混合教學模式下電機與電力拖動基礎課程改革與實踐

袁帆 董鋒斌 皇金鋒

陜西理工大學電氣工程學院，陜西 漢中 723001

目前，“新工科”更強調學科的綜合性、交叉性與實踐性，要培養復合型、創新型工程人才，對創新能力和實踐能力的培養提出了更高的要求，不僅要培養學生具有開闊的視野、扎實的專業基礎技能和終身學習能力，而且以社會需求為導向，加強培養學生的工程實踐能力，讓高校工科畢業生符合社會實際需求，能夠緩解當前高校工科畢業生不能很快適應社會的尷尬局面。

“新工科”應用型地方高校普遍存在資金短缺、缺乏實踐型教師、實驗資源不足等問題，其課堂教學是重點，實踐環節較少，大多數課程只設基礎實驗，工程實踐教學環節偏向基本理論、基礎知識的驗證，缺乏培養學生創新意識的系統設計、綜合設計、校企聯合培養設計等過程和環境。這些實際情況阻礙了學生工程素質與創新能力的培養。

電機與電力拖動基礎是自動化專業學生從專業基礎課跨向專業課的橋梁，在“新工科”的課程建設中具有重要的作用。本文分析了課程現狀與人才培養目標的矛盾，探究其改革方案，欲基于泛雅超星學習通教學平臺，實現線上微教學與線下實體課堂的融合。課程組采用虛擬仿真實驗教學與實物實驗教學相結合的方法，對現有實驗實踐教學進行了補充和拓展，促進教學質量的提升，希望能起到拋磚引玉的作用。

一、電機與電力拖動基礎課程存在的問題及原因分析

（一）課程內容多，課時少

電機與電力拖動基礎課程知識點較多，學生普遍感到整體內容不夠系統，且比較抽象。這門課程為70學時（包括實驗課時），安排在大三上學期，此時學生的課程安排較滿，課外時間比較緊張。

（二）學生存在畏難心理，學習興趣不高

造成這一現象的原因有兩個方面：一是高年級學生對低年級學生傳播課程難學的信號，使得他們一開始上課就擔心考試不過，而不能帶著好奇的心態去聽課和接受新的內容；二是內容多，教師講課節奏比較快，學生剛開始還沒有理解時間就過去了，課后又不能及時解決問題，這樣問題就會積累較多，畏懼情緒就會加重，慢慢地學生對課程就失去了興趣，課堂效率也會很差。從課堂反饋來看，大部分學生認為這門課難懂難學，甚至有人在開課不久就想放棄。

（三）創新實踐能力培養不足

目前，課程著重于基本理論的講解，學生帶著畏難情緒來學習本課程，在學習中難以體會電機的各種創新，因而教師也很難培養學生的創新意識。而課程的實踐環節只做基礎驗證型實驗，實驗課前絕大多數學生不預習實驗，來到實驗室才看實驗講義，對實驗具體內容根本不清楚，實驗時生搬硬套，機械性地完成驗證實驗。而實驗指導書為了更好地指導學生，詳細地寫明了每一步操作步驟，有部分學生在做實驗時，或照著指導書上湊數據，或胡亂調節，或什么都去問教師，甚至自己不做，拿別組的數據來應付。這樣的實驗談何實踐能力的培養。

在“新工科”背景下，大學要培養適應社會經濟發展需要的各類實踐型、創新型技術人才，我們圍繞培養目標，結合課程的現狀和特點，探索出以下幾點對策。

二、基于“新工科”的電機與電力拖動基礎課程建設

（一）優化教學內容，構建科學合理的課程教學體系

1.優化教學內容，突出重點

對教學內容不斷進行優化和調整。根據教學大綱，縮減課堂教學學時，增加實驗學時；減少或者刪去一些被淘汰的技術內容或者與專業培養目標偏離較大的內容；減少直流電機部分的學時，把交流電機作為重點教學內容；增加直線電機等應用型內容，使教學內容緊跟市場的需要。

2.教學內容與工程實踐相結合

教案要將知識點與現實問題相結合，把電吹風、洗衣機、空調等家電引入課堂，比如從洗衣正反轉引入電動機啟動與制動原理，這樣可以加深學生對理論知識的理解。另外，可提供一些工程應用背景的設計題目，使學生通過獨立的思考能夠綜合地運用所學知識進行解答，為學生綜合素質的發展提供寬廣的空間。

3.教學內容與新理論、新技術相結合

隨著科學技術的不斷發展，每年都會出現新型電機，但我們的教材一般都要滯后于現實，因此教師更需要時刻關注電機的前沿技術，實時更新教學實例。比如引入與電機相關的風力發電技術、無傳感器控制技術等，不斷地將電機新舊技術進行對比，讓學生慢慢地領會到創新的重要性。

（二）創新教學模式，基于泛雅超星學習通教學平臺實現翻轉課堂

1.翻轉課堂的混合式教學模式的實現

教師借助泛雅超星學習通教學平臺實現電機課程的教學翻轉，將原來課堂講授內容轉移到課下，讓學生先利用教學視頻，結合自身情況，合理安排和掌控自己的時間。在課堂上，教師與學生、學生與學生進行互動，教學不再是教師“滿堂灌”，學生成了主體，帶著問題進入課堂，教師進行現場答疑解惑，每個學生都參與其中，主動理解與運用知識。這樣的教學效果更明顯。這種將網絡自學與課堂面授相結合的翻轉課堂的具體實施如圖1所示。

2.翻轉教學模式的實施

翻轉教學模式主要包括課前、課中和課后三個階段。

課前，教師要將大量的信息傳遞給學生，要根據章節教學的目標合理安排教學內容、錄制微課，并將教學內容與微課視頻通過泛雅超星學習通教學平臺發布，開放與之相關的知識點視頻，下發本章節的具體任務單，要求學生觀看微課并完成相關作業；學生通過泛雅超星學習通教學平臺手機端觀看微課，以問題為基礎的學習如無法解決問題，可以通過教學平臺隨時與教師、同學交流互動，獨立完成課前作業與測驗，培養自主學習能力；教師通過后臺數據監測學生的學習情況，及時為學生在線答疑，根據學生完成任務的具體情況及時調換課堂內容。

課中，教師要幫助學生吸收內化。教師根據課前測試情況，挑選出有代表性的錯誤，與學生對其進行討論，對測試錯誤率較高的知識進行重點講解。比如：學習第八章中三相異步電動機基本方程式、相量圖等難點知識時，教師已經了解了學生的學習困難，課堂上就讓學生再觀看異步電機原理動態微視頻，然后結合實物，把數量關系用板書的方式梳理一遍，讓學生加深印象。教師在課堂上給予有效的輔導，學生通過在課堂上與教師和同學的互動來完成知識點的消化與吸收。學生較好地掌握知識重點與難點，能幫助他們克服畏懼心理。

課后，教師要做好總結、評價與反饋。教師可借助平臺的學習記錄與統計，清楚地了解到每個學生學習過程的動態反饋信息，結合課上活動情況，及時調整教學的重難點，設置一些作業，讓學生綜合運用所學知識。教師可根據動態反饋信息與小組生生互評情況對學生做出評價，這樣更科學合理，更能夠激發學生的自主學習積極性，同時促進師生和生生之間的學習與交流。泛雅超星學習通教學平臺實現線上教學如圖2所示。

在教師管理頁面中，教師可以進行簽到、搶答、主題討論、隨堂練習、問卷等設置；可以進行班級統計、資源統計、課程報告；可以完成題庫、作業庫、試卷庫建設；可以和學生隨時進行談論；可以完成班級管理、教師管理、課程管理。

電機與電力拖動基礎翻轉課堂的混合教學模式，能夠使學生更加主動地學習與討論，同時也使得師生、生生關系更加融洽，激發了學生自主學習的興趣，提高了學生的綜合工程素質。

3.運用多種教學手段來提高學生的學習興趣

一開始就要激發學生的學習興趣。教師在緒論課教學中與學生一邊觀看電機的產生、發展及實際應用視頻，一邊啟發學生與實際生活聯系起來，舉一些生活中常見的例子，如電吹風、電扇、洗衣機等，讓學生實在感受到電機與現實生活密切相關，這樣更能激發學生學習電機與電力拖動基礎課的濃厚興趣。

在線下課堂教學中，教師可借助泛雅超星學習通教學平臺播放微課或者PPT。這就要求課程組教師在線下教學中大量使用MATLAB、PSIM等仿真軟件。仿真不僅可以讓學生直觀地分析特性曲線，而且建模的方法還可以得到演示，當他勵直流電動機串電阻起動采用MATLAB 仿真時，整個起動過程中速度和電流的隨時變化情況一目了然，這樣既可以引導學生進行深入的探討與分析，又能引導學生利用MATLAB 解決實際問題，更利于培養學生處理工程實際問題的創新能力。

（三）優化考核方式

多年來，電機與電力拖動基礎課基本采用一張試卷作為成績考核的方式，而平時考核所占比例很少。這樣的考核使學生不注意加強平時學習，而是考前突擊，考后全忘，無法將所學的知識運用到實踐中。現在的考核綜合考慮理論學習、實驗與翻轉課堂中學生的表現，理論學習占50%，實驗占20%，翻轉課堂占30%。理論考核為期末試卷成績，實驗成績由學生動手完成實驗的情況與實驗報告情況來決定，翻轉課堂線下線上考查由教師和學生完成。綜合考核評價如表1所示。

這種考核方式重視學生在學習過程中的參與和實際付出，促使學生變被動學習為主動參與，學生自主學習能力與創新能力得到了有效的激發。

（四）課內外結合，培養實踐創新能力

實驗教學效果運行不佳，會直接影響到后續電力電子與電力傳動專業方向的辦學，有部分學生可能會偏離專業的培養目標。為了實現自動化專業的培養目標，提高實驗教學效果，有必要對實驗教學進行探討。

1.實踐教學內容的創新

以前實驗前的準備，基本上就是讓學生預習實驗指導書，按照實驗指導書的要求做實驗，這并不能有效地激發學生的學習興趣，學生只會按部就班地做完實驗。現在將原先的驗證型實驗變成設計型實驗，只給出本次實驗的目的，讓學生自行設計實驗。實驗前學生先到實驗室查看所有設備，借助網絡和圖書館搜集與實驗相關的資料，分小組討論方案設計的合理性與可行性，利用MATLAB 仿真軟件對實驗方案設計進行驗證，評價實驗設計的合理性。若實驗方案設計得不合理，仿真效果不佳，就需要學生重新設計、修改、再仿真，直到具有較好的仿真效果，才能做硬件實驗。實驗時間要安排至少3小時，因此應開放實驗室，給學生足夠的實驗時間，以減少學生的應付心理，讓他們踏實地做好每個實驗。若實驗結果不好，允許學生預約重做，這樣有利于學生逐漸養成獨立思考的好習慣。

2.培養綜合應用能力

以電力拖動和電力電子技術為基礎，開設綜合應用型實驗，以直流電機為對象，讓學生先測電機參數，基于電機參數對直流電機進行雙閉控制，這有利于培養學生直流電機拖動系統的綜合設計能力。

學生通過基礎實驗和綜合應用實驗的訓練，可以將原先被動地做實驗變為主動地學習和討論，能夠逐漸培養學生工程設計的思路和方法。這種訓練如果長期堅持下去，不僅能激發學生主動學習的興趣，而且可以提高學生設計的水平，更符合走上工作崗位的實際情況：用戶只列出條件，而整個項目的實現，都得自己決定。只有這樣，方能逐步改變當前高校畢業生不能快速適應社會需要的現狀。

三、結束語

我們借助泛雅超星學習通教學平臺，對電機與電力拖動基礎課程實施翻轉教學，并對實驗教學進行了改革，激發了學生自主學習的積極性，提高了學生的動手能力與創新意識，使教師的教學水平得到了提高，學生理論課的成績比前幾年提高了12%，省級學科競賽獲獎比例比前幾年提高了22%。翻轉課堂的教學模式不但培養了學生的自學能力，而且使其分析與解決實際問題的能力得到了顯著提高，同時鞭策教師探索出適合自己課程的“微課堂”，不斷地提高自己的教學水平。