ＣＡＩ課件在《電機學》教學中的應用及效果分析

摘要：本文討論了在電氣工程及自動化專業《電機學》教學中采用CAI課件進行輔助教學，根據試卷分析和實驗效果比較：CAI課件對教學的促進作用比較明顯，取得了較好的教學效果。

關鍵詞：電機學；CAI；試卷分析；教學效果比較

《電機學》是電氣工程及自動化專業一門極其重要的專業基礎課，是學習后續專業課如《自控原理》、《發電廠電氣部分》、《電力系統分析》、《發電廠動力部分》等課程的基礎。對學生來說，《電機學》課程是所有專業課程中學分和學時最多的課程，也是公認的難度較大的課程。究其原因有：（1）該課程內容多、涉及面廣，既有電的問題，又有磁的問題；既涉及正弦量，又涉及非正弦量；既要解決穩態的問題，又要解決瞬態的問題；既要遇到時間向量，又要遇到空間向量。這就要求學生的相關基礎知識要扎實。（2）該課程要求學生在學習過程中有一定的空間想象能力，因為電和磁是看不見、摸不著的，所研究的問題較為抽象，必須具有較強的空間想象能力才能理解各類問題的本質。（3）該課程涉及計算的知識點多，習題量大，有的計算相當復雜。（4）該課程實驗學時比較多，要求學生有較強的動手實驗能力，能將課堂所學的理論知識融會貫通，將理論和實踐相結合。針對《電機學》課程的特點，我們制作了《電機學》CAI課件并運用到課程教學中去。

電機學CAI課件的簡介

該課件的制作旨在探討一種符合教育心理學的教學思路，同時利用各種多媒體元素詮釋電機學中的知識點，內容豐富、重點突出、手段多樣化，有以下特點：

內容豐富，涵蓋面廣該課件包括五大模塊的內容：基本理論篇、同步電機篇、異步電機篇、仿真實驗室、模擬考場。其中，基本理論篇、同步電機篇、異步電機篇每篇內容下都包含電子教案、要點分析、你問我答、同步練習及課外知識五項內容：（1）“電子教案”的設計主要根據任課教師多年積累的教學經驗，由教學內容和經驗濃縮而成，尤其注意重點、難點的突出，特別是配置了許多實物照片，讓學生對電機結構一目了然。此外，電子教案還配置電機學資深教師的同步解說，非常有利于學生自學及課堂演示。（2）“要點解析”則是利用模型和Flash動畫來動態演示教學內容中的重點、難點部分，尤其是電磁關系、空間向量等比較抽象的概念，學生比較容易接受。（3）“你問我答”對學生在學習過程中遇到的疑難問題進行討論，同時還開辟了一個“留言簿”專欄，學生可以通過發電子郵件的方式與課件組或任課教師取得聯系，以解答疑難問題。（4）“同步練習”模塊設置了多種題型供學生練習。（5）“課外知識”這項內容主要是為了拓寬學生知識面，比如各類電機圖片展、各類電機型號匯總、新型電機、最新資訊、英語百科等。

科學設計，方便自學考慮到使用該課件的對象既有教師、又有學生，因此在結構設計和內容編排上考慮了符合使用者的特點，內容和結構上循序漸進，由課堂內引向課堂外，符合教育心理學的特點。

理論與實踐相結合本課件除了有一套精心設計的理論體系外，還有一大特色，即仿真實驗，其目的是讓學生在進行具體實驗之前事先模擬一下，從而增強對實驗的理解，以達到良好的實驗效果，同時有的實驗由于實驗室條件所限無法開展，也可以通過仿真實驗來達到一定的效果。

交互性強，界面友好課件開發采用了Authorware軟件，并在其他軟件如3Dmax、Flash等輔助下制作完成，具有友好的操作界面。課件采用了多種交互方式，課件具備較好的交互性。圖1為課件的流程圖，圖2、圖3、圖4為課件中的幾個界面。

電機學CAI課件在2004級教學中的應用

筆者所在教研組決定在2004級兩個班中使用《電機學》CAI課件作為輔助教學工具進行教學。在具體教學中，CAI課件的應用主要體現在以下幾個方面：

利用電子教案進行課前預習和課后復習課件的電子教案模塊以電機學教師的教案為藍本制作而成，包含了教師授課的思路和計劃，也包括了本課程的知識點。學生以此進行課前復習，不僅目的明確、要點突出，而且可以緊隨教師上課的思路，比起自行翻閱教材預習的效果要好得多。此外，還可以利用電子教案進行課后復習、篇章復習和期末復習，因為教師上課的所有要點都在其中。

重點、難點在教學中動態演示電機學被認為是難度較大的專業課，主要由于課程中有很多三維的、抽象的概念在黑板上不易講清楚。比如，有關脈振磁勢和旋轉磁勢的理解、交流繞組的繞制等都是電機學中有相當教學難度的內容，上課時教師往往要畫大量的圖，并且要求畫圖相當準確，才能推導出相應結論。如果沒有CAI課件，該內容至少需要20課時，并且有很多學生往往不能真正理解。應用CAI課件，這部分內容只用了16學時，加快了教學進度，并且將脈振磁勢和旋轉磁勢隨空間位置和時間的變化情況做成動態演示，使教學內容更加具體化和形象化，也加深了學生的理解，為后續內容的學習打下了堅實的基礎。

利用習題庫進行復習，模擬考場進行模擬測驗所制作的習題庫題量大，題型豐富，包含了電機學幾百個知識點，有近千道題，包含填空、單選、多選、判斷、簡答、計算等多種題型，既有針對章節復習的，又有針對全篇復習甚至全書復習的。此外，在模擬考場中通過設定題量、題型、章節范圍及分布后由習題庫隨機出一套試卷進行模擬測試。

仿真實驗室用以實驗前的預演在每一次具體的實驗之前，教師將利用課件中的仿真實驗室模塊指導學生預習實驗，了解實驗要求和目的，熟悉實驗設備，預演實驗接線和操作，為在實驗室的具體操作做好準備。

教學效果的比較及分析

為了比較教學效果，在理論教學及實驗等多個環節上將2004級兩個班與未使用過輔助教學課件的2003級兩個班作對比，并進行了試卷分析。

2003級兩個班合班上課，共計65人，計劃學時90課時，《電機學》課程總學分5個學分，實驗課時10學時。2004級兩個班合班上課，共計83人，計劃學時80課時，《電機學》課程總學分4.5學分，實驗課時10學時。學生所用教材和開出實驗相同，在課時數上2004級比2003級少10課時，但是實驗課時不變，而教學大綱及實際授課內容變化不大。兩屆學生期末考試的成績分布情況見表1。

從兩屆學生的成績來看，成績的分布規律基本相同，但2004級學生80分以上的高分分布比例較高，不及格率較低，成績要好于2003級。并且考慮到2004級在教學內容相同的情況下，實際授課時數較2003級學生少10學時，因實驗課時不變，只能減少了理論課、習題課和復習課的時數，由此可見，CAI輔助教學收到了一定的成效。

此外，從實驗考察的情況來看，2004級學生在每次電機實驗中一次接線準確率高，實驗所用時間縮短，實驗設備報警率大大低于2003級學生。例如，在難度最大的直流電機拖動實驗中，2003級學生8組一次接線準確的為4組，而2004級學生8組一次接線準確的為6組。在期末考試中，從實驗類題目的正確率也能看出，2004級學生對實驗的理解和掌握程度較好。

在2003級和2004級的電機學教學中，我們對2004級采用了多媒體輔助教學課件，通過試卷分析和實驗效果比較，CAI課件對教學的促進作用還是比較明顯的，也取得了比較好的教學效果。當然，目前只是在兩個年級間進行了比較，考試對照參數較少，分析結果也存在一定片面性。今后應進一步推進教學改革，在更多的年級和班級進行比較，考試也應分章節或專題進行多向測試，增加對比參數，使分析結果更具代表性。

參考文獻：

[1]魏建華.Authorware5.1高級教程[M].北京:北京希望電子出版社，2001.

[2]謝明琛，等.電機學[M].重慶:重慶大學出版社，1995.

作者簡介：

陳建華（1976—），男，碩士，南京工程學院講師，研究方向為電氣工程自動化。

（本欄責任編輯：周秀峰）