以能力培養為目標的電機學課程改革

許瑾 蔣林 趙萬明

摘? 要：在工程教育專業認證背景下，以學生為中心，立足本校教研，依據學生能力構建途徑，從多層次教學內容設計、多元化教學方法融合以及課程評價體系優化等方面對西南石油大學電機學課程改革進行分析和探索，最終實現培養學生自主學習能力、實踐創新能力和工程應用能力的目標。

關鍵詞：能力培養;電機學;課程改革

中圖分類號：G642? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）25-0121-04

Abstract： Under the background in engineering education professional certification， taking students as the center， based on individual teaching research and students' ability to structure methods. Analyzing and exploring the curriculum reform of electrical engineering in Southwest Petroleum University by designing the teaching content from multi-level， diversifying teaching methods integration and optimizing curriculum evaluation system to realize students' ability training， autonomous learning ability， practice innovation ability and engineering application ability.

Keywords： ability cultivation; electrical engineering; curriculum reform

引言

《電機學》是電氣工程及其自動化專業的專業核心

基礎課程，該課程理論性和工程應用性強，涉及知識面廣、內容復雜抽象，歷來是一門難教難學的課程。

我校《電機學》課程一直進行課程優化建設，在前期工程教育專業認證申報過程中，我們發現電機學課程現階段的教學設計重點關注于學生知識結構的建立，但在學生能力結構及素質結構建設方面還存在不足。如何在工程教育專業認證背景下進一步突出以學生為中心，結合電機學支撐的畢業要求，探索知識轉化為能力的規律，合理應用信息化教學手段，提供多元學習內容和學習通道，提高教學效果，具有很強的現實性和必要性，為此，我校電機學教學團隊開展了以學生能力培養為目標的課程教學改革。

一、基于能力培養的多元化教學模式構建

基于能力培養的多元化教學模式的構建首先結合電機學課程支撐的畢業要求，基于能力形成（知識理解能力→知識應用能力→綜合分析設計能力）的規律將課程培養目標分解，針對所分解的教學單元特點及目標要求，利用多元化教學方式進行組合，按需分層，逐級整合多層教學資源，使各層間教學內容相互支撐、各種教學方法高度協同、教學內容不斷鞏固深入，使學生的能力逐級提升。基于能力培養的電機學多元化教學模式框架如圖1。

二、多層次教學內容設計

依據工程教育專業認證標準及我校專業定位，在充分體現夯實專業基礎、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，進行了電機學教學內容優化設計。在專業課學時壓縮的情況下，梳理電機學系列課程的教學大綱，針對以往課程間教學內容自我封閉、部分內容重復，缺乏系統性等問題，將原來開設的電機學、電力拖動基礎以及控制電機三門課程進行整合，教學內容劃分為六個單元：電機學基礎知識、變壓器、直流電機、異步電機、同步電機、電動機的選擇和特種電機。

依托信息化教學平臺，結合學生能力培養階梯對應的每一層面設計包含理論、實驗和項目案例等系列教學資源，教學內容循序漸進并有機融合。

第一層教學資源服務理論教學，以構建完整電機學知識體系，提升知識理解能力為主要目標。教學內容圍繞變壓器、直流電機、異步電機和同步電機四類傳統電機，分四章來進行設計。每一章即每一類電機的教學內容依據“電機基本結構、基本原理、基本特性、基本分析方法”的知識結構框架將其精煉劃分為一系列模塊，并形成知識鏈條。設計中弱化了與實際應用聯系不多的計算推導和學生難理解的理論推導等內容。

第二層教學資源服務實踐教學，教學內容基于第一層知識鏈條，選擇錄制相應知識點的操作性實驗視頻，重點設計基于MATLAB、LabVIEW和ANSOFT 軟件開發的電機學虛擬仿真平臺的實驗教學資源，引導學生掌握專業工具分析和設計實驗，通過實驗加深對理論知識的理解。

第三層教學內容以提升學生綜合應用所學知識解決復雜工程問題的能力為目標進行設計。教學內容的選擇圍繞電氣運行現場中常見、代表性的問題進行。重點圍繞電力拖動系統進行項目設計，并充分結合學校特色選取例如石油鉆井、石油化工煉制過程中的電力拖動問題進行案例教學，把握并引導學生結合第二層面所掌握的技術手段開展課程項目分析設計工作。

三、多元化教學方法探索

多層次的教學內容需要配合有效的教學手段開展，轉變傳統以“教”為主、灌輸式的教學模式，實現教師從知識傳授者到知識引導者的轉變，實現學生從被動學習到主動學習，從單一課堂學習到線上自學，課堂深化學習這一學習方式的轉變，充分體現“以學生為中心”的教學理念。作者基于能力遞進培養的三個層面探索多元化課堂教學方法。

（一）“導學式”+“思維導圖”的教學方法

導學式教學方法以幫助學生自學為中心而開展，分為課前準備、課堂提升和課后鞏固三個環節。

課前老師依據教學目標，設計教學提綱，布置學習任務，引導學生自學的方向。學生借助網絡教學平臺資源開展自主學習。

課堂時間交給學生，針對學生課前學習中遇到的問題或產生的疑惑，老師組織大家進行討論，在討論環節中教師引導學生自主發現知識點之間的內在聯系，并建立正確而完整的知識體系，使課堂教學成為知識內化的過程，強化學生的學習主動性和思辨性。

為了更好的鞏固課堂教學內容，作者鼓勵學生課后通過自主繪制思維導圖的方式對知識點進行梳理和凝練，將零散的知識系統化;通過每一章節思維導圖的繪制，進行知識的比較、遷移和拓展;通過思維導圖及時發現自己學習中存在的不足，有針對性的彌補和強化，真正做到知識自己梳理、規律自己尋找、問題自己發現。與此同時，老師通過觀察學生繪制思維導圖的情況，及時判斷學生對知識掌握的程度，并進行有效的指導和課堂反饋。實踐證明，通過引導學生繪制思維導圖，學生不斷進行了知識的補充、整合和完善，激發了學生學習興趣和信心，促進了學生的過程學習，對課程過程性評價進行了有效補充。

導學式教學方法適用于配合第一層面理論知識構建的教學環節，通過引導學生構建知識體系，提升理解能力。教學內容應選擇知識點邏輯性強，相對簡單的內容開展。例如，直流電機相對分配學時少，知識點圍繞四大公式展開，易于理解和分析。變壓器結構和原理相對簡單，但其分析過程（電磁關系、平衡方程、等效電路、相量圖）卻是學生初期構建知識脈絡的基礎。在教學設計中，此類章節就可以采用導學式教學方法引導學生以討論方式完成對主體知識的學習。

（二）虛擬實驗場景教學方法

針對電機學課程概念抽象、應用性強等特點，作者結合已建設的電機學虛擬仿真平臺等系列實驗資源，探索了虛擬實驗場景教學方法，通過采用虛擬仿真技術將實驗室搬進教室，請進寢室，使教學內容、教學過程和教學空間轉化為動態的、開放的。

例如在講解電機結構和電磁場分析時，采用基于ANSOFT軟件開發的電機模型，使學生直觀了解電機本身結構特征，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，使抽象、枯燥的內容變得具體而有趣。在講解電機工作特性時，配合MATLAB開發的實驗平臺，通過電機實驗模型構建、參數在線調整等使學生實時觀察到特性曲線變化規律，直觀了解電機運行狀態。

以此同時，虛擬實驗場景教學方法適用于配合第二層面實踐能力培養的教學環節。老師針對第一層面理論知識模塊，設計配套虛擬仿真實驗項目，提出實驗目的和要求。實驗項目不需要過于復雜，每個實驗項目能夠配合一至兩個知識點即可。學生課后根據實驗要求，思考設計實驗方案、選擇實驗手段。該部分強化學生應用專業技能和工具初步解決實際應用問題的能力，既通過實驗鞏固對第一層面理論知識的理解，又學習掌握了實用分析工具和手段，為第三層面的綜合分析和設計能力培養奠定基礎。

（三）項目教學方法

項目教學方法圍繞項目組織開展教學，項目來源于工程實際，同時結合電機學課程教學內容而設計的能由學生獨立完成的任務。教師在授課前期就將項目設計任務清單公布給學生，鼓勵學生帶著問題學習，并允許同學結合自己的興趣點自設項目任務，經由老師審核合格后可用，激發學生的創造性思維。學生4～6人自由組合建立項目團隊，設置組長1人，使小組成員間能分工合作、取長補短，培養學生的團隊意識和互助精神。

教師通過案例教學對學生進行項目設計引導。項目組成員通過查閱資料，綜合考慮電氣工程設計過程中的制約因素，提出研究思路;經師生間討論、小組間討論后，確定設計方案;通過定性或定量分析得出有效結論，并撰寫項目設計報告。答辯環節通過小組代表發言的方式分析闡述項目研究成果，并作為課程總結性評價的重要指標。

該教學模式適用于學生第三層面能力的培養，教學過程中注重對學生自主發現問題、分析問題，解決問題的方法、手段進行引導，既能達到對教學內容的延展和深化，又培養學生解決復雜工程問題的能力。以此同時，在師生討論環節中某些問題上可能會給教師帶來新的視角和啟發，實現教學相長。

事實上，教師在課堂教學環節可采用的方法有很多，教師只要根據教學內容和目標采用合適方法，在課堂內組織有效討論，使學生間建立有效合作，師生間形成有效溝通，就可達到良好的教學效果。

四、完善課程評價系統，持續改進

工程認證教育理念注重的是學生的學習效果，為了驗證課程教學目標是否完成，設置了電機學課程目標達成分，采用學習過程性評價和總結性評價相結合的方式，實施以“知識+能力+態度”的多維度考核標準，構建了以學習產出為目標的評價流程，如圖2所示。過程評價重視學生整個學習過程中的表現，利用網絡課程中心，教師對學生自學情況、參與討論情況、測試、作業、思維導圖完成情況等進行持續跟蹤，形成動態實時數據，并依據評價標準確定過程性評價結果，完善教學方法和考核辦法。總結性評價通過期末考試和課程綜合設計綜合考量學生實質性“學習產出”，全面了解學生是否掌握電機學知識，并具備對知識綜合運用的能力。基于過程性和總結性評價進行課程總成績目標達成度的分析，不斷進行課程持續改進。

五、結束語

電機學課程改革之路任重而道遠，以工程教育專業認證為導向，依據學生能力形成規律，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，完善課程評價，完成教學主體由“教”向“學”轉變，學習評價重心由“結果”向“過程”轉變，最終實現培養學生自主學習能力、實踐創新能力和工程應用能力的目標，我們還需不斷學習和探索。

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