基于學生創新能力拓展的“電機及其調速系統”課程群體系化教學

王宇

摘要：針對電氣工程學科方向電機領域新技術的發展以及新時期下培養創新型人才的教學目標，提出“電機及其調速系統”課程群系統化、一體化、連續化教學理論與模式，從宏觀角度明確“電機及其調速系統”課程群各課程的內在聯系，培養學生的創新思維以及發現問題、提出問題、解決問題的科研能力。

關鍵詞：創新人才;課程群;科研能力

中圖分類號：G642.41? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）52-0180-02

針對電氣工程學科方向電機領域新技術的發展以及新時期下培養創新型人才的教學目標，本文提出研究基于創新能力拓展的“電機及其調速系統”課程群（《電機學》、《功率電子學》、《現代電機調速技術》、《電氣工程與自動化軟件實訓》、《特種電機》和《電機控制元件》）的體系化教學。

一、教學主要目標和重點

1.提出“電機及其調速系統”課程群系統化、一體化、連續化教學理論與模式，從宏觀角度明確“電機及其調速系統”課程群各課程的內在聯系，培養學生的創新思維以及發現問題、提出問題、解決問題的科研能力，包括《電機學》、《功率電子學》——建立和增強學生對電力電子與電力傳動學科的感性認識;《特種電機》和《電機控制元件》——鞏固已有基礎知識;《現代電機調速技術》、《電力拖動》——提高其理論分析能力[1];《電氣工程與自動化軟件實訓》——夯實基礎，提高實際動手能力和解決實際問題的能力;《電機工程實訓平臺》——結合在研基礎研究項目和自己的研究興趣，安排相關課題：具有一定的前沿性（重要的理論意義和實際應用前景）;具有一定的探索性;具有一定的系統性;有利于發揮學生的創造力。

2.在“1.”）的基礎上，讓學生在掌握具體創新實例的基礎上，通過仿真軟件進行原理實現，再進行初步的實驗驗證，在培養學生動手能力的同時，加深對創新思維“類比、融合、提高”分析方法的感性認識。

解決的主要問題如下：（1）解決“專業課”、“實訓課”、“創新實踐課”、“專業選修課”、“創新實踐平臺”之間的脫鉤問題，切實提高教師的系統化教學能力[2]。例如，學生在“專業課”中學習了“交流電機調速技術”，但不知其物理本質;學生在“創新實踐課”了解了“矢量控制”的創新思路，但不知如何實現，沒有感性認識;學生在“實訓課”中學會了Matlab軟件，但只會課上例程，雖學會改軟件卻一直無主動使用的機會。本項目提出的“電力電子”與“電機控制”創新思維的“類比、融合、提高”分析方法與工程實踐，就是讓學生在了解物理本質和創新思路的前提下，帶著好奇心和求知欲，利用軟件搭建系統的數學模型和電氣模型，做到對軟件的靈活掌握和使用，并為系統實現做好準備，最后進行實驗驗證，有效地解決“專業課”、“實訓課”、“創新實踐課”等的脫鉤問題，完成本科生到研究生的過渡。（2）解決學生在科技創新中既會“得魚”又會“漁”的問題。例如，電氣工程專業的本科生在學習了一定的專業課程和參加了一些科技創新活動后，對于“電力電子”領域的“功率校正技術”和“電機控制”領域的“矢量控制技術”有了初步的理解和掌握，但未能掌握其創新本質和內在聯系，通過對學生講解兩者的相同創新本質——“用最小的損耗產生最大的能量或者功率并同時使得能量或者功率的脈動最小”，進一步將該本質簡化成一張圖、一個公式，讓學生了解共性的創新本質，可以為將來的科研創新和創造打下堅實的基礎。

二、任務完成情況、主要改革成果和實踐效果

要系統地建立“專業課”、“實訓課”、“創新實踐課”、“專業選修課”、“創新實踐平臺”之間的綜合教學設計理念和聯系式教學方法，切實提高教師的系統化教學能力[3]。

學生明白“專業課”、“實訓課”、“創新實踐課”、“專業選修課”、“創新實踐平臺”之間的內在聯系和邏輯關系，可以合理地設計課程體系，選課和學習有的放矢，學習興趣大大提高。以每門課為“點”，經過教師的系統化教學，學生會將課程群聯系成“線”，提升為“面”，融合成“體”，對學科前沿有深入的了解，并提出自己的科研創新和創造[4]。

以“新能源汽車電氣系統”為例，其課程群體系化教學具體方案如下：

學生學習了《電機學》、《功率電子學》專業課，對電力電子與電力傳動學科有了一定的感性認識;教師會在《電氣工程與自動化軟件實訓》中給出兩個典型的仿真實例——“電機磁鏈積分”和“Buck變換器閉環控制”，讓學生利用相關軟件仿真實現《電機學》中的電機磁鏈的辨識以及《功率電子學》中的變換器電壓收斂、變換器電流的閉環。

接著，仿真實現以后，學生會直覺地考慮到具體的電機驅動系統要實現“電機磁鏈積分”和“變換器閉環控制”的硬件實現，這時教師會在《特種電機》和《電機控制元件》課程中具體講解特種電機的原理和電機控制元件，鞏固已有基礎知識。

然后，具體電機控制元件控制不同類型電機采用什么算法，在《現代電機調速技術》、《電力拖動》中詳細講解，學生這時會明白：（1）《電氣工程與自動化軟件實訓》中的“電機磁鏈積分”是《現代電機調速技術》矢量控制算法反饋環節中的必要環節;（2）《電氣工程與自動化軟件實訓》中的“Buck變換器閉環控制”是《現代電機調速技術》矢量控制算法電流閉環環節中的簡化。此時，學生會有一種“如釋重負”的感覺，半年前學習的仿真知識在這里用上了，提高了理論分析能力。

之后，利用《現代電機調速技術》實驗平臺讓學生接觸實物，編程實現《現代電機調速技術》矢量控制算法和直接轉矩控制算法，提高學生的實際動手能力和解決實際問題的能力，并對理論教學內容進行反思。至此，學生本質上已經掌握了一個小型的“新能源汽車電驅動系統”的編程和調試，有了一定的成就感和更強的求知欲。

三、展望

如前所述，在將“電機及其調速系統”課程群體系化教學進行推廣和孵化，建立“風力發電系統”、“航空電力系統”等課程群體系化教學這一橫向舉措之后，縱向上進行拔高、歸納和總結，建立大課程群、大交叉學科的體系化教學，如“電氣與自動化”課程群體系化教學、“電氣與電子”課程群體系化教學、“電氣與力學”課程群體系化教學。

參考文獻：

[1]郝雯娟，陳傳德.對"現代調速技術"課程改革的幾點思考[J].電氣電子教學學報，2010，32（1）：34-36.

[2]郝雯娟，任嚴煒.大學生創新課程實例—智能小車平臺實現[J].電氣電子教學學報，2018，40（1）：129-133.

[3]胡瑞，許春霞.機械工程專業實踐教學引入任務驅動模式研究[J].教育教學論壇，2018，374（32）：51-52.

[4]朱海霞，王恒，張卉，等.以學科競賽驅動獨立學院應用型人才培養[J].教育教學論壇，2018，（38）：48-49.