“電機與拖動基礎”課程教學改革與實踐

郭殿林+姜志成+劉遠義

（黑龍江科技大學，黑龍江 哈爾濱150022）

摘 要：文章針對“電機與拖動基礎”課程教學模式單一、學生學習興趣差的現狀，按照“翻轉課堂”教學模式，構建了“慕課—課堂教學—創新實踐”課程教學平臺，提出了該教學模式的實施程序與建設內容，實踐證明該教學模式可以培養學生的學習主動性，提高學生的綜合實踐能力，是對“電機與拖動基礎”課程教學模式改革的一次新的探索。

關鍵詞：電機與拖動基礎；教學改革；翻轉課堂

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2017）05-0005-02

“電機與拖動基礎”是黑龍江科技大學電氣自動化、自動化專業重要的一門專業基礎課，對后續“自動控制系統”、“現代交流調速”課程的教學起承上啟下的作用，但教學效果普遍較差，有學者研究認為教學交互的信息流具有不對稱性與復雜性。在教學交互過程中，教學內容信息基本上是流向學習者的量遠遠大于流向傳者教師的量[1]。這就是典型的以教師為中心的課堂中師生信息交互的現狀，其最終結果是學生的學習興趣和積極性被大大扼殺，學生對學習感到厭煩，創造性被泯滅，培養學生的分析問題和解決實際問題的能力便無從談起[2]。另外，教學內容與實際結合不緊密，學生對課程不感興趣，課下應付考試。為了改變這一局面，我們整合黑龍江科技大學的教學資源，對該課程進行了教學模式改革，做了有益的嘗試，取得了較好的效果。

一、創新教學模式，完善平臺建設

（一）“翻轉課堂”的設計

“翻轉課堂”（Flipped Classroom，也譯為“顛倒課堂”、“反轉課堂”）是在信息化環境下，課程教師提供以教學視頻為主要形式的學習資源，學生在上課前完成對教學視頻等學習資源的觀看和學習，師生在課堂上一起完成作業答疑、協作探究和互動交流等活動的一種新型的教學模式[3]。圍繞這一教學模式，我們開展了“翻轉課堂”教學設計，大力推進精品課網絡視頻平臺建設，按照“慕課”的模式將每章節的重難點內容以微課的形式出現，最終采用二微碼掃描的方式鏈接播放，學生預習章節內容時，采用PBL教學法[4]，以問題為基礎的學習，遇到問題時觀看微課，如無法解決問題通過課堂平臺解決和微信群發布求助信息。

美國富蘭克林學院Robert Talbert教授經過多年反轉教學實踐總結出目前大家比較認可的翻轉課堂模型[5]，以此流程為基礎，在教學實踐中根據課程性質和教學需要摸索出了一套反轉教學組織流程體系。該教學流程由個人自主學習—平臺探究學習—課堂問題探究—學習成果匯報—總結反饋五個階段組成。此課堂平臺教師為組織者，學生帶著問題上課，教師收集共性問題歸納總結后給出研討內容，總結課程的重難點，在課上師生討論分析，教師幫助學生解決理論與實踐的問題。

實踐平臺主要依托省級實驗示范中心和大學生創新實踐平臺，授課教師帶領學生做大綱規定的實驗，實驗內容與實驗的儀器設備是以視頻的形式出現，學生要提前觀看相關儀器的使用說明，教師根據實驗結果給出成績；實踐環節分為課內和課外，課內實踐統一在省級實驗示范中心進行，在電機學課程上完后進行。課外實踐則由任課教師組織利用大學生創新實踐平臺在業余時間開展科研活動，最終在課程結束時考核。學生在實踐過程中遇到問題可以上精品課網絡視頻平臺查找資料，平臺提供了電機應用的參考文獻、成熟的電路圖及程序代碼，學生登錄去下載并參考設計，遇到問題時可以和群內教師交流，實現平臺間互動的機制，圖1所示為“翻轉課堂”教學模式的資源和平臺設計。

（二）多種教學手段的運用

以往課堂教學中教師上課利用一個PPT，從頭讀到尾，無法吸引學生的眼球，無法滿足學生對知識運用的要求，學生普遍不會運用仿真分析，無法適應社會對復合型人才的需求；為此要求課程組教師教學中大量使用MATLAB、PSIM和虛擬等仿真軟件，通過仿真可以直觀地為學生分析特性曲線，還可以為學生展示建模的方法，例如他勵直流電動機電樞串電阻起動分析，可以搭建仿真模型講解起動過程機械特性、速度和電流變化過程，這樣既深入地探討研究又很好地引導學生利用MATLAB工具解決問題，如搭建他勵直流電動機電樞串電阻起動模型，可以觀測電機起動的機械特性曲線。

（三）考核方式的改革

該課程“電機與拖動基礎”作為本專業的專業核心課程，多年以來采用期末考試一張卷作為學生成績的唯一標準，這已經不能適應學生能力的培養，我們將理論課、實驗課與實踐課綜合考慮，理論課占總分的60%，實驗課20%，實踐課20%，理論課考核包括預習筆記的成績和期末考試成績，分別為30%和70%的比例。實驗課考核學生完成課內實驗的情況，由任課教師指導完成；實踐課考核學生完成課外科技活動的情況，圍繞電機方面的實際應用設計，要求學生用實際作品演示，根據結果給出總成績，三人一個小組，內部組員決定各自得到的分值。

二、調整人才培養方案，完善知識體系

（一）強化基礎內容的教學

電機學的原理從磁路入手，以介紹機電能量轉換原理為基礎，深入地闡述了變壓器、直流電機、異步電機、同步電機和特種電機的原理，課程的側重點為電機的物理本質和分析方法，由于學生沒有開設電磁場課程，學生在學習電機學及拖動控制時，對于提到的概念和公式不理解，學習效果不好。通過在第四學期開設電磁場課程，在第五、六學期分兩學期開設電機學與電力拖動基礎，13級學生的知識體系趨于完善，相對于12級學生基礎扎實，成績提高，且具有了學習該課程的興趣，為后續課程的學習打下了堅實的基礎。

本專業開設電機方面的課程，主要目的是讓學生掌握電機原理基礎上控制電機，為此，我們對電機學內容進行了難易點、重難點劃分，主要從兩個方面進行教學。一是重點講授電機的工作原理、主要的電磁關系、工作特性及電機的等效電路等，對電機的繞組結構及磁動勢等部分只做簡要闡述；二是對直流電機的換向等難點進行重點講授[6]。這樣既降低了學習難度，減輕了學生的學習負擔，也不會影響教學效果。

（二）緊密聯系實際，適應時代發展要求

隨著電力電子技術的進步和新型材料的問世，一批新型電機相繼出現并應用于實際，學生在科研活動中圍繞步進電機、直流無刷電動機、開關磁阻電動機等開展科技活動，但我們的教學內容重點在直流有刷勵磁電機、交流異步繞線電機等內容。由于資金等原因，學生在課外無法進行相關的綜合實踐活動，影響了學生的學習興趣，為此，我們合理安排教學時數，在講授傳統電機內容的基礎上增加特種電機的理論，指導學生在課外開展相關的科技活動，使課上與課下的學習有機銜接，學生帶著問題上課，感覺學習不再枯燥。

在電力拖動內容教學中將重點放在電機的機械特性、電機的起動、制動和調速過程分析，物理量的變化情況及動態特性的分析上。理論聯系實際，采用案例教學與實際接軌，分析大功率直流提升系統（2800KW）應用于煤礦主井提升系統，分別對電樞串電阻起動和調壓起動進行分析；大功率交流變頻系統（540KW）應用于皮帶運輸系統，結合電力電子技術說明能耗制動時，變頻器通過電阻消耗能量的實現方式，回饋制動采用前級PWM變換器將直流電變換為交流電的方式；圍繞恒轉矩負載特性，說明變頻器基頻以下恒轉矩調速，基頻以上恒功率調速；使學生對課程前后知識點的銜接以及體系內課程知識的融會貫通起到了催化劑的作用，為后續“自動控制系統”等課程的學習打下良好的基礎。

三、注重課內外實踐結合，創新實踐能力培養

（一）創新實踐教學內容

為了提高學生的實踐動手能力，在第五學期學完電機學課程后，依托省級實驗示范中心，安排了電機制作實踐課程。在設定好異步電機設計要求后，給學生提供機械構件和相關材料后，由學生自主設計電機的參數，并動手制作繞組、完成繞組下線、絕緣鋪設、電機安裝、絕緣測試、空載試驗、滿載試驗等測試。通過這樣的實踐，學生一方面提高了對電機結構和原理的認識，另一方面，鍛煉了學生的動手能力和綜合設計能力。在這一實踐活動中，體現了翻轉課堂的教學模式，真正實現了學生自主學習。

（二）提高學生的綜合應用能力

在綜合運用能力的培養過程中，以基本的電力拖動控制理論和電力電子技術為基礎，注重學生對實際的電力拖動系統的綜合設計應用能力方面的培養[8]。以

BUCK降壓變換器為主電路，采用STM32單片機為控制核心實現直流他勵電動機的定子串電阻起動控制系統；單片機控制的電機正反轉控制器；鼠籠異步電動機的變極調速控制器；鼠籠異步電動機的Y-△起動控制器；設計了以DSP為控制器的異步電機的變頻調速系統以及開關磁阻電機控制系統、直流無刷電機控制系統等特種電機控制系統。

信息化、網絡化技術的成功應用，實現了“電機與拖動基礎”教學模式的改革和實踐，使本課程的教學水平有了很大的提高，學生們受益匪淺，其理論課的成績提高12%，省級科研立項比例比前幾年提高35%，電子設計大賽獲獎率比前幾年提高32%。該模式不但培養了學生自學的能力，而且提升了學生分析問題解決問題的實際應用能力，符合應用型本科大學培養的目標。同時該教學模式也促進了教師對“慕課”本土化的研究和實踐，促進了教師內在自我教學水平的提升和對教學的反思。

參考文獻：

[1]陳迪.互動媒體支撐下的課堂教學研究[D].武漢：華中師范大學，2012.

[2][4]劉璐，古繼寶.PBL教學方法的理論與實踐探討[J].教育與現代化，2004，（2）.

[3][6]鐘曉流，宋述強，焦麗珍.信息化環境中基于翻轉課堂理念的教學設計研究[J].開放教育研究，2013，（1）.

[5]Robert Talbert.Inverting the Linear AlgebraClassroom[EB/OL].http：//prezi.com/dz0rbkpy6tam/inverting-the-linear-algebra-classroom.

[7]龐科旺，馬繼先，余慧卿等.電機拖動及PLC控制精品課程建設的探索[J].電氣電子教學學報，2007，（4）.

[8]朱正偉，加強高校實踐教學的探索與實踐[J].北京：中國大學教學，2007，（1）.

收稿日期：2016-09-11

作者簡介：郭殿林（1972—），男，內蒙古烏盟人，黑龍江科技大學電氣學院副教授，主要從事電力電子與電力傳動的研究。

基金項目：黑龍江科技大學校教研課題“‘電機與拖動基礎課程教學改革的探討”（JY13-15）；2014年黑龍江省教育科學“十二五”規劃備案課題“自動化專業創新人才培養模式研究”（GBC1214060）