工程教育專業認證下“電機與拖動”課程工程案例教學實踐

［摘 要］ “電機與拖動”是自動化專業的核心課程，其具有很強的綜合性和實踐性。目前，傳統的灌輸式教學難以滿足工程教育專業認證要求，在課堂教學中引入一定的工程案例并加以實施，有助于理論聯系實際，激發學生的學習熱情，達成課程教學的培養目標。在介紹工程案例教學方法的基礎上，闡述了“電機與拖動”課程工程案例教學的實施方案。教學實踐表明，在“電機與拖動”課程教學中引入工程案例教學能夠有效提高學生的學習積極性和主動性，同時，對培養學生分析和解決實際工程問題的能力具有重要意義。

［關鍵詞］ 工程教育專業認證；電機與拖動；工程案例教學

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）31-0169-04 ［收稿日期］ 2023-08-21

工程教育專業認證是對高等學校工科專業實施的專門性認證，是我國高等工程教育參與國際競爭的重要基礎，自2006年10月，我國啟動開展這項工作以來，對提高工程人才培養質量發揮了重要作用［1］。為培養具有較強工程實踐能力的工程技術人才，工程教育專業認證標準“畢業要求”中特別強調高校畢業生應具備能夠應用數學、自然科學和工程科學的基本原理進行分析和解決復雜工程問題的能力。因此，為了達到這一培養目標，要求在專業課程教學環節中需要體現復雜工程問題的具體性，專業教師要將實際工程中的問題引入到課堂教學中［2］。

“電機與拖動”是自動化專業的重要專業基礎課程，在自動化專業課程體系中起著承上啟下的作用。該課程的特點是理論性強、學科綜合性強、工程實踐性強。因學生缺乏相關背景知識及工程經驗，在課程教學中，普遍反映“電機與拖動”是一門概念原理抽象、內容公式繁多、理解消化困難的課程［3］。掌握“電機與拖動”的基本原理和工程應用，對于完善學生的專業知識體系結構，培養分析和解決實際復雜工程問題的能力具有重要作用［4］。在工程教育專業認證的大背景下，仍然采用傳統的方法進行“電機與拖動”課程教學已不能滿足工程教育專業認證標準要求。因此，為實現支撐專業認證和培養工科學生的工程意識及綜合運用學科知識解決復雜工程問題能力這一目標，筆者對“電機與拖動”這門工程實踐性較強的課程教學模式進行了改革，探索了工程案例教學模式，取得了良好的教學效果。

一、工程案例教學的內涵和開展案例教學的意義

（一）工程案例教學的內涵

案例教學法由美國哈佛大學法學院前院長朗代爾于1870年首創，并運用在法學教學領域中，1910年后又被廣泛應用于醫學領域。案例教學是指教師根據教學大綱規定的教學目標和教學內容，將精選的案例作為基本教學材料，引導學生通過運用所學的有關知識和理論對案例中的現象進行調查、思考、分析和討論，從而激發學生的學習興趣，使學生在具體的實踐情境中認真思考、主動探索，培養其綜合運用知識分析和解決實際問題的能力。案例教學是理論與實踐相結合的一種有效教學方法，在我國教育教學中的應用相對較晚，還處于探索階段，特別是在工程教育方面的應用尚處于初期階段［5］。

工程案例教學是案例教學在工程實踐性較強課程中的推廣和具體實施，是將發生于生活、自然、工程實踐等當中的客觀事實，通過整理和歸納，以文字、數據、表格和視頻等方式進行表現，形成可在課堂教學中進行交流或探討的工程案例材料，教師通過這些案例向學生傳授知識，引導和啟發學生通過主動思考、認真分析來培育正確的工程觀念、良好的工作作風、優秀的溝通協調能力及團結協作精神，培養發現問題、分析問題及以提升應用理論知識解決實際工程問題能力為目標的一種教學方法或教學過程［6-7］。工程案例教學法是推進素質教育培養高水平技術人才的重要教學方法。

（二）開展工程案例教學的意義

近些年來，高等教育質量問題受到社會極大關注。大部分工科高等學校都在積極開展工程教育專業認證、新工科建設等工作，以期培養出能適應社會需求的高素質人才。在傳統教學中，教師居于主導地位，是主動施教，學生處于被動地位，是被動參與。教師根據大綱要求和教學內容從頭到尾對學生采用灌輸式傳授，難以適應當前高校工程教育專業認證對人才的培養目標要求，沒有體現“以學生為中心”的教學理念。同時，目前大學課程都面臨以下共性問題。

1.課程學時不斷被壓縮，教師以滿堂灌方式完成教學內容，學生沒有獨立思考時間，使得學生能力得不到培養。

2.課程內容與實際應用聯系不緊密、課程內容陳舊、教學方法不新穎等，致使學生學習興趣和求知欲下降。

3.考核方式單一，在一定程度上使得學生僅滿足于掌握課堂所傳授的基本內容，不利于學生探索精神和自我學習能力的培養。

然而眾多實踐教學表明，工程案例教學以探索性、實踐性、靈活性等理論內涵契合了當前工程教育認證背景下對學生綜合能力培養的要求［8］。工程案例教學的引入是培養符合工程教育專業認證要求能力的工程類畢業生的措施之一。因此，工科院校在工程實踐性、應用性較強課程中引入工程案例教學，一方面能夠有效地促進學生對后續專業知識的學習，提高學生的學習積極性和主動性；另一方面有利于培養學生綜合運用所學知識來解決復雜實際工程問題的能力，對人才培養質量的提高有著重要意義。

二、工程案例教學的設計與實踐

（一）工程案例選擇和編寫原則

工程案例的選擇和編寫是工程案例教學的關鍵所在，直接影響到案例教學的成功或失敗。沒有恰當的工程案例，案例教學將達不到預期的教學目標和成效［9］。因此，選擇和編寫工程案例時應符合典型性、真實性、新穎性和完整性等基本原則。

1.典型性。即所選工程案例應具有代表性，能反映本學科的典型特征和涵蓋相應課程的大多數知識點。

2.真實性。即所選工程案例應來自真實的生產實踐活動，案例中描述一個真實事件，引用數據準確、真實、可靠，而非虛構脫離實際的。

3.新穎性。即所選工程案例應當是學生感興趣且容易接受的案例，新穎的案例不僅可以激發學生的學習興趣、求知欲望，而且還能調動學生的學習積極性和主動性。

4.完整性。即所選工程案例從開始到結束是一個完整的情節，而非片段的。案例的表述體現出完整、簡潔、明了的特點。

（二）“電機與拖動”課程工程案例教學的探索與實踐

在工程案例教學在實施過程中，從教學環節上分為案例準備階段、課堂教學階段、總結評價階段等，其流程如圖1所示。

為了檢驗工程案例教學在“電機與拖動”課程中的應用效果，本文在教學中就圖1中的幾個教學環節進行了相應的探索與實踐。

1.案例準備階段。工程案例準備通常在教師備課階段完成。教師根據上述工程案例選擇和編寫原則，并結合課程教學大綱和教學內容，合理準備教學案例數量與內容。例如，在《三相異步電動機電力拖動》一章中準備的一個工程案例：“在一些三相異步電動機使用量較大的工廠中，三相異步電動機采用哪些常用的啟動方法？為什么常采用自耦變壓器來幫助啟動？為什么用一臺自耦變壓器不同時啟動多臺三相異步電動機？”這個案例涉及的知識點不是很多，但具有一定的工程應用性質。教師一般在上課前兩周左右時間通過QQ或微信等方式把案例材料發給學生。學生收到案例資料后，先閱讀案例，了解案例中所涉及的相關知識和案例中的問題。學生通過查閱資料，認真思考分析案例后，初步給出自己的思想觀點以及問題的解決辦法。在這一階段實施中，學生的自由探究極大地提高了他們主動學習的興趣。

2.課堂教學階段。進入課堂后，教師根據前期的教學設計，引入工程案例，介紹工程案例的背景和內容，創設案例情境，引導學生自行分組，確定小組組長，轉變身份角色。案例引入后，學生根據課前的準備，就案例中所提出的問題開展討論，闡述自己的理解、認識和觀點。討論形式或在各小組內部，或由教師組織在教學班內開展討論。在討論過程中，一定要控制好時間，盡可能地讓大多數學生有發言的機會，參與到討論中。針對小組內部的討論，各小組長要做好記錄，形成書面報告。在小組討論結束后，由各小組長向全班學生做出匯報。本案例除第一個問題（三相異步電動機常用的起動方法）可以在教材中找到答案以外，其余兩個問題由于涉及的相關知識較多，如三相異步電動機啟動過程中的要求、自耦變壓器起動原理、起動方法的優缺點等內容，教材或參考文獻中沒有直接給出答案。教學實踐表明，為尋求問題的解決辦法，在上一階段準備環節中，學生們都會主動促使自己查閱相關資料、認真思考。在本階段討論環節中，學生們都會認真聽取大家的發言、共同討論，形成共識。總之，通過把工程案例引入課堂教學，激發了學生的參與意識，提高了學生的積極性、主動性，學生由原來的被動聽課變為主動去思考和探索，同時，他們分析和解決實際工程問題的能力也得到了鍛煉和提高。工程案例教學模式充分體現了“以學生為主體，教師為主導”的教育理念。

3.總結評價階段。總結評價在工程案例教學實施過程中是一個重要環節。在案例討論后，教師對案例教學的全過程進行總結與評價。其一，對教學內容進行歸納和總結，對具體案例探究成果，對學生學習、參與討論情況進行點評和打分，并提出不足和改進意見。同時，學生也應針對案例內容進行認真總結，總結自己通過本案例學習，是否掌握了相關的原理和方法。其二，引導學生對案例內容及相關問題，在課后做進一步思考。尤其是第二點，就本案例來說，學生通過課堂討論學習，對“為什么用一臺自耦變壓器不同時啟動多臺三相異步電動機”這一問題有了答案之后，教師可以引導學生進一步思考新的問題。比如，要實現“用一臺自耦變壓器不同時啟動多臺三相異步電動機”這一要求，是采用手動控制方式還是自動控制方式？若采用自動控制方式，則是通過繼電接觸器來控制還是用PLC控制器來控制？課后通過對這些問題的思考，學生的自我學習、深入探究能力將進一步得到提升。另外，在評分過程中，對于學生成績，教師除了用傳統教學的結果評價外，還根據每個案例教學中學生的參與討論狀況和對問題的認知度等進行綜合評價。這種有效的評價機制，極大地調動了學生的學習積極性和主動性，達到了提高學習效率的目的。

結語

綜上所述，工程案例教學是理論與實踐相結合的一種行之有效教學方法，體現了“以學生為本”的教學理念，同時也體現了與工程教育專業認證標準中強調的“以學生為中心”這一核心理念的一致性，對于達成符合工程教育專業認證標準的教學培養目標和要求具有現實意義。

筆者對工程案例教學在“電機與拖動”課程教學中的應用進行了多輪實踐，在激發學生的學習熱情、提高學生的學習積極性和主動性，以及培養學生綜合運用所學知識來解決實際工程問題的能力等方面，取得了一定的成效。但工程案例教學在工科課程教學中的應用仍處于探索階段，教學中各環節的操作、處理還需進一步探索和完善，使工程案例教學在提高教學效果、培養工程意識和工程素質方面發揮更大的作用。

參考文獻

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［9］邊社輝，張文杰，石馨成.大學生創業教育課程中案例的選取原則［J］.創新與創業教育，2013，4（3）：61-63.

The Practice of Engineering Case Teaching in Electrical Machines and Drives Course under the

Background of Professional Certification for Engineering Education

Abstract： Electrical machines and drives is the core course of automation specialty， and it is comprehensive and practical in content. At present， the traditional teaching mode of indoctrination is difficult to meet the requirements of engineering education professional certification. The appropriate introduction and implemention of engineering case teaching in classroom teaching helps to integrate theory with practice， stimulate students’ enthusiasm in learning and achieve the goal of course teaching and training. Based on the introduction of the engineering case teaching method， this paper expounds the implementation plan of Electrical machines and drives case teaching method. Teaching practice shows that drawing engineering case teaching method into the teaching process can effectively improve students’ learning enthusiasm and initiative， and it is significant meaningful to foster students’ ability of analyzing and solving practical engineering problems.

Key words： professional certification for engineering education; Electrical Machines and Drives; engineering case teaching