國家一流專業背景下以學生為中心的線上線下混合式教學改革與實踐
——以“電機控制”課程為例

謝秋月，孫 靜，彭 磊

（湖南工程學院電氣與信息工程學院 湖南 湘潭 411104）

習近平總書記在黨的十九大報告中強調“加快一流大學和一流學科建設，實現高等教育內涵式發展”，這為我國高等教育的發展指明了方向[1]。隨著工業制造水平的不斷發展，對電氣工程及其自動化專業人才培養提出了新的要求，學生需具備較強實踐能力，又有一定與時俱進的創新能力。

2020年，湖南工程學院電氣工程及其自動化專業獲批國家一流專業，“電機控制”作為專業核心課程，為適應國家一流專業的發展需要，課程的進一步改革已成必然趨勢[2]。

1 “電機控制”課程存在的問題

“電機控制”課程涉及電機學、電機設計、電力電子技術、自動控制原理等知識，理論和實驗緊密結合，與電氣智能制造密切相關，是電氣工程、自動化等專業的必修課程。目前，在教學過程中發現如下問題：①教材中涉及電場、磁場、控制電路、機械應力之間換算的公式復雜，致使學生難以理解；②電機本體由定子、轉子、轉軸、機座以及軸承等零部件構成，多樣化的內部結構使得學生對電機繞組原理摸不透；③學校有限的實驗場地無法體現工程實際運用，學生無法直觀理解不同控制電路對電動機調速的影響；④電機磁場是虛無縹渺、看不見摸不著的物質，通過傳統教學方法無法讓學生理解電機磁路。⑤忽略學生從專業課程角度接受思想政治教育，正確的人生觀、價值觀、職業觀教育不夠突出[3]。

基于以上問題，要求我們在此門課程中加入信息化教學手段，實行線上線下混合式教學模式，讓學生的學習狀態由被動轉為主動，由教師單向灌輸知識變為學生線上自主學習，教師在課程授課中融入思政元素，幫助學生了解此門課程的重要性，培養學生的愛國情懷和工程實踐能力。

2 解決思路

本課程采用“線上資源信息利用→線上平臺預習→線下智慧課堂學習→電機結構虛擬仿真→電機電磁虛擬仿真”的“五步循環學習法”解決上述問題（見圖1），在此教學方法中，學生從電機研習社網站中獲取學習資源，登錄超星泛雅平臺線上預習，再回到智慧課堂線下理論學習，利用Keil軟件平臺編程實操，此方法實現了線上線下混合學習模式的探索，解決了電機控制系統實地操作困難的問題；在課中，學生利用軟件熟悉電動機結構模型，在Easimotor軟件平臺上進行電磁設計仿真，從而解決了電機結構、磁場難以理解以及電機或電機控制理論中換算公式復雜的難題，實現了理論與實際相結合，達到知行合一的目的。

圖1 五步循環學習法

3 “電機控制”線上線下混合式教學課程建設

3.1 課程目標

在課程教學中，教師不僅要培養學生勤于觀察、勤于思考和能用電機控制的思想和方法解決實際問題的能力，還需培養學生刻苦鉆研、潛心學習、研究，自主學習意識和持之以恒、勇于探索的科學家精神；更需培養學生在電機控制實踐中注重項目安全與可靠、節能降耗、保護環境等意識。

3.2 課程資源建設

經過兩年的課程資源建設，第一，建立了虛擬電磁設計仿真實驗室，實驗室中安裝有Easimotor 軟件和solidworks 軟件兩套，其中Easimotor軟件是一款電機有限元仿真分析工具，以設計、試驗、驗證、改進為持續提升手段，可對電機模型進行磁場、溫度、電場、結構應力等等有限元分析，軟件的使用可加強學生對電機控制理論知識的理解。第二，構建虛擬電機結構仿真，教師利用solidworks 軟件對電機結構中各個零部件仿真模擬并制作成動畫和視頻，學生可在此平臺上對電機零部件進行拆分和安裝，并了解所有電動機的結構，提升學生對電機實物的感性認識。第三，建設線上多媒體資源——電機研習社網站，電機研習社網站中包括最全面的電機理論知識和最熱門的行業信息，有培訓視頻118 個，PDF文件資料635 個，國家國際標準280個，大大方便了學生對課程理論知識點的查詢。第四，建設Keil 軟件平臺+課程線上平臺，在超星泛雅網絡學習平臺建立“電機控制”線上課程，手機學習通APP登錄線上平臺方便快捷，課堂討論環節增強了學生的興趣，線上作業情況和綜合成績分布圖能清楚了解學生的學習情況，另外通過Keil軟件平臺對電機控制程序進行匯編，可實現電動機前進、后退以及速度調節等功能。第五，打造智慧課堂線下學習模式，線下多媒體課件、微視頻展示讓學生對課本產生濃厚的興趣，而電機動畫效果充分展現電機的動態變化，能讓學生理解電機原理的本質。

3.3 課程多樣化的考核方式

“電機控制”課程的考核以學生能力培養為主要目的，以檢查學生對各知識點的掌握程度為重要內容，而傳統的考核方式以期末考試成績為主，導致考試結果沒有很好地體現學生的學習效果。改革后的學生綜合成績由線上和線下兩種考核方式構成，平時成績線上線下各占30%，期末考試以線下考試為主，占40%的比例（見表1），多樣化考核方式提高了學生自主學習能力和分析、解決問題的能力，而分組討論提升了學生的團隊合作能力，課程小論文的設置增強了學生的語言表達、應變能力。根據課程目標要求，在超星泛雅平臺設置了課前、課中、課后作業，建立了作業題庫、測驗題庫等。通過線上線下綜合測評考核，改變了學生以往在考試前突擊式死記硬背的學習態度，真正做到在每一堂課中掌握課本知識，并提高了學生學習效率。

表1 課程教學環節和成績構成

4 實施過程

本課程的實施過程是基于五步循環學習法在“電機控制”信息化教學中的應用（見圖2）。課前階段，教師發布學習任務，引導學生在線上平臺學習；而學生在電機研習社網站獲取信息資源，然后登錄超星泛雅線上平臺進行課程知識點預習，提出相關問題。課中階段，教師在智慧課堂上著重講解重點難點，將思政融入課堂，根據知識點設置工程案例，對電機結構、電磁虛擬仿真進行指導。學生分組討論問題，與校外專家互動，利用solidworks 軟件熟悉電機結構，再利用Easimotor 軟件電磁虛擬仿真初步入門。課后階段，教師總結知識點和分析仿真結果，學生復習鞏固已學知識點，進而進行知識拓展。如學生在課后階段有任何疑問，可再通過電機研習社資源網站繼續查詢相關信息，解決知識難點，加深對知識點的掌握，實現教與學的閉環控制。

圖2 五步循環學習法實施過程

5 “電機控制”課程改革實施成效

線上線下混合式教學模式的實施改變了“電機控制”這門課程單一的教學模式，經過兩年的課程建設，改善了教學效果，培養了學生的自我掌控能力。

多樣化考核成績方面：2020年教學改革前班級課程平時成績為82.5 分，期末成績為75.3 分，綜合成績平均分為79.62 分，而2021年教學改革實施后班級課程平時成績為88.2 分，期末成績為85.7 分，綜合成績平均分為87.2 分，各部分成績得到了較顯著提升（見圖3）。實施教學改革后，課程成績是通過課堂討論、課程任務、章節考核測驗和期末考試等線上線下多樣化的過程性考核體系評定的。因此，2021年的課程成績是學生掌握電機知識和能力的水平的綜合體現，課程成績大幅度提高，表明學生掌握課程知識和能力水平進步較大。

圖3 教學改革前后對比

學科競賽方面：通過“電機控制”線上線下混合式教學模式的實施，“訓賽結合,以賽促訓”，學生科技創新能力增強，課程加入了電機控制、自動小汽車等內容[4]。這一類題目集機械、電機、自控、傳感技術于一體，趣味性強，難度大，廣受學生的歡迎。特別是2021年的小車控制類題目“智能送藥小車”，難度很高，更大程度上激起了學生學習電機專業知識和控制技術的積極性，真正做到了以學生為主體，增強了學生的學習興趣，學生解決工程實際的能力增強，極好地推動了國家一流本科建設。

6 結論

在電氣工程及其自動化專業國家一流本科專業建設背景下，利用信息化的手段，通過課程資源建設，構建線上線下混合式教學模式。電機控制課程開展教學改革以來，學生學習興趣提高顯著，主動學習能力得到極大提升。思政教育和多樣化考核方式無痕融入課程教學全過程，教師的教學能力和學生的綜合成績得到了明顯提升，有效地支撐了電氣工程及其自動化專業國家一流本科專業的建設，為應用型工科院校的教育教學改革提供了有力的借鑒。