基于卓越工程師培養的電機學課堂教學方法探索

羅冰洋

摘要：《電機學》是電氣專業非常重要的一門主干課程，本文探索了目標驅動法、懸念設置法、對比討論法等多種教學方法在電機學課堂教學中的應用，在培養學生創新意識、提升教學效果、優化“教與學”關系等方面取得明顯成效。

關鍵詞：電機學；課堂教學方法；問題探究式；開放式

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）33-0195-02

一、電機學課堂教學方法改革的必要性

自2010年教育部“卓越工程師”人才培養計劃在高等院校試點實施以來，全國各院校不僅在專業培養計劃、課程體系、課堂教學等方面進行大力改革，而且還在學生工程實踐能力培養、校企深度合作模式、學生綜合素質提升等人才培養模式方面進行著積極探索。電氣工程及自動化“卓越工程師”人才培養目標，旨在培養一大批創新能力強、具有國際視野和工程實踐能力強的高素質電氣工程類技術人才。其核心在于創新思維及工程實踐能力。但是，如何培養電氣工程專業學生的創新思維及解決問題的實踐工程能力，打破傳統的教學方法，采用適合電氣工程師培養的教學方法，真正做到“因材施教、以學定教”，讓靈活、有序、創新的“卓越式教學方法”成為新常態，這是當前試點院校亟待解決的問題。事實上，大多數試點院校把富有工程和教學經驗的老師及工程技術人員作為試點班級的專業課教師，但是在教學方法上，大多采用以前傳統的模式進行，這就不能很好地達到電氣卓越工程師質量工程認證的培養目標。

武漢理工大學于2013年開始招設電氣工程卓越試點班，筆者于2015年承擔了其《電機學》課程教學，現正在給2014電氣卓越班授課。這是電氣專業非常重要的一門主干課程，筆者將啟發式、直觀演示法、案例教學法、討論法、引導式、問題探究式等多種教學方法應用于課堂，并采用靈活的評價體系，對培養學生學習本專業課程興趣、提升教學質量、優化“教與學”關系取得了較好成效。

二、電機學課程的特點及教學現狀

（一）電機學課程的性質

電機學課程是電氣工程專業的一門重要的專業基礎課程，以電磁學、大學物理、電路理論和機械等課程為基礎的，又是后續電力傳動系統、運動控制系統等課程的基礎，在整個教學體系中起著承上啟下的重要作用。

（二）電機學課程的特點

首先，電機學課程又是一門既抽象又具體的課程。學生理解的難點就在于無法把抽象的電磁理論與具體的電機構造聯系起來。電機本身是一個機電能量轉換的具體裝置，其原理主要是電磁感應定律及電磁力定律，學生很難想象出其看不見摸不著的電磁關系在具體電機中的情況。其次，電機學中的直流電機、交流電機、變壓器及微控電機等內容都是并列平行的關系，彼此之間不存在邏輯關系，導致內容多且重點不突出。再者，電機學中電磁力關系復雜，概念多，公式多。

（三）傳統的教學現狀

在傳統課堂教學中，教師往往采用灌輸式，忽略教學方法及技巧。經常教師在臺上滔滔不絕，學生在下面茫然不解，最后形成“講的難受、學的痛苦”的現象。筆者結合工作經驗，以卓越工程師的培養目標為宗旨，針對電機學特點及學生不同的時代特征，在電機學教學方法上進行相關探索，引發學生的學習興趣，培養其學習能力，力求形成和諧的開放式教學，做到“愉快地授課、開心的學習”。

三、電機學多種課堂教學方法的探索與實踐

（一）目標驅動法，激發自主性學習興趣

大學專業課程的學習目的有別于高中的基礎課程，因而其教與學的方法都必須有所改變。電機學是一門實踐性很強的課程，但其電磁關系抽象而復雜，因而課程一開始我們就應該激發學生的探索興趣。比如在剛剛接觸課程時，舉例說我們的生產生活離不開電機，大到航空航天、小到家用電器都有其應用，由PPT展示一些電機應用現場的圖片，然后提出：對于這樣一個具體的機電能量轉換裝置，我們應該了解它的什么？是不是應該理解裝置的構造、工作原理、功率關系及工作特性等內容？學生就會帶著學習目標迫不及待的想去了解電機，有了學習的沖動及方向。又比如，我們在講解變壓器原理一章時，直接告訴學生說，分析變壓器電磁關系后要得到變壓器的數學模型、基本方程式及向量圖，有了這一既定目標，授課時就目的明確、條理清晰，學生就會主動跟隨課堂一起來探求如何得到這些結論的，達到水到渠成的效果，且記憶深刻。

（二）激勵教學法，培養其創新性思維

電機學概念多、公式多，電磁關系繁雜而抽象。其中的磁場分布及繞組聯接是電機部分的難點。為了激發其學習興趣，解決一些課程難點問題，在前一堂課結束時，給出下一堂課內容的思考題，讓同學們做一些創造性學習。比如，講完電機的工作原理及基本結構之后，留下問題：電機工作原理是基于電磁感應原理及電磁力原理。那么，問題1.電機中的氣隙磁場是如何分布的？問題2.導體是如何排列連接成電路的？這是電機學原理中的難點。鼓勵學生自行設計動畫展示電機的磁密波形、繞組的聯接。講出制作過程中的思考及體會，給出肯定及鼓勵。同學們受到這種鼓舞后會主動去預習了解其磁場分布及繞組聯接，自己動手制作圖片，逐漸培養學生的動手能力與創新性思維。

（三）設置懸念，抓住學生注意力

電機學內容枯燥乏味，學生學習積極主動性不高，上課容易產生疲乏懈怠，為了讓學生集中注意力，設置懸念并現場抽查部分學生的想法，再一起分析學習看看其結論與預想是否相符。比如我們在講電機學的拖動部分動力學時，拋出懸念：如何分析多軸系統？同學們想法是：對于每根軸列方程式，聯立方程組消除中間變量求解。對，這是一種非常正確的方法。但是在我們的工程實際中，這種方法繁瑣而不直觀。那會有什么更好的方法呢？我們的方法是將多軸系統轉換成單軸系統來處理，那么為什么要轉換？如何轉換？原則及方法就順理成章引導出來。這樣比直接平鋪直敘的講解有吸引力。

（四）遞進式教學法，培養其分析問題的能力

電機中電磁問題非常復雜，在學習過程中引導學生由簡入繁逐步分析問題，掌握電機中用到的典型分析方法。直流電機磁場分析時，先分析空載氣隙磁密波形，然后分析電樞反應，再得出實際氣隙磁場分布。分析交流電機電樞繞組產生的基波感應電勢時，先從一根導體產生的電動勢開始分析。其遞進過程為：一根導體—整距線匝—整距線圈—短距線圈—線圈組—一相繞組。最終得到一相繞組產生的基波感應電動勢表達式。后面分析交流電機磁場也是采用的這種分析方法。這些方法能讓學生更好地理解感應電動勢的產生、磁場的形成過程及其結論。我們要學會并掌握這些分析方法，應用在以后的工作學習中，若是遇到新型電機需要分析時就可以采用這種分析方法。

（五）類比討論式教學法，提高教學效果

電機學中有很多相似類比的方法原理，學習時注意對比，可以加深記憶，提高效率。比如分析直流發電機與直流電動機時可以完全對比對照，從其物理過程、正方向規定、基本方程式到運行性能，可以列表對照。又比如異步電機的分析過程與變壓器完全類似，從變壓器的電磁關系、基本方程式、向量圖的分析過程類似的用于異步電機的分析，可以讓學生由變壓器學習過程自己來講解異步電機。比如電機的制動方法有多種，詳細講解能耗制動，從方法及工作原理、制動過程、機械特性、功率關系、制動電阻、轉速的計算等，其他的調速方法大家可以一起討論式學習，因為其分析過程、內容是完全類似的。包括機械特性、調速方法等等都可以采用同樣的教學方法。

四、構建多元化評價體系，激勵學生創新

課程學習結束后，必須評價學生對該門課程的掌握程度。傳統的評價方法是平時表現（10%）、實驗成績（20%）加上考試成績（70%）。最后考核的結果中期末考試成績占據的比例高，不利于調動同學平時的學習積極性，不利于激發學生的創新性思維。在這里我們提出多元化的評價體系，可以由以下幾個方面構成。

（一）課堂表現

課堂表現由考勤及上課抽查問題的情況來評價?？记谄鸬揭环N督促作用，通過班長清查人數及課前抽查點名了解到課率。每次課后布置思考題或是上課互動時可以了解學生對某個問題的學習掌握情況。

（二）探索與創新

采用啟發式教學，提出電機中的一些現象與問題，鼓勵學生探索解決方案。課后與老師交流，或是課前在班上發表其結果。以小組為單位，形成書面的報告。

（三）大作業

每一章結束后，布置一次大作業。限時獨立完成，檢查學生掌握情況，及時查漏補缺。

（四）實驗

這是一門實踐性很強的課程。實驗是很重要的一個環節，武漢理工大學有開式式電氣實驗室，新進了一大批實驗設備，學生可以在完成必修的驗證式實驗以外，再自行做一些創新性實驗。

（五）期末測試

整個課程結束后進行期末考試?？己苏麄€學期所學的內容。占據的比例降低到40%左右。

學習應該重在平時，考試不是目的。所以我們應該改變對學生成績的評價方式。讓學生重視平常的學習及積累，掌握扎實的基礎理論。引發其學習興趣，激發創新意識，達到培養學生的獨立分析問題、解決工程問題的能力。

五、結束語

本文針對電機學課程，設計了一些課堂教學方法并進行實踐。教學本沒有固定的模式與方法，需要師生與時俱進，不斷探索與改進?？傊嗅槍π缘脑O計不同的教學方法，提高學生的學生興趣，讓學生們愉快的學習，開心的創新，那是我們教學所想之效果。

參考文獻：

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