電機與拖動課程五位一體教學改革與實踐*
——以嘉應學院自動化專業為例

林厚健 王小增 黃杰賢

嘉應學院物理與電子工程學院 廣東梅州 514015

1 課程教學改革背景

2018 年9 月17 日，教育部辦公廳印發了《教育部、工業和信息化部、中國工程院關于加快建設發展新工科實施卓越工程師教育培養計劃2.0 的意見》（教高〔2018〕3 號），指明以新工科建設為重要抓手，持續深化工程教育改革，加快培養適應和引領新一輪科技革命和產業變革的卓越工程科技人才，打造世界工程創新中心和人才高地，提升國家硬實力和國際競爭力。新興學科不斷涌現，學科交叉融合加速的新工科時代背景下，深入開展新工科教學研究與實踐，創新工程教育教學組織模式，強化工科教師工程實踐能力，培養新型工科學生是我國工程教育改革的方向，是高校和科研院所加快培養未來重點領域緊缺人才、主動布局面向未來技術和產業的重要舉措。

電機與拖動課程作為工科背景濃厚的自動化專業的一門專業基礎課，其教學實踐對工科學科建設的優化再造和內容升級以及高校自動化專業學生的培養目標、培養模式、培養內容的探索至關重要，電機與拖動課程的教學要求學生掌握常用交直流電機、變壓器的工作原理、基本結構及其電力拖動運行性能等知識，課程教學注重訓練學生的創新思維意識和工程實踐能力，注重培養學生提出、分析、解決實際工程問題的能力。該課程的教學可為學生將來從事自動化工程技術工作和科學研究奠定理論基礎，在自動化專業課程體系中具有舉足輕重的地位[1]。因此，新工科時代背景下提升電機與拖動課程教學質量成為高校自動化專業教師首要解決的問題。

1.1 學情分析

電機與拖動課程是電氣工程及自動化等傳統工科專業的一門專業基礎課，課程內容涵蓋交直流電機本體及電力拖動部分[2]。課程知識點涉及機、電、磁、力、熱等多學科知識，是廣大師生公認難教難學的課程[3]。其先修課程包括電路、模擬電子技術、工程數學、自動控制原理等，是后續運動控制、電氣傳動等課程的理論基礎。根據嘉應學院自動化專業學生本門課程學習情況的調研結果，學生普遍反映該課程不好學，學生對抽象理論的推導感到晦澀難懂，實踐不深入，難以學以致用，考試一頭霧水成為常態。

1.2 存在問題

導致上述結果的原因有學生層面的，有教師層面的，也有人才培養方案更新不及時和教學軟硬件資源方面不足等。通過查閱電機與拖動課程教學實踐相關文獻，縱觀嘉應學院現行自動化專業人才培養方案及課程教學大綱和實驗設備等課程教學資源，對在學學生進行層次抽樣問卷調查和當面訪談，發現當前電機與拖動課程教學存在以下問題：

1）授課形式單一，傳統授課主要以課堂PPT授課、實驗授課、課后作業和期末考試為主，學生缺乏直觀認識電機結構與理解電機原理的機會，導致理論學習與工程應用的脫節[4-5]；

2）課程思政元素的缺失導致學生學習興趣低，學生對電機與拖動課程的地位和作用認識不足，對該課程的核心知識在國民經濟中的廣泛應用理解不深刻；

3）學生面對晦澀難懂的公式推導表現出畏難情緒，特別是先修課程學的較差的學生，學習本課程的積極性不高[6]；

4）高校教學實驗設備陳舊、課程理論內容過多導致實驗課時壓縮，在實驗課時內學生難以完成全部實驗，難以通過實驗過程深入理解理論知識。

2 教學改革目標與設計思路

針對以上電機與拖動課程教學中存在的問題，在認真研讀新工科背景下卓越工程師教育培養計劃2.0 的意見的前提下，秉承高校立德樹人的根本任務[7]，對自動化專業學生開展電機與拖動課程“五位一體”混合式教學改革與實踐。

2.1 教學改革目標

根據電機與拖動課程工科屬性強的特點，課程教學確定了以知識探究、能力培養、課程思政（素質）三位一體協同育人的教學目標。知識探究旨在教學過程中對課程內容中交直流電機、變壓器等基本工作原理、基本結構及交直流電機的電力拖動運行性能等核心知識點進行重點教學，使學生能夠運用電機及其拖動技術解決實際工程問題；能力培養旨在通過課程教學訓練學生分析、解決問題的創新思維意識和工程實踐能力，通過小組合作開展實驗提高學生的團隊協作、表達與溝通能力，增強學生解決復雜工程問題的能力；課程思政是在教學過程中有形無形地融入價值觀、方法論等元素，培養學生的愛國奉獻精神并飽含社會責任感的大國工匠素養。

2.2 教學設計思路

考慮本科三年級學生學習方式趨于穩定、具有一定批判精神的特點，結合電機與拖動課程教學內容繁多、章節知識點緊密聯系的特點，根據前述確定的教學改革目標，教學設計思路按照課前、課中、課后進行規劃，如圖1 所示。課前利用學習通教學平臺進行課程教學資源開發，包括問卷調查、視頻資源（課程思政元素融入）、預習通知、作業發布（待對應章節知識授課完成后發放）四個環節；課中由課堂講解、翻轉課堂、學生討論總結、教師點評四個環節組成；課后由知識回顧、作業批改、答疑互動、團隊互評、學生評價反饋、課程滾動改進六個環節組成。

圖1 教學設計思路

以三相感應電動機的工作原理這一小節教學內容為例進行說明。課前發布關于學生對三相感應電動機這一節教學內容教學期待的調查問卷，學習通平臺同步發布三相感應電動機在國民經濟中廣泛應用的實例視頻，該視頻的震撼將激起學生學習課程知識的自豪感，讓學生樹立“強國有我、砥礪奮進、錘煉品德、擔當時代責任”的遠大理想。同時發布預習通知要求學生提前觀看課程資源，提醒學生認真觀看，課中將進行預習情況抽檢。

課中首先引導學生明確本節內容的教學目標及重點難點，提醒學生回顧直流電機的工作原理，讓學生思考即將學習的三相感應電動機基本原理和已經學習的直流電機的基本原理的異同點，然后通過動畫演示及原理講解開展三相感應電動機基本原理內容的教學，包括理論知識講解及對應理論知識的例題講解。接著由學生進行分組討論及總結，明確本節知識點講解前學生的猜想哪些是對的，哪些是需要更正或完善的，最后由教師點評學生的討論結果，同時聽取學生對教師點評的反饋意見。

課后由學生自主回顧本節知識點思維導圖、學生提交作業后教師及時批改、部分章節作業由學生進行互評，學生作業提交后可隨時進行線上提問，教師每周定時答復學生疑問，利用線上平臺隨時隨地進行答疑討論，該章節內容完成后學生進行教學評價反饋，教師根據學生反饋情況開展滾動優化備課，在后續章節授課中及時調整教學策略，實現本門課程教學的在線持續滾動改進。圖2 為學習通平臺課堂討論及隨堂練習情況。

圖2 電機與拖動課程學習通平臺課堂討論及隨堂練習情況

3 教改特色與創新

以上教學設計思路及教學實施方案是課程教學的一部分，在包括實驗教學的整個課程教學過程中，筆者有機開展了課程思政融入、理論基礎夯實、工程實踐訓練、教學科研融合、學科競賽創新“五位一體”的教學實踐。

“五位一體”的教學實踐即：在課程的每一個章節融入課程思政元素，目的是勉勵學生努力學習課程知識，學好專業知識，練就過硬本領，為中華民族偉大復興貢獻自己的青春力量；通過每一章節課程內容的課前、課中、課后教學實踐，學生能夠夯實理論基礎；實驗課程內容的教學以及安排學生到企業見習能夠讓學生的工程實踐能力得到訓練；授課過程中與學生分享教師科研項目中所用到的本課程知識可使學生明白科教共生的道理；通過指導學生參加“中國互聯網+大學生創新創業大賽”、國家級、省級大學生電子設計競賽、“挑戰杯”“攀登計劃”等大學生科技競賽項目，實現學科競賽促進學生創新思維意識和工程實踐能力的提升。以上“五位一體”的教學改革實踐可以歸納為以德筑教、以識筑學、以踐促練、教研協同、以競促創五大特色。

4 教學效果評估

教學效果評估不能局限于傳統的紙質作業及期末考試成績，自2020 年新冠肺炎疫情以來，線上+線下混合式教學成為全國各大高校普遍采用的教學新形態，本文所提教改實踐評估除了采用平時作業和傳統期末試卷成績以外，也關注過程性考核（含實踐技能測評）。為了更好地驗證教改實踐的效果，本課程的教學效果評估主要通過學習通平臺課程學習數據、期末考試成績、科技競賽（學生參加科技競賽或申報項目）、學生評教四個方面呈現。圖3為學習通平臺2019 級自動化專業學生的學習數據（綜合成績前10 名）。

圖3 2019 級自動化專業班級電機與拖動課程學生學習數據

如圖3 所示，表格中章節學習次數所在列數據為教師上傳的視頻、課件等教學資源學生的學習情況；課堂互動所在列統計了學生課堂討論次數、隨堂測驗成績等數據；線下（30%）所在列數據即為學生實踐技能測評得分，是學生課內實驗、實驗報告、見習表現三環節綜合評定的結果。圖3 學習數據呈現的是綜合成績總分前10 名的學生，據統計，授課班級學生過程性考核綜合成績平均分達到90.7 分，相比教學改革前的75.6 分提高了近15 分。

作為衡量學生學習效果的傳統方式之一，期末考試成績在一定程度上反映了課程教學質量，筆者統計了電機與拖動課程學生期末考試成績。近兩年來，自動化專業學生的電機與拖動課程期末考試班級平均分提高約10 分，考試成績不及格率（卷面60 分及以下）從10%降低至2%左右，優秀率（卷面90 分及以上）從3%提升到11%。隨著教改實踐的持續滾動改進，學生學習本課程的積極性不斷提高，更多學生深度參與了教與學的環節，期末考試成績的提升也驗證了本次教改實踐取得較大實效。

作為課程教學的增色項目，筆者在授課過程中巧妙分享各類大學生科技競賽項目，號召學生積極參與學科相關科技競賽，引導學生學以致用、以賽促創。筆者在教學之余會指導自動化專業學生參加各類大學生科技競賽項目，并取得了一定成績，例如：學生參加第十六屆“挑戰杯”廣東大學生課外學術科技作品競賽獲得省級二等獎、學生參加廣東省大學生電子設計競賽獲得省級一等獎。同時，筆者2020 年指導學生申報“攀登計劃”廣東省科技創新戰略專項資金項目獲得重點項目立項、2022年指導學生申報“大學生創新創業訓練計劃”項目獲得國家級立項，此外，也有一些其他省級、校級項目立項或獲獎。

教學質量評估中非常重要的一項就是學生評教，學生作為教學對象的第一受眾，其評教結果一定程度上體現了課程教學質量。根據筆者所在學校教務系統評教數據，學生對電機與拖動課程任課教師的評分為90.35 分（總分為92 分），圖4 所示內容為教務系統上學生主觀評語的截圖，從評教得分和學生評語來看，電機與拖動課程的教學得到了大部分學生比較認可的評價。此外，筆者自開展課程教學工作以來，連續三年課堂教學質量被評為優秀（占授課教師參評人數的30%）。

圖4 教務系統上學生對任課教師的授課評價

5 結束語

綜上所述，新工科時代背景下，作為傳統工科自動化專業非常重要的專業基礎課電機與拖動的教學亟待進行改革創新。筆者對“五位一體”的教學改革方案進行了兩屆學生的實踐。教學改革以知識探究、能力培養、課程思政為目標，教學設計思路貫穿課前、課中、課后三大環節，通過過程性考核（含實踐技能測評）、期末考試成績、科技競賽、學生評教四個模塊對所提教改實踐進行了評估，四個模塊的評估結果驗證了“五位一體”教改實踐的有效性，教改實踐中對電機與拖動課程核心知識點的精心選取、課程知識體系的優化、教學實施過程的滾動改進做了大量工作，目的是將講授課程知識向提升學生工程實踐能力轉化，同時培養學生勇于創新、甘于奉獻的大國工匠精神，為學生畢業后步入社會更好地應對新科技、新經濟、新產業發展需求固本強基。