基于創新能力培養的“電機與電氣控制”課堂教學設計與實踐

楊振宇，姜無疾

（中山職業技術學院，廣東 中山528400)

0 引言

“電機與電氣控制”是一門實踐性非常強的專業基礎課，培養學生能夠面對并適應各種電氣控制系統環境，完成對電氣控制系統的安裝接線和運行調試，并能熟練分析和排查線路故障，解決實際問題的能力。

近年來，隨著我國產業結構調整和企業轉型升級不斷推進，企業對電氣技術類技能人才的要求越來越高，對會安裝調試、會排查故障、能解決實際問題的高素質技能型人才的需求越來越急迫。企業越來越需要具有扎實基本技能，具有較強動手能力和適應能力，并富有創新精神的人。目前，我國多數高職院校在學生創新精神和創新能力的培養方面，是一個明顯的薄弱環節。學生對控制電路的理解與掌握程度[1]，直接決定了就業后的工作能力，而高職院校的大多數學生，在“電機與電氣控制”課程的學習過程中，普遍習慣于按照老師給出電氣圖紙進行安裝與接線，既不能獨立完成圖紙，不能主動分析問題，更不能主動解決問題。究其原因有：（1）學生的學習興趣和學習欲望不夠濃厚，學習積極性不夠強烈，學習能力不足：（2）受制于傳統的教育觀念、陳舊的教學內容、落后的教學方法。

針對以上問題，以“電機與電氣控制”課程的教學實踐體驗為基礎，通過“設計型”項目任務，采用項目化教學的方法，以學生為中心，營造寬松的教學實施環境，發揮學生的主觀能動性[2]，以解決問題和完成項目任務為目標，培養學生創新意識和創新能力，該改革也取得了良好的教學效果。

1 項目化教學方案的設計

1.1 “設計型”項目化教學任務的提出

使用時間繼電器的順序控制線路是“電機與電氣控制”課程的一個重要教學內容。為培養學生創新意識和創新能力，加強學生對電氣控制線路學習的主動性，在順序控制的教學環節，以培養職業能力和職業素質為主線[3]，強化學生的工程意識為目標，設計了“自動包裝機順序控制線路的設計、安裝與調試”的項目情境。兩個電機順序控制的教學項目“包裝機”示意如圖1所示。

圖1 基于順序控制的包裝機示意圖

1.2 項目化教學方案的設計

“包裝機”項目情境中，設置任務1和任務2兩個由易到難的項目任務，見表1。其中，任務1是在基本順序控制電路基礎上增加了時間順序控制功能，任務1的教學目的主要是通過知識學習，讓學生初步嘗試自行設計電氣控制線路，并總結經驗方法，查缺補漏，歸納電氣控制線路的設計原則。任務2增加了設計難度，設計中可能需要應用2～3個時間繼電器或增加中間繼電器，以實現兩個電機的交替延時啟停并循環往復運轉，對學生的創新能力提出了挑戰。

表1 項目任務設計與教學目標意圖

2 在項目化教學中培養學生創新能力

提出“設計型”項目任務后，如何圍繞“項目任務”的解決，組織開展和實施項目化教學，不僅決定了能否有效的培養學生的創新能力，更決定了教學的質量和效果。

為實現“以學生為中心”，引導學生解決項目問題，完成項目任務，依次采用了翻轉課堂、方法總結、小組討論、方案審核、組織實施、項目評價等過程，最后在課后進行資料整理和知識拓展，如圖2所示。

圖2 項目化教學的組織實施過程

2.1 通過“知識總結”和“方法歸納”，培養學生創新思維

在項目任務1教學實施中，首先通過翻轉課堂，學生在課前通過線上學習，完成了對課本上三種基本順序控制線路的學習，并以此為知識基礎和設計經驗，以小組為單位，各自初步完成了針對項目任務1的電氣控制線路的設計方案（表2），繪制了電氣原理圖，學生非常期待老師在課中評定自己的設計是否可行，更希望自己的方案能實施。

表2 從“知識總結”到“方法歸納”

翻轉課堂后，課中老師首先了解學生課前學習情況，查看學生所繪制的電氣原理圖，了解學生在課前對項目任務的設計進度和完成情況，然后對順序控制的知識點進行總結，并通過知識總結，歸納出順序控制線路的設計方法。

學生按照老師總結歸納的方法，課堂上進行重新討論、修改、完善各自小組的設計方案和電氣控制線路原理圖，通過這個環節，給予學生一種可以參考的設計方法，引導和培養學生的創新思維能力。

2.2 通過“小組討論”和“問題引導”，培養學生創新意識

在學生完成設計方案，繪制電氣原理圖的關鍵環節，老師要始終堅持以學生為中心，把握住以“學生小組討論”“老師引導解決問題”為核心的教學手段。讓學生通過自己分析問題，并通過小組討論解決存在的一般設計問題，為學生的設計過程不斷向前深入鋪平道路。

學生在電氣線路設計中出現了各種各樣的問題，普遍存在的問題主要有2種：（1）根本性的設計問題（2）關于圖紙問題。比如控制線路中器件順序混亂；無自鎖，工作不可靠；公共點線路重復，線路不精簡；圖形符號不準確等。

老師對這些普遍問題進行總結，并借機適時地提出了電氣控制線路設計的基本原則，見表3。

表3 從“主要問題”到“提出原則”

教師在這個過程中，不斷巡回查看各小組對方案的設計和討論情況，并參與其中，對學生進行有效引導，并幫助學生分析問題，解決問題，把教學過程變成師生交流思想的雙邊活動過程[4]。

2.3 通過設計方案的不斷優化完善，培養學生精益求精的品質

學生以小組為單位，一起討論，查詢資料，最終合作完成了項目任務的設計，繪制完成了電氣控制線路圖，但學生作為沒有經驗的初學者，即使設計完成的控制線路能實現控制任務，但仍然存在著諸如線路復雜、累贅、運行不可靠等問題，這時老師要繼續不斷地參與到學生小組中，提出存在的問題，并鼓勵學生向更加精簡、更加優化的方向不斷對設計方案進行改進，學生在老師的引導下通過不斷地試錯和創新，不斷地修改和開拓思路，最終得到最簡單、最合理、最優化的控制線路。在這個過程中，學生的創新熱情和學習興趣被極大地調動，非常有利于培養學生精益求精的學習品質，培養學生持之以恒、不斷改進的工匠精神。

2.4 通過項目實施和評價，培養學生的創新精神

學生解決了所有存在的設計線路問題，確立了最優化的設計方案，并繪制完成了最終的電氣原理圖后，就可以開始進入項目安裝接線和調試階段，學生在之前的項目訓練中，已經積累了足夠的實操技能，對操作規范和工作要求也了然于心，因此老師只需要嚴格要求學生規范操作，并對工作過程進行嚴格的過程考核。項目完成后的匯報答辯和評價，是培養學生創新能力的重要一環。各個項目小組的學生都要登臺匯報，講解自己的設計過程，分享自己的設計經驗和不足，并提出存在的問題，學生興致濃厚的對別人的設計方案和實施結果進行評價，并學習好的設計方法，獲得別人的經驗教訓，這個過程開拓了學生的創新思維，激發了學生的創新精神。

3 結語

基于在課堂教學過程中培養學生創新能力，研究了以“設計型”任務項目教學法為主體的教學方式方法改革，通過翻轉課堂，小組討論，方案的設計優化，項目實施與匯報評價培養學生創新意識、創新思維、創新能力。在教學設計中，如何設計富有挑戰性的，難易適中的，能激發學生興趣的項目尤為重要，在項目教學實施過程中，以學生為中心，學生以小組為單位對設計方案進行不斷地優化、修改和完善，把創新能力的培養落到實處，并有效地激發了學生的積極性和解決問題的意識和熱情，取得了較好的效果。