基于卓越工程師培養目標的電機學課程教學改革

許瑾+張安安+趙萬明

[摘 要]電機學課程作為電氣工程專業學生從公共基礎課過渡到專業技術課程之間的橋梁，在教學環節中具有舉足輕重的地位。基于卓越工程師人才培養計劃，以學生為中心，立足校本教研，從教學內容優化、教學方法融合以及多層次實踐教學體系建設等方面對西南石油大學電機學課程教學改革進行了分析和探索，以期達到培養工程應用型和創新型人才的目標。

[關鍵詞]卓越工程師；電機學；教學改革；實踐教學

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）01-0077-03

一、引言

2014年西南石油大學電氣工程及其自動化專業被列入四川省普通本科高等學校卓越工程師教育培養計劃試點專業。基于“面向工程、寬基礎、強能力、重應用”的卓越工程師培養目標，以學生為主體，遵循工程知識能力培養的教育規律，采用多元化教學模式的改革思路，構建將實用性理論課程教學、開放型實踐教學和具有行業特色的科研訓練三方面結合的課程體系是我校電氣工程專業開展卓越工程師教學培養計劃工作的重點。

電機學課程作為電氣工程專業學生從公共基礎課過渡到專業技術課程之間的橋梁，在教學環節中具有舉足輕重的地位。本文圍繞卓越工程師培養目標，在工程教育背景下理解電機類課程的內涵，找差距、轉理念、抓實踐，探索其課程建設與改革的措施。

二、電機學課程改革措施

（一）優化課程內容

我校電氣工程及其自動化專業于2014年啟動人才培養方案優化工作，并于2015年開展工程教育認證申請工作。以此為契機，在充分體現“夯實專業基礎知識，加強工程技能訓練，凸顯工程特色”的課程體系構建原則基礎上，我們對電機學課程內容進行了優化調整。

在教學內容方面的改革，突出內容要“精而新”，實用性要強。“精”體現在在專業課學時被壓縮的情況下，我們認真梳理電機學系列課程的教學內容，克服以往各課程內容自我封閉、課程間存在教學內容重復、缺乏系統性等缺陷，將系列課程進行必要的重組和優化。在2015版卓越工程人才培養計劃中，課程組將原來單獨開設的電機學、電力拖動基礎和控制電機三門課程進行了整合，教學內容劃分為6個單元：電機學基礎知識、變壓器、直流電機、異步電機、同步電機、電動機的選擇與特種電機。需要強調的是，教學內容上的精不是一味地通過刪除、壓縮原有教學內容，電機學的教學內容依然要把握變壓器、直流電機、異步電機和同步電機這條主線，系統講解四類主要電機的基本結構、工作原理、電磁關系、運行特性、控制方法、相關設計計算方法，適當弱化學生難理解的理論分析和與實際應用聯系不多的計算推導等環節內容。在編寫教學大綱時，我們將每個章節和知識點進行細化，并與卓越人才培養和工程認證要求的指標點進行了對應，使電機學課程內容既具有獨立特點，同時又具有關聯性。

“新”體現在要摒棄過時的內容，緊跟科學技術的最新發展，反映科學前沿技術成果。要選擇合適的教材，同時在授課內容上要突破教材編排的框架，通過多媒體手段引入與課堂授課內容相關的工程實例及科研項目。當然，這需注意理論和項目教學內容的深度和廣度，要根據學生基礎、理解力等去設置和開展，否則會引起學生的恐懼和厭學心理。

此外，優化電機學課程內容，還需要密切關注電機學關聯性課程體系的建設和發展。電機學在學習分析過程中需要應用電路、工程電磁場等學科知識去掌握電機分析理論和方法，電機在工程中的應用則需要配合電機拖動自動控制系統、電力電子技術、新能源發電技術等專業課程，電機學虛擬實驗的開展需要學習掌握例如ANSOFT、MATLAB及LabVIEW等軟件。本專業在制定第二課堂教學計劃時，已將上述內容融入學生認知能力的不同階段，同時配套完成了電機學關聯性課程多樣化理論和實踐教材建設的撰寫。

（二）改革教學方式

教學內容的拓展需要配合多樣的課堂教學和實踐教學方式開展。要轉變學生對理論性強、概念抽象的電機學學習興趣不高，以記憶為終結多，以理解實踐為結果少、效果差的情況，課程教學方式改革是關鍵。

目前，基于以教師為主體的LBL教學模式，以學生為主體的PBL、PjBL教學模式被廣泛討論。其中LBL教學方式可充分發揮教師的引導作用，利用其專業素養對課程知識作全面和系統的分析講解，保證知識傳授環節的準確性、連貫性。通過現代教學手段豐富課堂內容和表現形式，有利于學生的理解，但是不利于激發學生的學習自主權和積極性，不利于培養學生的獨立思考能力。

PBL教學方式注重學生思維方法和實際能力的訓練，以真實開放性的問題為學習載體，培養學生自主學習與解決問題的能力。PjBL是以完成項目為學習載體，強調以學生以團隊為主體，進行學科交叉、協作學習，自主探究。上述兩者都是基于CDIO教育理念構建人才培養模式的具體措施，是一種基于過程的學習模式。過程式課程模式需遵循工程生命周期，依據學生在不同年級以簡單工程、中等工程到復雜工程的學習順序形成螺旋上升的課程體系。[1][2]現階段該類方法在教學環節中全面實施的難度較大，且若只是階段性開展，往往會讓學生將注意力集中到具體問題和項目的處理上，從而忽略知識的系統性，造成學生基礎知識掌握不扎實。

基于上述分析及電機學課程的特點，筆者認為電機學教學要能夠動靜相宜。所謂“靜”，即教師作為引導者，要嚴格把握培養目標和課程知識構架間的嚴謹與統一，實質關系是靜態的，但絕不是封閉的。所謂“動”，即對應教學內容、教學過程、教學空間是動態的，開放的。教學內容不拘泥于教材，教學過程不以掌握結論為目的，教學空間不局限在校內的三尺講臺。

他們間的結合具體可采用以下方式。每次授課前，教師先給學生提供課前自學提綱、問題及要求（自學內容可以是書本的知識點，也可以是基于知識點引出的問題或者相關科研項目），要求學生查閱資料，完成課前作業。

在課堂上抽出部分時間由學生進行討論，教師對學生自學情況的反饋進行點評。在此基礎上，教師采用板書、教具和現代教育技術相結合的手段進行重點和難點知識點的講解和梳理。例如在講解電機復雜電磁關系時，通過板書教學引導學生思維、控制節奏；講解電機結時，需充分利用模型教具和多媒體課件，直觀展現電機外形，內部結構等，使抽象的內容變得具體。講解電機工作特性時，應配合電機學虛擬仿真實驗平臺，將實驗帶入課堂，現場通過實驗模型的構建、參數的調整等觀察特性曲線的變化，直觀地觀察電機運行時的狀態。同時，教師要注意知識引導和凝練，讓學生在課堂上有溫故而知新的效果，有意味深長的感覺。

課后學生通過作業、虛擬仿真及實物實驗等多種方式完成自學和課堂內容的總結報告，并進行考核，計入成績綜合評定系統。

通過學生課前自學、課堂教師精講和課外拓展這一不同形式組合的動態學習過程，能調動學生的主動性。自學過程培養了學生借助各種手段獲取知識的能力以及分析和思考問題的能力。課堂上師生間信息的互動與反饋，建立了學習效果閉環反饋系統，可以讓教師及時掌握學生學習情況，優化課程內容，進行有針對性的知識傳授。課后，借助于各種實踐平臺，學生可以讓將理論知識滲透在實踐過程和科研訓練中，這拓展了學生電機學知識的領域。

（三）構建電機學多層次實踐教學體系

上述教學方案的實施需要學生具有較強的自學能力和思維能力，經過卓越班層層選拔的學生具有這樣的基本素質。同時，在整個教學計劃實施的環節中，教師都需要結合教學培養目標，構建多層面的實踐教學體系，提供良好的教學環境，配合教學內容，強化學生的工程意識、工程素養，鍛煉學生的工程能力。

目前，我校電機學實踐教學體系主要包含課程綜合實踐、創新型實踐和校企聯合的生產實踐三部分。

1.課程綜合實踐

課程綜合實踐目前主要基于電機及控制實驗平臺進行。為加強學生的實際動手能力，我校單獨開設了電力拖動綜合實驗課程，并對實驗資源進行了整合，調整了基礎驗證型實驗和綜合設計型實驗的比例。該實踐環節遵循從簡單驗證型實驗出發到綜合設計型實驗的過渡，實現了實踐教學從簡單到復雜，從定性分析到定量優化，從學生實驗技巧的培養到學生設計創新能力提升的過渡。

2.創新型實踐

創新型實踐環節是卓越工程師人才培養環節中的重點，學生們通過第二課堂、開放性實驗、各種設計大賽等實踐活動，從大一起就開始接受工程實踐的熏陶。就電機學相關創新型實踐活動而言，我校建立了電機學系列課程虛擬仿真實驗平臺，該平臺提供了基于ANSOFT等仿真軟件構建的電機模型，學生可以通過三維動畫等直觀了解各種電機本身的結構特征，可以通過加載相關運行參數，直接觀察電磁場的分布狀況和分布特點等。基于Matlab軟件構建的電機學課程實驗平臺，可以使學生通過虛擬仿真實驗系統操作或自己設計搭建實驗電路，掌握電機運行控制原理、控制策略和各類電機的動態運行性能等。

虛擬實驗項目設計內容由淺入深，采用虛擬仿真與硬件實物相結合的教學方法，可實現學生從實驗項目設置、技術指標、原理方案設計、系統模擬仿真、實驗數據分析計算、系統分析改進和實驗項目總結報告等一系列完整的工程化訓練。該虛擬實驗平臺擺脫了傳統實驗室空間和時間的限制，為學生在電機學等基礎性學習與工程探究性學習中提供互動、啟發、探究式的研學輔助手段與工具。

根據卓越工程師人才培養方案要求，本專業還增設了工程實踐與科技創新實踐環節。該實踐環節項目旨在依托電氣學科優勢和學校石油專業特色，充分利用校企資源，結合教師和企業科研項目引導學生進行綜合性工程實踐項目，建立實踐教學與科學研究的聯系。[3]實訓項目包含采用變頻調速等技術對油田廣泛使用的抽油機、注水泵等大型耗能設計進行技術改造，油田用變壓器故障檢測及判斷，太陽能充電背包設計，感應電動機矢量控制系統設計，新能源發電與并網系統的建模與仿真等從實際工程項目及有工程背景的科學研究中提煉出的內容。

該實踐環節要求學生在遵循科學性、可行性和創新性的原則下完成從項目設計構思、方案論證到調試、撰寫總結報告的全過程。通過實訓和考核，實現學生對前一階段理論學習的深化和實踐能力培養的升華，充分檢驗學生綜合素質、工程實踐能力和創新意識培養效果。

3.校企聯合的生產實踐

面向卓越工程師培養的電機學生產實踐環節，主要利用校內實訓基地和長期固定的校企合作實習基地，使學生真正接觸到電機實物，讓學生了解電機在實際工業過程中運行、檢修、維護、研發等環節。同時積極邀請川開電氣、東方電機、四川電力公司、青峰嶺教學電廠等企業的相關技術人員開展技術講座，并建立企業工程師和校內教師的雙導師制，指導學生進行相關工程實踐項目，進一步培養學生的工程能力、工程意識和工程素養。

三、總結

電機學課程改革之路任重而道遠，在卓越工程師人才培養計劃指導下，以學生為中心，構建科學合理的電機學課程體系，優化教學內容、豐富教學手段、強化多層次的實踐環節建設，進一步理解并實現電機學教學環節中課程理論與工程實踐，知識體系與能力培養之間的有機融合，我們還需不斷學習和探索。改革的目標是為了學生，教師應該結合學生實際情況因材施教，這樣才能達到改革的最佳效果。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 李茂國，朱正偉.面向工程過程的課程體系研究[J].高等工程教育研究，2014（4）：1-5.

[2] 胡志剛.工程型本科人才培養方案及其優化[J].高等工程教育研究，2014（6）：20-28.

[3] 張安安，王洪誠.創新型特色電氣工程專業建設的探索與實踐[J].中國電力教育，2010（35）：28-29.

[責任編輯：陳 明]