi)容，采用OBE方式，以提高學(xué)習(xí)興趣為目標(biāo)，構(gòu)建以四大電機(jī)為基礎(chǔ)，電磁感應(yīng)為主線，電力拖動應(yīng)用為目的，理論與實(shí)踐并重，理論為實(shí)踐服務(wù)的“四位一體”新型的教學(xué)理念。

2.1 “四位一體”理念

圍繞“工程認(rèn)證背景下應(yīng)用型本科立德樹人”，采用PBL項(xiàng)目驅(qū)動+情景式可視化+線上線下混合式+思政四位一體進(jìn)行課程改革，見圖1。

圖1 “四位一體”教學(xué)改革模型Fig.1"Four in one"teaching reform model

2.2 教學(xué)方法

2.2.1 PBL項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)

通過調(diào)研企業(yè)對電氣工程人才的素質(zhì)和能力方面的確切需求，重新梳理人才培養(yǎng)方案中的培養(yǎng)目標(biāo)，從企業(yè)生產(chǎn)的項(xiàng)目入手，弱化基礎(chǔ)理論的推導(dǎo)，采取學(xué)練有效結(jié)合，加大電氣工程師職業(yè)素養(yǎng)和能力的培養(yǎng)，秉承“學(xué)、教、做、練”閉環(huán)控制的理念，重組教學(xué)內(nèi)容，打造“三內(nèi)容、八項(xiàng)目”的PBL項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)體系，具體見圖2。

圖2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)Fig.2 Project design

2.2.2 情景可視化教學(xué)

為了改變教師講的熱火朝天學(xué)生學(xué)得茫然的傳統(tǒng)授課現(xiàn)狀，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣為目的，進(jìn)行了情景可視化嘗試。便于學(xué)生理解講課內(nèi)容，在對于電機(jī)機(jī)構(gòu)部分中電磁場部分利用有限元分析軟件，變無形的電磁場分布為有形。應(yīng)用仿真軟件將電機(jī)及拖動部分的特性具體化以圖形的方式展示，方便學(xué)生對比學(xué)習(xí)；電機(jī)與拖動基礎(chǔ)課程教學(xué)的可視化方案，見圖3。這樣為該課程建立了三維立體圖形、動畫和實(shí)物影像的案例庫，為學(xué)生立體、動態(tài)和直觀地呈現(xiàn)出了電機(jī)各部分結(jié)構(gòu)，學(xué)生在學(xué)習(xí)時能夠很直觀地對教師所講的內(nèi)容理解和掌握，教學(xué)效果自然就會提升[1]。

2.2.3 線上線下混合式教學(xué)

采用學(xué)習(xí)通平臺，教師提前上傳學(xué)習(xí)資料，通過布置任務(wù)將需要講解的部分內(nèi)容轉(zhuǎn)移到線上，學(xué)生課下安排時間學(xué)習(xí)，利用學(xué)生端觀看知識點(diǎn)視頻內(nèi)容，然后在課堂上，教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生進(jìn)行互動。整個教學(xué)過程，學(xué)生為主角，以學(xué)生獲得為目標(biāo)，變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)與運(yùn)用知識[2]?；旌鲜浇虒W(xué)模式見圖4。

圖4 混合式教學(xué)方式實(shí)施圖Fig.4 Implementation diagram of blended teaching method

2.2.4 課程思政教學(xué)

結(jié)合課程內(nèi)容與當(dāng)前形勢，以電機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、利用為切入點(diǎn)，圍繞科學(xué)家態(tài)度、工匠精神、家國情懷等思政內(nèi)容講好中國故事，幫助學(xué)生堅(jiān)定“四個自信”、不忘學(xué)習(xí)的初心和使命[3]。課程思政融入結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 課程思政融入結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Curriculum ideological and political integration structure chart

通過大量的可視化案例展示和分組討論，在堅(jiān)守教學(xué)內(nèi)容科學(xué)性、邏輯性、完整性的同時，把思政鮮活案例有效融入課堂，讓學(xué)生切身感受到祖國的強(qiáng)大，由純專業(yè)知識傳授轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩I(yè)+思政有效融合”模式，既能滿足培養(yǎng)應(yīng)用型人才，又能使學(xué)習(xí)過程快樂輕松。

2.3 調(diào)整考核方式

在課程綜合評定中增加了過程考核和思政元素考核的比例，根據(jù)學(xué)習(xí)通平臺統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)增加過程考核的量化指標(biāo)作為平時成績，激發(fā)學(xué)生加大學(xué)習(xí)時間投入，充分“動起來”，使學(xué)生達(dá)到“真學(xué)習(xí)”→“會學(xué)習(xí)”→“樂學(xué)習(xí)”的目的[4]，具體見圖6。

圖6 課程成績比例Fig.6 Course grade ratio

3 結(jié)語

電機(jī)與拖動基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革是一項(xiàng)復(fù)雜而系統(tǒng)的工程，需要借鑒各學(xué)校先進(jìn)的教學(xué)理念結(jié)合工程教育標(biāo)注要求不斷改革，以滿足企業(yè)對工程人才能力的需求要求。在ASIIN 工程認(rèn)證過程中結(jié)合電機(jī)與拖動基礎(chǔ)課程“四位一體”的教學(xué)改革模式，有效提升了課程教學(xué)目標(biāo)，育人效果達(dá)成度較高，教學(xué)效果較好，改革的路就在腳下，需要不斷持續(xù)進(jìn)行。