基于“卓越工程師”培養目標的電機學課程教學改革

張曉娟，張 劼，李紅波，黨宏濤

(西京學院，西安 710123)

0 引言

隨著我國工程教育理念的整體性發展，諸多高校目前正在積極開展“卓越工程師”的教育培訓計劃，力求培養特色型、學術型、專業型人才，以期能夠為將來的工程發展儲備優秀人才。電機學課程作為電氣類專業學生的核心必修課程，及時展開課程教學改革工作勢在必行。

1 電機學課程教學改革的必要性

2010年，我國教育部提出了“卓越工程師”人才培養計劃并在諸多高校內進行試點，截至2022年，諸多高校均在專業人才的培養計劃、課程體系及教學方式等方面完成了重大改革?；凇懊嫦蚬こ?、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尤為重要[1]。培養電氣工程及其自動化相關領域的“卓越工程師”，這一目標旨在培養出一大批具有較強的創新能力、較開闊的國際視野，以及較強的工程實踐能力，具有高素質的電氣工程技術型人才，其培養核心在于創新性的思維培養及工程實踐能力培養。

事實上，如何通過培養電氣工程相關專業學生的創新性思維及工程實踐能力，打破傳統的教學模式桎梏，采用貼合“卓越工程師”培養的創新教學方法，真正做到因材施教是至關重要。目前，大部分的試點高校已將具有豐富的工程實踐經驗及教學經驗的教師，以及工程師分配至試點班級開展專業性教學，但是在教學方法方面，這些教師大多只擅長采用傳統化的教學方法開展教學，影響 “卓越工程師”培養質量，很難達到“卓越工程師”培養目標[2]。

2 電機學課程的發展特色及教學現狀

2.1 電機學課程的整體性質

電機學課程以電磁學、物理學、電路理論、力學等多種學科知識為基礎，為后續的電機驅動系統、運動控制系統等相關學科奠定基礎，并且在課程培養體系中起著承上啟下的重要作用。

電機學課程的研究對象具有實用性和普遍性，講述的內容是后續專業課的理論基礎，也是電氣工程領域實踐問題的理論依據。電機原理分析過程用到的基于平衡方程式、相量圖和等效電路的分析方法也是該領域工程問題的基本分析方法，因此是一門必須教好和學好的課程。但由于該課程理論性和實踐性均較強，且具有復雜性與綜合性、抽象性與具體性的特點，既重知識傳授又重能力培養，所以也是一門公認的難教和難學的課程。因此，需根據教學內容的具體情況采用適合的教學方法和教學手段，有效化解教學難題，全面提升教學質量。

2.2 電機學課程的發展特色

首先，電機學課程是一門既具抽象性又具有具體性的課程，而學生難以理解相關知識的原因在于學生無法及時將較為抽象的電磁理論和特定的電機結構有效結合。電機運行的本身便是一種將具體的機電能量進行轉換的裝置，其最主要依靠的運行原理便是電磁感應定律及電磁力定律，造成學生難以與具體的電機運行過程相聯系。其次，在電機學課程的學習過程中，所涉及到直流電機、交流電機、變壓器、微控電機等多方面內容，以上知識體系是互相平行的，其間并不具備相互的邏輯關系，且由于內容眾多，知識點龐雜，使得學習較為困難。此外，在電機學課程的學習過程中，電磁力之間的關系十分復雜，概念和公式眾多，理解難，記憶難。

2.3 電機學課程的教學現狀

在傳統的課堂教學過程中，教師往往占據主導地位，常用的“填鴨式”教學方式忽視教學技巧，最終導致教和學分離。特別是對于電機學這類抽象課程，教師也大多是照本宣科，無法將理論聯系實際，缺乏案例，學生理解困難。教和學分離的狀況，不利于學生掌握應用電機學課程中的知識。因此，教師應當依照電機學課程的教學特點及學生的發展特點，立足于傳統的教學方法，不斷展開創新性探索，改進教學方法，提升學生的學習興趣。

3 電機學課程教學方法的創新性探索及實踐

3.1 實施目標驅動法，提升學生對教學活動的參與興趣

電機學是一門實用性非常強的課程，但由于其包含的電磁關系抽象且復雜，教師應該從課程的最開始就大力激發學生的探索興趣。

例如，在教師首次展開電機學課程教學時，可以首先點明，“在我們的日常生產及生活當中，與電機學有著千絲萬縷的聯系，電機的應用范圍大到航空航天，小到家用電器?！蓖瑫r教師可以應用PPT展示在日常生活當中應用電機的一些圖片，并針對此提出如下問題：“關于電機這種能量轉換器，在學習過程中我們需要掌握它的哪些知識？其內部構造、運行原理、功率大小和工作特性都是什么？”通過目標驅動法，引導學生積極學習，努力探索。在講解變壓器的原理這一章時，教師可以直接為學生指明方向，告訴學生只有充分分析變壓器內部的電磁關系之后，才能得到變壓器運行的數學模型、基本方程式及向量圖。明確目標之后，學生便能做到主動跟隨課堂展開探索，并得出相應結論，從而不斷加深印象。

3.2 實施激勵教學法，促進學生創新性思維的形成

電機學課程中存在很多概念及公式，其間所蘊含的電磁關系非常復雜且抽象，如磁場分布和繞組連接就是電機部分學習的難點。為充分激發學生的學習興趣，有效解決學習過程中的疑難問題，教師在講述完本節課內容之后，也可以對之后的內容設置出一些思考性的問題，從而激勵學生開啟創新性思維。

例如，教師在講述完電機的工作原理及基本構造之后，還可以設置如下問題：其一，電機其間的氣隙磁場是采用何種方式進行分布的？其二，導體之間是通過何種排列方式進行連接以形成電路的？這兩個問題背后所蘊含的內容恰恰就是電機學原理當中的難點內容。教師可以鼓勵學生自主設計動畫，以此展示電機內部的磁通密度波形及繞組的連接方式，鼓勵學生講述在制作過程當中所產生的想法和體會，并且給予學生肯定。學生受到激勵之后，會更主動探索磁場分布及繞組連接相關知識，從而逐步培養出學生的動手能力和創新思維。

3.3 實施循序漸進法，提升學生的邏輯思維能力

電機學課程中的電磁問題掌握起來較困難，因此在整個學習過程當中，教師應當引導學生從簡單到復雜逐步展開分析，循序漸進的掌握電機理論常用的分析方法。

例如，在開展直流電機磁場教學時，應當優先為學生講述空載氣隙磁密波形，其次講述電樞響應，此后得出現實性氣隙磁場分布。在分析交流電機的電樞繞組所產生的基波感應電勢之時，應當從導體所產生的電動勢入手講解。其傳遞過程主要是從導體出發，經過線圈，經過線圈組，直至每相繞組，由此可以得出相繞組所產生的基波感應電動勢的相關表達式。通過循序漸進的教學方式，學生可以更好地掌握相關知識，提升邏輯思維能力。

3.4 實施對比討論法，促進學生掌握相關知識

電機學課程當中類似的內容及原理有很多，教師在引導學習的時候可以注意進行比較，幫助學生加深記憶，提高學習效率。

例如，可以將直流發電機和直流電動機進行對比教學，分別從物理過程、正方向規定、基本方程式表示及運行性能等方面展開對比討論；也可以將異步電機和變壓器進行對比教學，對比分析其運行過程，從內在蘊含的電磁關系、基本方程式及向量圖等方面入手展開對比討論；此外，對于電機多樣化的制動方法，可以通過制動方法的相關工作原理、有關制動過程、有關機械特性、有關功率關系、相關制動電阻及轉速的計算方式等方面對比討論諸多方法，以促進教學效率的提升。

4 設定多元化的教學評價體系

在電機學課程教學活動結束后，教師應當及時評價學生對于課程知識的理解程度。立足于傳統的教學評價方法，可采用綜合性、多元化的教學評價體系。

4.1 課堂表現

課堂表現即通過考察學生的出勤率、現場回答問題踴躍程度及回答正確率進行評價。學生如若出勤率較高，且面對教師在課堂上的提問積極回答，答案準確率高，則可以被視作是表現優異。

4.2 鞏固與提升

教師可以在完成授課后設定幾個關于電機的問題，鼓勵學生課后自主探索出問題答案，學生可在課后自由結組針對問題展開溝通，在下節課開課之前匯總出問題答案，并以書面報告的形式在下節課開課之時進行呈現。

4.3 線上教學

教師應充分利用學堂云在線課程。課前將預習課件、預習復習測試題、知識點、章節測試、動畫等資料上傳學堂云；課中，采用雨課堂進行授課，將授課課件、課堂活動等資料在學堂云進行沉淀；課后，要求學生采用學堂云和雨課堂的直播課件，進行課后復習，并完成復習測試題。

4.4 課后作業

在每章的教學任務完成后，教師可以分配一些重要的課后作業，限定時間并且要求學生獨立完成，以此來檢查學生對于知識的掌握程度，幫助學生查漏補缺。

4.5 實驗環節

電機學是一門非常實用的課程，實驗過程對于電機學課程的學習過程不可或缺?？梢越⑴c課堂理論教學系統相互平行、相互聯系、相對獨立的實踐教學體系。即以技術應用能力培養為主線，開展以實驗課和實訓課為主的操作技能訓練和工程應用技能訓練。

加大實驗教學改革力度，單設電機學實驗課程。開展以實驗任務書代替實驗指導書的改革,減少演示驗證性實驗項目，增加綜合性、設計性、應用性實驗項目，改變過去只做驗證性實驗的模式。根據教師下達的實驗任務書，學生查閱有關技術資料，獨立進行實驗和準備工作，然后到實驗室進行調試和測量(實驗室對學生開放，可隨時進行實驗)，最后按要求寫出實驗報告。

課程的實踐教學環節分為實驗教學和課程設計。通過驗證性試驗、綜合實驗、創新性實驗及工程計算軟件應用和電機控制綜合實訓，幫助學生驗證理論概念，提高獨立分析和解決工程實際問題的能力，培養學生的創新意識。

4.6 期末考試

學生學習成績不是傳統的平時成績加實驗成績再加期末考試成績，而應是對整個學習過程的考核。將課前預習，課中在線簽到、在線測試、課后在線作業、知識點練習、章節測試，期末在線考試、學習效果反思等各部分內容綜合進行考核，提高考核的公平性、公正性和實用性。

5 結語

對于電機學課程所開展的改革工作任重而道遠，立足于“卓越工程師”人才培養的計劃之下，高校應當及時構建以學生為中心、具備科學性及合理性的電機學教學課程體系，不斷優化教學相關內容，及時豐富教學開展方法，并致力于構建多層次的實踐性教學，從而進一步的理解和實現電機學課程的理論學習和工程實踐結合、知識體系構建和個人能力培養結合，并且幫助學生自主不斷展開學習及探索。由于教學改革的最終目標是促進學生發展，因此任課教師必須依照學生自身的實際情況展開教學，發揮出教學改革的最好效果。