新工科背景下案例教學設計與實踐

張紹全 劉興茂 鄧昌建

[摘 要] 相對于傳統的工科人才，新興產業和新經濟需要的是實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才。成功的案例教學能把創新思維與工程意識滲透到教學的每一個環節，提高學生的過程參與度，激發學生的學習興趣。案例選取與設計的原則是以產業需求為導向，注重本專業學科交叉融合。近兩年案例教學實施結果顯示，這種教學方式取得了較好的效果。

[關鍵詞] 新工科;案例教學;調查問卷

相對于傳統的工科人才，新工科建設以產業需求為導向，注重學科交叉融合，注重實踐能力與創新能力，目標是培養具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才。傳統的教學模式以教師講授為主，顯然已不能滿足新工科的要求。而成功的案例教學能把創新思維與工程意識滲透到教學的每一個環節，提高學生的過程參與度，激發學生的學習興趣。

一、案例選取與設計

電力拖動基礎是電氣工程及其自動化專業的一門重要學科基礎課、專業必修課。本課程系統地闡述主要類型電機的工作原理、基本結構、基本電磁關系、運行特性及運動控制等。案例選取與設計的原則是以產業需求為導向，注重本專業學科交叉融合。因此，在本課程案例選取與設計初期，教師應先分析本專業畢業生就業后主要從事的工作，結合本專業人才培養方案，清晰梳理本課程培養目標，包括先修課程在本課程中應用、本課程在后續課程的應用、本專業畢業生應用本課程相關知識點的情況等。梳理好本課程的培養目標后，課程內容按照幾個大的知識模塊將培養目標進行分解，依據各模塊教學內容來選取與設計案例，實現分解后的階段培養目標。案例選取與設計流程如圖1所示。

直流電機是本課程講授的第一種類型的電機，學生既沒有理論基礎知識也沒有工程概念，需要快速地讓學生建立起電機的工作模型基本概念。直流電機案例中，講授直流電機結構與工作原理時，選取直流電機制作過程的視頻方便學生理解電機結構;講授直流電機繞組展開圖時，以電機設計工程師視角，介紹電機制造工程中的繞組浸漆工藝。

關于變壓器的基本工作原理比較簡單且在先修課程電路分析中已經學習，這部分內容重點宜放在變壓器應用的相關理論。工程應用選取了油浸式電力變壓器安裝作為案例。

交流電機應用廣泛，經過直流電機和變壓器的學習學生也對電機有一定的理論基礎，這時更宜注重電機設計、制造以及控制的理論與應用。分析計算交流電機繞組展開圖理論時，結合電機工程師對于交流電機每極每相槽數的快速標記方法，方便學生比較應用理論知識，更好地理解與掌握。

步進電機是應用最廣泛的特種電機之一，控制步進電機所需的理論知識在先修課程模擬電子技術和數字電子技術中已學習，因此這部分的案例選擇電腦繡花機控制和數控機床控制，通過這兩個案例回顧應用先修理論知識。多課程的交叉融合讓學生理解專業課程群是一個完整的知識體系，打破了課程間的壁壘。

二、案例教學方法設計

案例教學與常規教學最大的區別在于案例教學以實際工程或部分工程為研究對象，將學生身份轉換為工程師身份，模擬解決實際問題。這種教學方式下，學生不同于常規講授法下的被動接受式學習，需要帶著問題綜合運用已有知識進行思考創新，進入深層次主動探究式學習。在案例教學實施過程中，教師的教學方法非常重要。教學方法應能很好地提高學生的學習興趣，培養學生的創新能力與工程思維。

討論法：這種教學方法應用廣泛，在理論分析與案例教學中均可以使用。比如，在觀看完直流電機制作過程視頻后，可以引導學生討論定子、轉子硅鋼片的異同，討論電機繞組人工制作與機器制作的優缺點，討論電機組裝順序等。這種教學方式可以活躍課堂氣氛，開拓學生思維。

翻轉課堂：步進電機控制的基本理論知識學生已經學習過，教師從電腦繡花機需要控制步進電機哪些參數開始引導學生思考，讓學生來講述如何實現脈沖控制，如何實現功率放大。再從電腦繡花機的二維控制過渡到數控機床的三維控制，結合學生金工實習操作，當實際輸出與目標有偏差時，引導學生思考閉環控制方法。多門課程的交叉融合，讓學生真實體驗綜合運用理論知識來解決實際工程問題。

團隊學習：將需要解決的工程問題分為若干個小問題，將學生對應地分成若干團隊，每個團隊共同解決其中一個小問題，然后每個團隊依次上臺向其他同學講解他們所解決的小問題。這些團隊的小問題整合起來就能解決工程問題。這種教學方式能很好地鍛煉學生團隊合作能力和交流溝通能力，不過需要占用較多的時間，采用這種教學方法宜先規劃。

四、案例教學實施效果分析

筆者實施案例教學已有兩年，在2018—2019學期針對本校2017級電氣工程及其自動化專業學生關于電力拖動基礎的調查問卷中，專門針對這幾個模塊的案例教學學習效果進行了調查，調查結果表明，案例教學很受學生歡迎。

五、結語

新工科是對于傳統工科專業的升級改造，相對于傳統的工科人才，新興產業和新經濟需要的是實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才。面對這種更加嚴苛的國際新形勢，傳統的填鴨式教學已不能滿足人才培養的要求。設計與選取合適的工程案例并結合適當的教學方法，才能讓學生們主動起來，激發自己的學習興趣，取得良好的人才培養效果。

參考文獻

[1]鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（3）：7-12.

[2]李志鴻.地方本科高校“新工科”建設的四個基本問題[J].黑龍江高教研究，2018（12）：40-43.