基于學院大類招生平臺課程的“電機學（一）”教學改革探究*

羅振鵬 賈海媛 王文平

（內蒙古工業大學電力學院 內蒙古呼和浩特 010051）

電力學院實施大類招生后，“電機學（一）”課程是全院電氣工程專業、智能電網系專業和自動化專業都開設的一門專業基礎課，第四學期該課程考核完成后學生開始分專業。電機學（一）課程面向全院11個班級教學，學生按成績選專業，因此該課程需要統一教學內容、教學方式、教學進度和考核方式。本課程以變壓器和電機為教學內容，按照各元件遵循的基本物理規律，應用高等數學知識列寫電磁量間基本方程式，采用工程數學手段進行方程求解，并從工程應用角度出發，利用工程思想忽略一定邊界條件，使求解變得簡單，得到直接明了結論；要求學生達到能夠從數學角度分析電機問題與計算電機運行規律。電機學是研究電能和機械能互相轉換的能量變換規律課程，轉換的媒介是磁場[1]。電和磁都是看不見摸不著的東西，需要學生進行理性思維和分析判斷，很多推理采用工程思想，利用等效變換原理獲得元件電路模型[2]。該課程綜合了大學物理、高等數學、電路原理、電磁場等多學科知識，學生難學、教師難教成了大部分高校老師和學生對本門課程的共識。特別該課程還是電氣專業后續穩態課程、暫態課程、繼電保護課程、發電廠電氣設備、運動控制等專業課程的基礎。這門課程學習好壞關系到整個電氣專業體系學習的好壞。因此各個電氣專業都在教學計劃中給予了充分重視，盡管整體縮減了一定量學時，但是電機學還是專業基礎課程中大學時課程。由于該課程的本身特點和大類招生需求，課程組教師從專業定位、人才培養需求、課程標準修定、教學內容優化、教學手段多元化設計、教學反饋及時梳理等多方面、多角度進行了改革，達到提高教學質量，培養新時代大學生對專業需求，得到學生一致好評。

一、課程標準調整和優化

為了適應大類招生需求，電機學（一）成為全院學生不分專業的平臺課程，為了更好滿足后續不同專業需求，重修修訂了《電機學（一）》《電機學（二）》和《電機拖動基礎》三門課程標準，調整了部分內容，將直流電機、變壓器、交流電機共同理論和異步電機基本理論優化在《電機學（一）》專業平臺課程中，面向電力系統及其自動化和智能電網專業學生開設《電機學（二）》內容為同步發電機理論，不對稱運行和交直流電機運行特性分析。面向自動化學生開設《電機拖動基礎》內容為直流電機拖動，交流電機拖動和控制電機。通過內容調整，能夠更好適應各專業學生需求，完善電機學對不同專業學生偏重點，本論文主要針對《電機學（一）》平臺課程進行了課程教學改革探究。

圖1 電機學（一）教學改革框圖

電機學（一）以電氣元件：變壓器、直流電機、異步電機、交流電機共同理論四大版塊為核心，主要內容為各元件基本結構、工作原理、物理規律、數學表達、電路模型以及工程中分析和應用一條主線，在教學中面向學校對學生定位，培養具有高素質的應用型工程技術人員，重點突出各元件分析中工程思想，強化分析應用，掌握電機能量變換規律。為了突出這一主線，選用胡敏強編寫教材，調整為磁路、變壓器、交流電機共同理論、異步電機和直流電機章節順序[2]。磁路中突出強調電機學中把磁場轉換為磁路分析的工程思想。變壓器先從物理結構分析，再從物理規律、各物理量關聯分析，從空載簡單現象入手，從數學角度表述電磁規律，再從數學規律推演電路圖，在空載基礎上分析帶負載后規律，遵循由簡單到復雜分析，學生更易接受和理解，最后對所列方程進行工程上變換分析，轉換為電路表達式，為了簡便應用，采用工程方法進行等效變換，得到了隱含磁路的變壓器等效電路圖。突出強調等效電路和向量圖是分析與求解變壓器的方法和手段。變壓器內容從單相雙繞組開始，學生方便理解，從空載到帶負載，再到三相變壓器，三繞組變壓器，自耦變壓器，變壓器短路和空載合閘暫態分析，由簡單到復雜，環環相扣的知識結構體系優化[3]。在直流電機和異步電機這兩章，對電氣和智能電網系專業將起動，加速，減速，停止，拖動運行特性優化在《電機學（二）》課程中，對自動化系學生將交直流電機拖動四象限運行特性優化在《電力拖動基礎》課程中。這樣很好兼顧了各專業對電機學知識的需求。調整后課程標準，優化了共性的問題集中在電機學（一）體系中，差異性問題集中在后續電機學專業課中，這樣能夠更好適應學院專業發展和學生能力培養。

二、課程教學環節規劃

按照新版課程標準知識點分布，組織電機學多位有多年教學經驗老教師對課程教學進行了多視角和多元化的設計，分布在課前案例引導，課上精心策劃，課后及時反饋三個環節，形成三位一體式教學環節，化解學生理解這門課程難點和重點[4-6]。目標是學生真正能夠掌握各部分知識，為后續專業課程打好扎實的基礎。現在學校教學環節不再采用教學日制和教案，而是采用更精細化的課程教學設計，課程教學設計集各位代課教師智慧，經過學科帶頭人把關，學院專家組審核，最后學院簽發。對每堂課內容進度安排，每一個知識點如何理解，每一名學生掌握情況反饋，課前、課上和課后如何布局，課程考核如何分布，學生掌握哪些知識點，課程進度安排等一系列方方面面非常具體內容和細節都做了設計。教改后電機學（一）課程教學環節課前采用案例引導，激發學生興趣；課堂對知識點詳細地規劃，重難點分明；課后及時反饋，采用習題答疑和測試環節，反饋學生學與教師教的情況，及時進行調整。

三、多環節多角度技術融合

1.線上與線下融合

電機學是電氣領域學生感到難理解、難掌握的課程，許多同學感覺課上理解了，課下做題無從下手。反應出問題知識點沒有吃透，沒有真正消化，特別是分析及計算方面問題。針對這一環節，采取了線上6位教師每周一位教師專門輔導，學生疑難問題進行有針對性的答疑，每章結束后在線上對11個班級集中進行學生反饋的本章疑難習題講解，使學生能夠更深入理解涉及的知識點，將學生碎片化理解融匯為一個有機整體。同時另外幾位教師在線上進行師生互動交流，及時簡答學生疑問，通過典型習題拓寬知識認識深度，達到學生真正領悟本章節內容，及時消化吸收，為下一章節打好基礎。通過線上和線下有機融合，形成面向所有班級全體學生，達到很好的有機融合[7]。

2.仿真與實驗融合

為了學生直觀理解，將電機中電磁變換規律，采用計算機仿真技術，直觀地再現電磁規律，這樣能夠幫助學生更好地理解。特意安排3位博士學位電機學代課教師，對課程中變壓器、直流電機、交流異步電機和交流同步電機進行物理規律和運行特效仿真，將仿真模型分發給學生，讓學生在此基礎上進行應用、掌握和領悟，對電機學能量變換規律有一個更加深入和感性的全面認識。然后學生提前仿真實驗，明確電機實驗中各個關鍵環節參數、各種物理現象，這樣能夠加深物理實驗掌握，使實驗更加安全和有效，掌握實驗中必要環節測試，將仿真同實驗很好地融合起來。

電機實驗是鍛煉學生動手能力，檢驗學生所學知識應用的重要部分，安排8個學時、4個實驗，實驗室為了做出工業電機效果，對電機實驗進行了改造，摒棄了以前200w小電機，更換成4.4kW工業電機，采用各類工業交直流電機構成8.8kW電機組實驗平臺。目的為了學生實驗時現象明顯，但如果不嚴格按照實驗步驟剛會導致出現設備事故。因此，學生必須提前做好預習，通過計算機仿真出實驗過程，明白每一步實驗目的，理解如何正確調整各實驗環節，如何安全地測取數據，能夠對實驗結果進行分析。實驗中不能做出故障現象在仿真中能夠很好體現，能進一步加強理解實驗中正確的操作規程。達到仿真更好地促進實驗，實驗更好地加深知識到能力應用，使兩者很好地融合為一體。

四、課程評價及學生反饋

始終貫穿以學生為中心教學理念，課程評價是很有效的反饋手段。本課程采用章節疑難知識點反饋、隨堂測驗、每章結束后小測試、中期測驗、結課后考試多個測評環節，及時有效反饋課程各章節各知識點學生理解和掌握情況，及時評價學與教達成情況，知識到能力提升狀況。評價反饋與教學促進相融，課程組通過反饋及時進行調整教學過程，查漏補缺，達到課程目標要求，實現學生整體能力提升[8]。課堂測試采用雨課堂，主要反饋概念知識點理解；課后布置思考題和作業題，主要反饋原理性知識點，培養工程思維能力，分析問題能力提升；章節采用線上測試，主要反饋各知識點串聯，學生掌握知識是否形成有機整體；同時采用問卷星設置相關問卷，對教師教學活動的評價、教學進度快慢、學生需求、能力提升情況等多方面進行反饋。通過以上各環節，綜合共性問題，6位教師及時進行評判和調整；針對個性問題，有針對進行差別化輔導。特別結課后測試和問卷調查，全年級目標達成情況分析，能夠很好給予課程組整個教學周期反饋，能夠為下屆更好教學，適度規劃課程內容，合理有針對性布局，達到更好的教學效果。評價反饋機制是最有效的改進教學手段和方式。電機學課程組特別重視這一環節，每年都花費很大精力進行分析和更改。

五、知識前后類比貫通與工程思想突出強化

磁路理論貫穿到變壓器，直流電機，交流繞組理論，異步電機和同步電機始終，磁動勢，磁通密度，氣隙磁場，磁化曲線非線性，電機電磁基本理論滲透到每一章節，變壓器和每種電機結構，物理規律，物理模型，數學模型，電路模型這種主線分類學習，每章節都是按照由易于接受到逐步復雜，層層遞增推進，如繞組理論中，先繞組，再線圈，線圈組，一相繞組，最后到三相繞組；先集中繞組，再分布繞組，再短距繞組，最后到整個線圈組。變壓器先單相雙繞組，再空載到帶負載，最后三相變壓器；單相變壓器等效電路同三相異步電機等效電路類比，繞組感應電動勢中分布因素與短距因素同繞組感應磁動勢中分布因素與短距因素類比，各知識點同前面尋找類比相似點，使學生對知識掌握形成前后相融，互相貫通[9]。

變壓器通過折算原則得到等效電路圖，同樣異步電動機經過等效變換得到等效電路圖，兩者隱含磁路的工程思想，最后通過等效電路圖分析和解決變壓器和異步電動機運行特性。在電機和變壓器分析中把磁場轉化為磁路，利用磁路定律分析電機和變壓器工程思想，對電機和變壓器產生電動勢和磁動勢采用諧波理論分析工程思想，繞組理論中短距繞組推算轉換為整距繞組計算工程思想，直流電機中通過換向器產生靜止磁場分析思維，諸如此類每章節都提煉，抓住典型，突出強調，學生重視工程思想掌握，最終轉化為學生工程思維，提升學生的知識應用能力。

結語

在電機學（一）平臺課程中，筆者針對各專業特點，進行了以上多方面的探索，深研課程特點，強化課前、課中和課后各個環節，采用線上和線下互補教學，采用仿真和實驗相融合方法，降低學生對該課程畏難情緒，采用學生評價反饋機制，提高學生由知識到能力提高，取得了良好的教學效果。