新工科背景下案例教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

張紹全 劉興茂 鄧昌建

[摘 要] 相對(duì)于傳統(tǒng)的工科人才，新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的是實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。成功的案例教學(xué)能把創(chuàng)新思維與工程意識(shí)滲透到教學(xué)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的過(guò)程參與度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。案例選取與設(shè)計(jì)的原則是以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，注重本專業(yè)學(xué)科交叉融合。近兩年案例教學(xué)實(shí)施結(jié)果顯示，這種教學(xué)方式取得了較好的效果。

[關(guān)鍵詞] 新工科;案例教學(xué);調(diào)查問(wèn)卷

相對(duì)于傳統(tǒng)的工科人才，新工科建設(shè)以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，注重學(xué)科交叉融合，注重實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力，目標(biāo)是培養(yǎng)具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。傳統(tǒng)的教學(xué)模式以教師講授為主，顯然已不能滿足新工科的要求。而成功的案例教學(xué)能把創(chuàng)新思維與工程意識(shí)滲透到教學(xué)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的過(guò)程參與度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

一、案例選取與設(shè)計(jì)

電力拖動(dòng)基礎(chǔ)是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門重要學(xué)科基礎(chǔ)課、專業(yè)必修課。本課程系統(tǒng)地闡述主要類型電機(jī)的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、基本電磁關(guān)系、運(yùn)行特性及運(yùn)動(dòng)控制等。案例選取與設(shè)計(jì)的原則是以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，注重本專業(yè)學(xué)科交叉融合。因此，在本課程案例選取與設(shè)計(jì)初期，教師應(yīng)先分析本專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)后主要從事的工作，結(jié)合本專業(yè)人才培養(yǎng)方案，清晰梳理本課程培養(yǎng)目標(biāo)，包括先修課程在本課程中應(yīng)用、本課程在后續(xù)課程的應(yīng)用、本專業(yè)畢業(yè)生應(yīng)用本課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的情況等。梳理好本課程的培養(yǎng)目標(biāo)后，課程內(nèi)容按照幾個(gè)大的知識(shí)模塊將培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行分解，依據(jù)各模塊教學(xué)內(nèi)容來(lái)選取與設(shè)計(jì)案例，實(shí)現(xiàn)分解后的階段培養(yǎng)目標(biāo)。案例選取與設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

直流電機(jī)是本課程講授的第一種類型的電機(jī)，學(xué)生既沒(méi)有理論基礎(chǔ)知識(shí)也沒(méi)有工程概念，需要快速地讓學(xué)生建立起電機(jī)的工作模型基本概念。直流電機(jī)案例中，講授直流電機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理時(shí)，選取直流電機(jī)制作過(guò)程的視頻方便學(xué)生理解電機(jī)結(jié)構(gòu);講授直流電機(jī)繞組展開(kāi)圖時(shí)，以電機(jī)設(shè)計(jì)工程師視角，介紹電機(jī)制造工程中的繞組浸漆工藝。

關(guān)于變壓器的基本工作原理比較簡(jiǎn)單且在先修課程電路分析中已經(jīng)學(xué)習(xí)，這部分內(nèi)容重點(diǎn)宜放在變壓器應(yīng)用的相關(guān)理論。工程應(yīng)用選取了油浸式電力變壓器安裝作為案例。

交流電機(jī)應(yīng)用廣泛，經(jīng)過(guò)直流電機(jī)和變壓器的學(xué)習(xí)學(xué)生也對(duì)電機(jī)有一定的理論基礎(chǔ)，這時(shí)更宜注重電機(jī)設(shè)計(jì)、制造以及控制的理論與應(yīng)用。分析計(jì)算交流電機(jī)繞組展開(kāi)圖理論時(shí)，結(jié)合電機(jī)工程師對(duì)于交流電機(jī)每極每相槽數(shù)的快速標(biāo)記方法，方便學(xué)生比較應(yīng)用理論知識(shí)，更好地理解與掌握。

步進(jìn)電機(jī)是應(yīng)用最廣泛的特種電機(jī)之一，控制步進(jìn)電機(jī)所需的理論知識(shí)在先修課程模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)中已學(xué)習(xí)，因此這部分的案例選擇電腦繡花機(jī)控制和數(shù)控機(jī)床控制，通過(guò)這兩個(gè)案例回顧應(yīng)用先修理論知識(shí)。多課程的交叉融合讓學(xué)生理解專業(yè)課程群是一個(gè)完整的知識(shí)體系，打破了課程間的壁壘。

二、案例教學(xué)方法設(shè)計(jì)

案例教學(xué)與常規(guī)教學(xué)最大的區(qū)別在于案例教學(xué)以實(shí)際工程或部分工程為研究對(duì)象，將學(xué)生身份轉(zhuǎn)換為工程師身份，模擬解決實(shí)際問(wèn)題。這種教學(xué)方式下，學(xué)生不同于常規(guī)講授法下的被動(dòng)接受式學(xué)習(xí)，需要帶著問(wèn)題綜合運(yùn)用已有知識(shí)進(jìn)行思考創(chuàng)新，進(jìn)入深層次主動(dòng)探究式學(xué)習(xí)。在案例教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，教師的教學(xué)方法非常重要。教學(xué)方法應(yīng)能很好地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與工程思維。

討論法：這種教學(xué)方法應(yīng)用廣泛，在理論分析與案例教學(xué)中均可以使用。比如，在觀看完直流電機(jī)制作過(guò)程視頻后，可以引導(dǎo)學(xué)生討論定子、轉(zhuǎn)子硅鋼片的異同，討論電機(jī)繞組人工制作與機(jī)器制作的優(yōu)缺點(diǎn)，討論電機(jī)組裝順序等。這種教學(xué)方式可以活躍課堂氣氛，開(kāi)拓學(xué)生思維。

翻轉(zhuǎn)課堂：步進(jìn)電機(jī)控制的基本理論知識(shí)學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)，教師從電腦繡花機(jī)需要控制步進(jìn)電機(jī)哪些參數(shù)開(kāi)始引導(dǎo)學(xué)生思考，讓學(xué)生來(lái)講述如何實(shí)現(xiàn)脈沖控制，如何實(shí)現(xiàn)功率放大。再?gòu)碾娔X繡花機(jī)的二維控制過(guò)渡到數(shù)控機(jī)床的三維控制，結(jié)合學(xué)生金工實(shí)習(xí)操作，當(dāng)實(shí)際輸出與目標(biāo)有偏差時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生思考閉環(huán)控制方法。多門課程的交叉融合，讓學(xué)生真實(shí)體驗(yàn)綜合運(yùn)用理論知識(shí)來(lái)解決實(shí)際工程問(wèn)題。

團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)：將需要解決的工程問(wèn)題分為若干個(gè)小問(wèn)題，將學(xué)生對(duì)應(yīng)地分成若干團(tuán)隊(duì)，每個(gè)團(tuán)隊(duì)共同解決其中一個(gè)小問(wèn)題，然后每個(gè)團(tuán)隊(duì)依次上臺(tái)向其他同學(xué)講解他們所解決的小問(wèn)題。這些團(tuán)隊(duì)的小問(wèn)題整合起來(lái)就能解決工程問(wèn)題。這種教學(xué)方式能很好地鍛煉學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力和交流溝通能力，不過(guò)需要占用較多的時(shí)間，采用這種教學(xué)方法宜先規(guī)劃。

四、案例教學(xué)實(shí)施效果分析

筆者實(shí)施案例教學(xué)已有兩年，在2018—2019學(xué)期針對(duì)本校2017級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生關(guān)于電力拖動(dòng)基礎(chǔ)的調(diào)查問(wèn)卷中，專門針對(duì)這幾個(gè)模塊的案例教學(xué)學(xué)習(xí)效果進(jìn)行了調(diào)查，調(diào)查結(jié)果表明，案例教學(xué)很受學(xué)生歡迎。

五、結(jié)語(yǔ)

新工科是對(duì)于傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級(jí)改造，相對(duì)于傳統(tǒng)的工科人才，新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的是實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。面對(duì)這種更加嚴(yán)苛的國(guó)際新形勢(shì)，傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)已不能滿足人才培養(yǎng)的要求。設(shè)計(jì)與選取合適的工程案例并結(jié)合適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，才能讓學(xué)生們主動(dòng)起來(lái)，激發(fā)自己的學(xué)習(xí)興趣，取得良好的人才培養(yǎng)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]鐘登華.新工科建設(shè)的內(nèi)涵與行動(dòng)[J].高等工程教育研究，2017（3）：7-12.

[2]李志鴻.地方本科高校“新工科”建設(shè)的四個(gè)基本問(wèn)題[J].黑龍江高教研究，2018（12）：40-43.