“電機學(xué)”課程多元教學(xué)模式探索

摘" " 要：“電機學(xué)”課程在專業(yè)體系架構(gòu)中起著承前啟后的作用，教學(xué)內(nèi)容涉及機、電、磁等多學(xué)科知識，具有機理結(jié)構(gòu)抽象難懂的特點。對此，文章提出構(gòu)建“一條貫穿主線、兩種教學(xué)渠道、三層教學(xué)目標、四個教學(xué)模塊、五類教學(xué)手段、六級評價體系”的多元教學(xué)模式，并深入探索多元教學(xué)模式內(nèi)涵及實施方案。教學(xué)實踐表明，多元教學(xué)模式有助于學(xué)生沉浸式獲得理論知識及實操技能，以及樹立正確的價值理念。

關(guān)鍵詞：“電機學(xué)”課程；多元教學(xué)模式；教學(xué)改革；教學(xué)手段

中圖分類號：G642.0" " " 文獻標識碼：A" " " 文章編號：1002-4107（2024）08-0061-03

一、引言

“電機學(xué)”是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)核心基礎(chǔ)課程，在本科教學(xué)培養(yǎng)方案中具有承前啟后的重要作用?！半姍C學(xué)”課程以認識電機開篇，以直流電機、變壓器、同步電機、異步電機的專業(yè)知識為切入點，主要講授4類電機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及工作特性等。教學(xué)內(nèi)容涉及機械結(jié)構(gòu)、電路和磁路等多領(lǐng)域知識，理論復(fù)雜、實踐性強。任思璟等人對此提出運用虛擬仿真技術(shù)提高課程教學(xué)質(zhì)量的設(shè)計思想[1]。趙美娜提出一種利用數(shù)字化技術(shù)和信息化平臺開展虛擬仿真教學(xué)的設(shè)計思想[2]。安國慶等人從思政角度出發(fā)，開展了提升“電機學(xué)”課程教學(xué)效果的課程改革[3]。肖金鳳等人結(jié)合當(dāng)前工程教育專業(yè)認證背景和在線開放課程的實踐教學(xué)現(xiàn)狀，闡述了“電機學(xué)”課程建設(shè)中的校企深度合作方式[4]。于艷君針對“互聯(lián)網(wǎng) +”背景下的在線教學(xué)模式進行了探索與實踐[5]。

在“電機學(xué)”課程教學(xué)模式探索過程中，教師從頂層設(shè)計的角度出發(fā)，結(jié)合整個專業(yè)體系發(fā)展規(guī)律，開展教學(xué)改革。通過挖掘我國在電機領(lǐng)域中的重大創(chuàng)新成果，并結(jié)合案例法、探究法及虛實結(jié)合法等多種教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣，在課程教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容及考核評價等方面開展教學(xué)模式研究，構(gòu)建了“一條貫穿主線、兩種教學(xué)渠道、三層教學(xué)目標、四個教學(xué)模塊、五類教學(xué)手段、六級評價體系”的“電機學(xué)”課程多元教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生沉浸式獲得理論知識及實操技能。對近3年課程教學(xué)實施方式及實施效果的分析表明，以上多元教學(xué)模式取得了較好的教學(xué)效果，同時，也為同類或相關(guān)專業(yè)的教學(xué)改革提供了一定的參考。

二、多元教學(xué)模式剖析

（一）一條貫穿主線

堅持立德樹人的教育主線，以學(xué)生為中心，最大限度發(fā)揮課堂教學(xué)主渠道的育人功能。在實施多元教學(xué)模式前，教師先對該階段學(xué)生進行學(xué)情分析?！半姍C學(xué)”課程在大學(xué)二年級下學(xué)期開設(shè)，在整個專業(yè)體系知識架構(gòu)中起著承前啟后的重要作用。該階段的學(xué)生已系統(tǒng)學(xué)習(xí)了電路基本原理，掌握了基本電磁關(guān)系，具備查閱資料、分析資料和總結(jié)問題的能力，有足夠的信心和強烈的好奇心。通過在教學(xué)過程中的正確引導(dǎo)，學(xué)生能夠快速掌握課程理論知識及相關(guān)實踐技能。

（二）兩種教學(xué)渠道

目前，雖然中國大學(xué)MOOC（慕課）有很多優(yōu)質(zhì)的“電機學(xué)”課程資源，但很難推動班級全體學(xué)生主動參與在線課程的借鑒學(xué)習(xí)，因此，教師需要充分考慮“線上+線下”的混合式教學(xué)方式的實施措施。具體如下。

在課前，教師借助雨課堂平臺發(fā)布預(yù)習(xí)課件及相關(guān)視頻資料，并通過在線監(jiān)測數(shù)據(jù)了解學(xué)生的課前預(yù)習(xí)情況。在課上，教師在講授理論知識的同時，實時發(fā)布問題并隨機選擇學(xué)生回答， 這有助于保持全體學(xué)生持續(xù)性的注意力和關(guān)注力。同時，借助釘釘云課堂平臺發(fā)布隨堂小測試，后臺記錄數(shù)據(jù)并分析全體學(xué)生答題情況。這有助于教師及時了解課堂教學(xué)效果，掌握學(xué)生知識誤區(qū)，從而及時采取相應(yīng)糾正措施；也有助于學(xué)生及時了解自身學(xué)習(xí)情況，加強對相關(guān)知識點的理解，感受班級整體濃厚的學(xué)習(xí)氛圍。在課后，教師借助QQ群或微信群，就相關(guān)問題與學(xué)生開展在線互動討論，也可在課程結(jié)束后對學(xué)生遇到的問題進行及時互動解答，做到知識傳授的持續(xù)賦能。

（三）三層教學(xué)目標

“電機學(xué)”課程傳統(tǒng)教學(xué)方式的教學(xué)目標單一，僅局限于知識目標。而多元教學(xué)模式通過構(gòu)建多維度知識體系，采用理實結(jié)合、虛實結(jié)合的方式，重塑、拆解、構(gòu)建有深度、有廣度的3層教學(xué)目標。以“變壓器的并聯(lián)運行”小節(jié)為例，具體教學(xué)目標如下。知識目標——知識獲取：掌握變壓器并聯(lián)運行基本條件；掌握并聯(lián)變壓器容量與短路阻抗標幺值關(guān)系；掌握理想的并聯(lián)運行條件無法滿足時線路運行狀態(tài)。能力目標——知識遷移：具備分析檢測實際變壓器是否可并聯(lián)運行的能力；具備找到實際變壓器并聯(lián)故障原因的能力。價值目標——價值體現(xiàn)：具有專業(yè)認同感；具有科學(xué)嚴謹?shù)墓ぷ骶?；樹立無規(guī)矩不成方圓的安全規(guī)范意識和職業(yè)法規(guī)意識。

（四）四個教學(xué)模塊

教師根據(jù)電機類別將主要授課內(nèi)容劃分為變壓器、直流電機、同步交流電機及異步交流電機4個教學(xué)模塊。課程主要分析4類電機的對稱穩(wěn)態(tài)運行問題，著重闡述相關(guān)基本概念、基本理論和分析方法。教師通過引入典型工程案例，提煉科學(xué)問題，引導(dǎo)學(xué)生了解學(xué)科基礎(chǔ)知識及技術(shù)發(fā)展前沿與瓶頸。教師強調(diào)學(xué)生對基礎(chǔ)知識的深入理解和掌握，注重激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生高度嚴謹?shù)目茖W(xué)作風(fēng)和積極投身祖國建設(shè)的愛國主義情懷。在涉及定則及求解思想的闡釋時，教師注重培養(yǎng)學(xué)生辯證唯物主義世界觀，并借助對電機結(jié)構(gòu)及運行原理的對比分析使學(xué)生掌握科學(xué)有效的學(xué)習(xí)方法。

（五）五類教學(xué)手段

以“變壓器的并聯(lián)運行”小節(jié)為例，闡釋課程教學(xué)過程中的5類教學(xué)手段，具體如下。①探究法：探究如何根據(jù)實際電力負荷投切選擇變壓器容量，以及在不斷電情況下做變壓器檢修。②互動法：互動討論采用變壓器并聯(lián)運行有何優(yōu)點，以及是否任意2臺或多臺變壓器均可直接并聯(lián)。③類比法：類比“電路”課程，將變壓器二次側(cè)抽象為交流電壓源，思考變壓器并聯(lián)運行的條件是什么。

④虛實結(jié)合仿真法：利用MATLAB仿真軟件分析變壓器理想并聯(lián)運行條件未嚴格執(zhí)行時的現(xiàn)象。⑤案例法：定量分析變壓器3個并聯(lián)運行條件（變比相同、聯(lián)結(jié)組標號相同、短路阻抗標幺值相等）不成立時，2臺變壓器并聯(lián)運行時的負荷情況。其中，教學(xué)手段①—③幫助學(xué)生加深對教學(xué)重點（掌握變壓器并聯(lián)運行基本條件）的理解和掌握。探究法引導(dǎo)學(xué)生以具體問題為導(dǎo)向，獨立思考并總結(jié)結(jié)論；互動法采用生生互動、師生互動雙管齊下的方式，激發(fā)并培養(yǎng)學(xué)生不斷探索的科學(xué)意識；類比法引導(dǎo)學(xué)生將不同課程知識、同一課程前后知識等進行類比分析、融會貫通。教學(xué)手段④⑤幫助學(xué)生加深對教學(xué)難點（變壓器某一并聯(lián)運行條件無法滿足時的運行狀態(tài)）的掌握?？紤]到將理論問題轉(zhuǎn)化為工程實踐問題的思維跨度較大，且受到某些實驗條件在實驗室難以滿足的限制，在授課過程中，教師通過仿真軟件，采用案例法進行虛擬仿真教學(xué)。例如，在MATLAB仿真軟件中搭建GUI界面（Graphical User

Interface，圖形用戶界面）——“電機學(xué)”虛擬仿真實驗資源庫，如圖1（a）所示；單擊“三相變壓器并聯(lián)運行實驗”按鈕啟動相應(yīng)Simulink（可視化仿真工具）仿真模型，如圖1（b）所示。學(xué)生通過在Simulink界面中進行參數(shù)調(diào)整，觀察分析仿真現(xiàn)象。

理想變壓器并聯(lián)運行條件完全滿足及3個條件依次不滿足時的仿真波形如圖2所示。在圖2中，橫軸為仿真時間，縱軸變量i1和i2分別為2個變壓器AX相繞組的相電流。在圖2（a）中，i1和i2相位相同，大小相等，因此2個并聯(lián)變壓器內(nèi)部環(huán)流i1-i2＝0。而圖2（b）—（d）中，2個電流的峰值激增，且相位幾乎反向，表明此時變壓器內(nèi)部環(huán)流非常大，也側(cè)面說明了實際條件下無法開展此類實驗教學(xué)的原因。

（六）六級評價機制

“電機學(xué)”課程采用學(xué)生自評、教師自評、師生互評、同行互評、督導(dǎo)評價及社會評價6級評價機制。

首先，以問卷調(diào)查表形式開展的“學(xué)生自評+教師自評+師生互評”3級評價機制貫穿課程教學(xué)過程始終。其中，學(xué)生自評由學(xué)生自我考查其是否展現(xiàn)出對科學(xué)問題的獨立思考能力，以及是否樂于嘗試并提出個人觀點。教師自評側(cè)重考查教師自身教學(xué)手段是否有效實施及教學(xué)目標是否有效達成。師生互評主要是學(xué)生匿名評價教師授課方式并發(fā)表學(xué)習(xí)感悟，以及教師實名評價學(xué)生學(xué)習(xí)效果并給出學(xué)習(xí)建議等。

其次，以聽課評價表形式開展的“同行互評+督導(dǎo)評價”2級評價機制隨機嵌入課程教學(xué)過程。其中，同行互評考查教師授課內(nèi)容是否符合學(xué)生知識水平層次，以及授課方式是否突出解決重難點內(nèi)容。督導(dǎo)評價側(cè)重考查教師采用的教學(xué)方式、教學(xué)手段及教學(xué)理念是否與時俱進，是否有助于學(xué)生對新知識的消化和吸收。

最后，以反饋信息表形式開展的社會評價作為6級

評價體系的壓軸環(huán)節(jié)，旨在關(guān)注用人單位對學(xué)生專業(yè)理論付諸實踐的知識遷移能力的滿意度，主要考查學(xué)生對學(xué)科知識體系的掌握情況是否匹配當(dāng)前技術(shù)發(fā)展要求、是否具備相應(yīng)的工程倫理意識，以及是否具備求真探索的工匠精神。

多元教學(xué)模式中的6級評價機制的終端為教學(xué)反思。在課程教學(xué)過程中，教師不僅要將專業(yè)知識點講深、講透，還要實時結(jié)合6級評價機制結(jié)果，不斷調(diào)整和完善教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式及教學(xué)手段等，更要結(jié)合社會評價信息，考慮所授電機學(xué)理論知識在電力技術(shù)發(fā)展中的發(fā)展

歷程，融入電力行業(yè)科技最新發(fā)展動態(tài)和前沿知識。

三、結(jié)束語

多元教學(xué)模式實施全過程以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體，時刻培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和科學(xué)嚴謹?shù)墓そ尘瘢?/p>

對于不可線下操作的實驗，通過對“電機學(xué)”虛擬仿真實驗資源庫中各動態(tài)模型及仿真波形的觀察分析，學(xué)生能夠直觀清晰地理解相應(yīng)難點內(nèi)容；對于可同步線下操作的實驗，通過線上虛擬仿真及線下實驗相結(jié)合，學(xué)生能夠加強對實踐過程的理解和掌握。同時，電氣工程及其自動化專業(yè)學(xué)生在大學(xué)三年級會進行中級工（電工）實訓(xùn)技能訓(xùn)練考核，而考核中的異步電機星三角啟動的典型實踐環(huán)節(jié)，會再次通過案例法對電機學(xué)相關(guān)知識進行理論及實踐應(yīng)用。

拓寬學(xué)生認知領(lǐng)域。在近3年的教學(xué)實施過程中，學(xué)生主動學(xué)習(xí)、主動互動的頻次明顯提升，課程綜合成績明顯提高，證實多元教學(xué)模式對于推動學(xué)生深入掌握電機學(xué)理論知識具有重要意義。同時，該多元教學(xué)模式有效輻射到了電氣工程及其自動化專業(yè)其他課程甚至其他學(xué)科課程，初步形成“課程—專業(yè)—學(xué)科”的課程教育教學(xué)體系，推動教育內(nèi)涵式發(fā)展。結(jié)合以上教學(xué)實踐，教師還需要對以下問題進行深入探索。第一，加強頂層設(shè)計。學(xué)生前期理論基礎(chǔ)較薄弱，工程意識不強，不能及時關(guān)注電力行業(yè)最新發(fā)展動態(tài)，因此，教師需要進一步梳理專業(yè)課程體系，結(jié)合課程特點，落細、落實課程教學(xué)方案，提高課程授課效果和質(zhì)量。第二，加強團隊建設(shè)。在采用多元教學(xué)模式的課程備課階段，教師在相關(guān)視頻資源、動畫資源等的整合上耗時巨大，因此，需要不斷提升教師的綜合素質(zhì)，加強團隊合作。

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■ 編輯∕陳晶

收稿日期：2023-11-19" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 修回日期：2023-12-13

作者簡介：李昆鵬，女，講師，博士，研究方向為電機學(xué)本科課程改革；劉麗英，女，副教授，博士，研究方向為電路本科課程改革；胡山，男，副教授，研究方向為電機控制本科課程改革。

基金項目：第二批天津市一流本科建設(shè)課程項目“線上線下混合式課程”（XJJW2146）