基于工程教育認證背景下的電機學課程教學改革探索

敖偉智 謝輝

摘?要：在我國工程教育認證工作已經普遍開展起來的背景下，結合本校教研條件，設定《電機學》課程目標，通過對教學內容、教學方法、考核機制、持續(xù)改進等多方面、分層次的課程體系改革研究，使學生在擴大知識面、創(chuàng)新能力和動手實踐能力方面得到提高，從而達到電氣工程類教育認證標準的要求，并在實踐中取得初步效果。

關鍵詞：工程教育認證;電機學;課程體系改革

目前，工程教育專業(yè)認證工作已經在我國高校開始實施，其核心理念是以學生為中心，基于學習產出的模式，依據學生畢業(yè)達成要求逆向設計并評價其培養(yǎng)目標、教學設計、教學管理等一系列教育活動。我校電氣工程及其自動化專業(yè)（以下簡稱“本專業(yè)”）正在適時地進行專業(yè)認證準備工作，重點放在結合新標準的要求，展開對電氣工程領域復雜工程問題的認識和思考，就本專業(yè)相關教學環(huán)節(jié)進行梳理和改進，以達到新標準考核點的要求。本文以《電機學》課程教學為例，研究如何面向工程教育專業(yè)認證改革課程教學模式，以更好地提升學生專業(yè)水平能力和專業(yè)能力，并形成持續(xù)改進機制。

一、設定畢業(yè)要求指標點，改革課程目標及內容

電機學是本專業(yè)非常重要的專業(yè)基礎課程，是聯(lián)系前期基礎課程和后續(xù)專業(yè)課程的橋梁。考慮到本校本專業(yè)的畢業(yè)生大多進入了電力系統(tǒng)就業(yè)，因此根據電力相關行業(yè)對人才所需知識能力的要求，有必要重新構建電機學課程體系，以擴大知識面、提高創(chuàng)新能力和動手實踐能力為目標，并按照中國工程教育認證電氣工程類專業(yè)標準，形成電機學課程對應本專業(yè)畢業(yè)主要指標點支撐如下：（1）掌握電氣工程專業(yè)基礎知識，能夠應用于解決復雜電氣工程問題。（2）能夠綜合應用學科基礎知識和工程科學的基本原理，分析電氣工程領域復雜工程問題，并獲得有效結論。（3）掌握現(xiàn)代電氣工程的開發(fā)和仿真工具、工程制圖工具和信息技術工具，能夠綜合運用相關工具實現(xiàn)對復雜電氣工程問題的模擬。在此基礎上對課程內容做適當精簡及調整，加上仿真軟件學習部分，形成新的課程目標及內容。

二、教學方法改革

近年來在電機學的教學方法上出現(xiàn)了許多新的探索，尤其是借助網絡技術及智能手機的發(fā)展，出現(xiàn)了如開放式教學模式、翻轉課堂、慕課在線課程[1]、項目教學法、基于CDIO理念的講授與任務驅動相結合的方法[2]、基于成果導向教育OBE的方法等[3]，但由于現(xiàn)在的大學生由于高考之前的學習壓力過大，進入大學后普遍出現(xiàn)自主自控能力較差，容易迷入網絡娛樂中，新的教學方式目前還無法完全替代傳統(tǒng)課堂教學。

因此基于工程教育認證要求、結合本校學生情況，如何將新的教學方法與傳統(tǒng)課堂教學相融合，形成新的教學模式是本文要探討的，改革方向主要一是課堂教學方式方法的改革，二是課外網絡輔助教學的建立。

（一）多種課堂教學方法的應用

將一些工程實際問題引入到啟發(fā)式教學中往往能讓學生更好的理解相關的一些基本原理及公式，也能將前面所涉及的知識點作很好的關聯(lián)，從而也激發(fā)了學習的興趣。如對變壓器變比公式的研究，在推導出變壓器的匝數變比公式后，可以向學生拋出問題：如果在滿足變比不變的條件下，是否可以減少繞組的匝數，從而減少銅材成本？由此引出變壓器的電勢公式，并根據等效電路原理得到變壓器鐵芯中的磁通大小主要由電源側電壓決定，當電壓不變時，減少匝數勢必會增大磁通，而增大磁通又會增大磁感應強度，聯(lián)系鐵芯損耗公式原理及平均磁化曲線特點，推論出鐵耗增大及飽和程度增加，從而導致電抗變小。學生通過以上啟發(fā)式引導，讓學生掌握了將變壓器結構、電磁場相關原理結合起來分析實際工程一些問題的方法。若上述問題反過來將繞組增加，則學生能自己推導出節(jié)能變壓器的結構特點，同時也讓學生能分析在變壓器實際運行中當電壓、頻率發(fā)生變化時對變壓器的影響，為后續(xù)專業(yè)課程的學習打下更好的基礎。

基于實際工程問題的任務導向法是指利用生產實際中的工程問題，圍繞電機學中的相關理論，對實際工程中的問題進行詳細的分析、解剖、總結，以小論文的形式達到提高學生學習積極性、解決問題和分析問題的能力。如在課堂講述了三相Yyn聯(lián)結的變壓器不對稱負荷時的中性點位移現(xiàn)象后，可以讓學生課后以小論文的形式對電網的中性點接地與不接地系統(tǒng)進行研究，加深理解中性點浮動的概念及對供電產生的影響。

多媒體輔助教學法，電機學課程的特點是理論和實踐性都很強，學生對電機結構的認識和磁場分布的想象往往很困難，學習上容易產生畏懼心理。隨著多媒體技術的普及，在傳統(tǒng)課堂教學中穿插播放一些短視頻和動畫，可以讓學生更好的理解和掌握一些具體或抽象的概念。如：電機繞組的繞制，只是通過圖片很難讓學生理解一些較復雜結構，這時通過播放一些電機制造視頻可以讓學生猶如現(xiàn)場觀看電機繞組及配件的組裝，從而對相關電勢公式的推導理解得更清楚。再如插入3D旋轉磁場動畫視頻，使得書本上的枯燥數學公式一下子變活了，學生對整個磁動勢的分析和計算不再感到難于理解，記憶也深刻了，提升了教學效果。

（二）課外網絡輔助教學的應用

隨著互聯(lián)網的發(fā)展，網絡教學成為一種新興的教育方式，線上教學甚至成為主要教學方式，網上也涌現(xiàn)出諸多的教學平臺供廣大教師選擇，如釘釘、雨課堂、對分易、QQ、微信等等;但從一段時間的實踐效果看，以線上教學代替線下的課堂教學實際效果并不好，一方面是受網絡平臺技術缺陷限制，另一方面也受學生的自我學習和自我管理能力限制，所以目前線上教學還不能完全替代線下課堂教學的方式，但網絡平臺可以成為課堂教學的一個有益補充：一是可以將一些相關的網絡資源與學生共享，甚至可以錄制一些微課視頻與學生共享，內容可以是課程重點、難點的講解，也可以是實驗、工程現(xiàn)場的演示，還可以是習題的講解。二是可以利用網絡平臺記錄考勤、布置批改作業(yè)、規(guī)定任務，甚至在線考試，改變了以往的傳統(tǒng)作業(yè)批改及考試方式，提高了效率。三是利用網絡平臺可以加強與學生的溝通交流，及時解決學生課下學習所遇到的問題。

三、實踐教學的改革

傳統(tǒng)電機實驗教學一般以驗證性實驗為主，且使用高度集成化的實驗設備，無法滿足工程教育專業(yè)認證在培養(yǎng)學生識別、分析及解決復雜電氣工程問題方面的要求，因此需對實踐教學進行以下兩個方面的改革。

（1）增加綜合性實驗。綜合性實驗是對學生能力提高的一種訓練，但其開設很大程度上取決于設備條件，在有限的設備條件下盡可能的開設出綜合性實驗也是值得研究的。如本校在目前實驗室條件下開設出“工作臺自動往返循環(huán)控制實驗”，要求學生自行設計并完成線路連接，掌握由電氣原理圖變換成安裝接線圖的方法，掌握行程控制中行程開關的作用、以及在機床電路中的應用，學會分析解決電機運行中出現(xiàn)的問題。

（2）增加數字仿真實驗。由于受實驗設備所限，傳統(tǒng)的實驗教學手段很難讓學生具有分析復雜工程問題及工程思維方式，更不用說創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，無法滿足工程教育專業(yè)認證對畢業(yè)要求的支撐。而短期內大量投入資金建設實驗室也不現(xiàn)實，此時采用MATLAB等仿真軟件開發(fā)電機學仿真實驗無疑是很好的補充。采用仿真軟件進行電機學實驗可以讓學生能主動地去探究實驗，設計出不同的解決方案，從而培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題、分析解決問題的能力。

四、改革考核機制，增加平時和實驗考核比重

傳統(tǒng)考核體制往往期末一考定乾坤，根本達不到工程教育目標要求，所以考核體制的改革勢在必行。考核機制的制定既要結合之前的教學方法改革，也要滿足可操作性。由于學校的登分系統(tǒng)是統(tǒng)一的，所以結合學校系統(tǒng)的特點，把電機學的課程成績分為期末成績和平時成績兩部分，各占50%比例，然后平時成績又包括了出勤、作業(yè)、小測驗、實驗等各部分，形成一個分層次的考核體系。利用網絡平臺效率得到很大提高，同時也實現(xiàn)了除實驗報告之外的無紙化記錄。

五、持續(xù)改進

持續(xù)改進的理念很重要，貫穿了整個工程教育專業(yè)認證過程，不但是對整個專業(yè)體系也是對每個課程的要求。具體到電機學課程，就是評價—反饋—改進的反復循環(huán)，具體來說可以在每章教學結束后進行一個小測驗，通過測驗結果反饋學生掌握情況;另外對于實驗教學，也可在實驗完成后選擇某個實驗對學生進行單獨測試，檢驗學生實驗原理及操作的掌握程度;過程中的反饋情況都計入學生的平時成績中，最后在期末測試中對教學目標達成度作一個量化計算，找出需改進的問題，在未來的教學中形成一個持續(xù)性的改進，達到不斷提高教學質量的目的。

六、結語

電機學課程具有較強理論性與工程性特點，是電氣工程類專業(yè)很重要的一門專業(yè)基礎課，在目前國內高校普遍開展工程教育專業(yè)認證的趨勢下，結合本校教研條件及學生就業(yè)特點，本文提出了在教學內容、方法手段、考核機制、持續(xù)改進等多方面的課程體系改革措施，并初步在實踐中實施，取得較好的效果。

參考文獻：

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基金項目：2017年貴州大學高等教育研究項目“工程教育認證培養(yǎng)計劃下的電機學課程教學改革研究”，（項目編號：702404173301）

作者簡介：敖偉智（1974—?），男，漢族，貴州貴陽人，碩士，講師，研究方向：電力系統(tǒng)及自動化。