工程教育專業(yè)認(rèn)證下“電機(jī)與拖動(dòng)”課程工程案例教學(xué)實(shí)踐

［摘 要］ “電機(jī)與拖動(dòng)”是自動(dòng)化專業(yè)的核心課程，其具有很強(qiáng)的綜合性和實(shí)踐性。目前，傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)難以滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證要求，在課堂教學(xué)中引入一定的工程案例并加以實(shí)施，有助于理論聯(lián)系實(shí)際，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，達(dá)成課程教學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)。在介紹工程案例教學(xué)方法的基礎(chǔ)上，闡述了“電機(jī)與拖動(dòng)”課程工程案例教學(xué)的實(shí)施方案。教學(xué)實(shí)踐表明，在“電機(jī)與拖動(dòng)”課程教學(xué)中引入工程案例教學(xué)能夠有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，同時(shí)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際工程問題的能力具有重要意義。

［關(guān)鍵詞］ 工程教育專業(yè)認(rèn)證；電機(jī)與拖動(dòng)；工程案例教學(xué)

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2024）31-0169-04 ［收稿日期］ 2023-08-21

工程教育專業(yè)認(rèn)證是對(duì)高等學(xué)校工科專業(yè)實(shí)施的專門性認(rèn)證，是我國高等工程教育參與國際競(jìng)爭的重要基礎(chǔ)，自2006年10月，我國啟動(dòng)開展這項(xiàng)工作以來，對(duì)提高工程人才培養(yǎng)質(zhì)量發(fā)揮了重要作用［1］。為培養(yǎng)具有較強(qiáng)工程實(shí)踐能力的工程技術(shù)人才，工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)“畢業(yè)要求”中特別強(qiáng)調(diào)高校畢業(yè)生應(yīng)具備能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理進(jìn)行分析和解決復(fù)雜工程問題的能力。因此，為了達(dá)到這一培養(yǎng)目標(biāo)，要求在專業(yè)課程教學(xué)環(huán)節(jié)中需要體現(xiàn)復(fù)雜工程問題的具體性，專業(yè)教師要將實(shí)際工程中的問題引入到課堂教學(xué)中［2］。

“電機(jī)與拖動(dòng)”是自動(dòng)化專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，在自動(dòng)化專業(yè)課程體系中起著承上啟下的作用。該課程的特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、學(xué)科綜合性強(qiáng)、工程實(shí)踐性強(qiáng)。因?qū)W生缺乏相關(guān)背景知識(shí)及工程經(jīng)驗(yàn)，在課程教學(xué)中，普遍反映“電機(jī)與拖動(dòng)”是一門概念原理抽象、內(nèi)容公式繁多、理解消化困難的課程［3］。掌握“電機(jī)與拖動(dòng)”的基本原理和工程應(yīng)用，對(duì)于完善學(xué)生的專業(yè)知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)分析和解決實(shí)際復(fù)雜工程問題的能力具有重要作用［4］。在工程教育專業(yè)認(rèn)證的大背景下，仍然采用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行“電機(jī)與拖動(dòng)”課程教學(xué)已不能滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，為實(shí)現(xiàn)支撐專業(yè)認(rèn)證和培養(yǎng)工科學(xué)生的工程意識(shí)及綜合運(yùn)用學(xué)科知識(shí)解決復(fù)雜工程問題能力這一目標(biāo)，筆者對(duì)“電機(jī)與拖動(dòng)”這門工程實(shí)踐性較強(qiáng)的課程教學(xué)模式進(jìn)行了改革，探索了工程案例教學(xué)模式，取得了良好的教學(xué)效果。

一、工程案例教學(xué)的內(nèi)涵和開展案例教學(xué)的意義

（一）工程案例教學(xué)的內(nèi)涵

案例教學(xué)法由美國哈佛大學(xué)法學(xué)院前院長朗代爾于1870年首創(chuàng)，并運(yùn)用在法學(xué)教學(xué)領(lǐng)域中，1910年后又被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。案例教學(xué)是指教師根據(jù)教學(xué)大綱規(guī)定的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，將精選的案例作為基本教學(xué)材料，引導(dǎo)學(xué)生通過運(yùn)用所學(xué)的有關(guān)知識(shí)和理論對(duì)案例中的現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)查、思考、分析和討論，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在具體的實(shí)踐情境中認(rèn)真思考、主動(dòng)探索，培養(yǎng)其綜合運(yùn)用知識(shí)分析和解決實(shí)際問題的能力。案例教學(xué)是理論與實(shí)踐相結(jié)合的一種有效教學(xué)方法，在我國教育教學(xué)中的應(yīng)用相對(duì)較晚，還處于探索階段，特別是在工程教育方面的應(yīng)用尚處于初期階段［5］。

工程案例教學(xué)是案例教學(xué)在工程實(shí)踐性較強(qiáng)課程中的推廣和具體實(shí)施，是將發(fā)生于生活、自然、工程實(shí)踐等當(dāng)中的客觀事實(shí)，通過整理和歸納，以文字、數(shù)據(jù)、表格和視頻等方式進(jìn)行表現(xiàn)，形成可在課堂教學(xué)中進(jìn)行交流或探討的工程案例材料，教師通過這些案例向?qū)W生傳授知識(shí)，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生通過主動(dòng)思考、認(rèn)真分析來培育正確的工程觀念、良好的工作作風(fēng)、優(yōu)秀的溝通協(xié)調(diào)能力及團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題及以提升應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際工程問題能力為目標(biāo)的一種教學(xué)方法或教學(xué)過程［6-7］。工程案例教學(xué)法是推進(jìn)素質(zhì)教育培養(yǎng)高水平技術(shù)人才的重要教學(xué)方法。

（二）開展工程案例教學(xué)的意義

近些年來，高等教育質(zhì)量問題受到社會(huì)極大關(guān)注。大部分工科高等學(xué)校都在積極開展工程教育專業(yè)認(rèn)證、新工科建設(shè)等工作，以期培養(yǎng)出能適應(yīng)社會(huì)需求的高素質(zhì)人才。在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師居于主導(dǎo)地位，是主動(dòng)施教，學(xué)生處于被動(dòng)地位，是被動(dòng)參與。教師根據(jù)大綱要求和教學(xué)內(nèi)容從頭到尾對(duì)學(xué)生采用灌輸式傳授，難以適應(yīng)當(dāng)前高校工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)人才的培養(yǎng)目標(biāo)要求，沒有體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念。同時(shí)，目前大學(xué)課程都面臨以下共性問題。

1.課程學(xué)時(shí)不斷被壓縮，教師以滿堂灌方式完成教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生沒有獨(dú)立思考時(shí)間，使得學(xué)生能力得不到培養(yǎng)。

2.課程內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系不緊密、課程內(nèi)容陳舊、教學(xué)方法不新穎等，致使學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和求知欲下降。

3.考核方式單一，在一定程度上使得學(xué)生僅滿足于掌握課堂所傳授的基本內(nèi)容，不利于學(xué)生探索精神和自我學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

然而眾多實(shí)踐教學(xué)表明，工程案例教學(xué)以探索性、實(shí)踐性、靈活性等理論內(nèi)涵契合了當(dāng)前工程教育認(rèn)證背景下對(duì)學(xué)生綜合能力培養(yǎng)的要求［8］。工程案例教學(xué)的引入是培養(yǎng)符合工程教育專業(yè)認(rèn)證要求能力的工程類畢業(yè)生的措施之一。因此，工科院校在工程實(shí)踐性、應(yīng)用性較強(qiáng)課程中引入工程案例教學(xué)，一方面能夠有效地促進(jìn)學(xué)生對(duì)后續(xù)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性；另一方面有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來解決復(fù)雜實(shí)際工程問題的能力，對(duì)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高有著重要意義。

二、工程案例教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

（一）工程案例選擇和編寫原則

工程案例的選擇和編寫是工程案例教學(xué)的關(guān)鍵所在，直接影響到案例教學(xué)的成功或失敗。沒有恰當(dāng)?shù)墓こ贪咐咐虒W(xué)將達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)和成效［9］。因此，選擇和編寫工程案例時(shí)應(yīng)符合典型性、真實(shí)性、新穎性和完整性等基本原則。

1.典型性。即所選工程案例應(yīng)具有代表性，能反映本學(xué)科的典型特征和涵蓋相應(yīng)課程的大多數(shù)知識(shí)點(diǎn)。

2.真實(shí)性。即所選工程案例應(yīng)來自真實(shí)的生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)，案例中描述一個(gè)真實(shí)事件，引用數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、真實(shí)、可靠，而非虛構(gòu)脫離實(shí)際的。

3.新穎性。即所選工程案例應(yīng)當(dāng)是學(xué)生感興趣且容易接受的案例，新穎的案例不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、求知欲望，而且還能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。

4.完整性。即所選工程案例從開始到結(jié)束是一個(gè)完整的情節(jié)，而非片段的。案例的表述體現(xiàn)出完整、簡潔、明了的特點(diǎn)。

（二）“電機(jī)與拖動(dòng)”課程工程案例教學(xué)的探索與實(shí)踐

在工程案例教學(xué)在實(shí)施過程中，從教學(xué)環(huán)節(jié)上分為案例準(zhǔn)備階段、課堂教學(xué)階段、總結(jié)評(píng)價(jià)階段等，其流程如圖1所示。

為了檢驗(yàn)工程案例教學(xué)在“電機(jī)與拖動(dòng)”課程中的應(yīng)用效果，本文在教學(xué)中就圖1中的幾個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了相應(yīng)的探索與實(shí)踐。

1.案例準(zhǔn)備階段。工程案例準(zhǔn)備通常在教師備課階段完成。教師根據(jù)上述工程案例選擇和編寫原則，并結(jié)合課程教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容，合理準(zhǔn)備教學(xué)案例數(shù)量與內(nèi)容。例如，在《三相異步電動(dòng)機(jī)電力拖動(dòng)》一章中準(zhǔn)備的一個(gè)工程案例：“在一些三相異步電動(dòng)機(jī)使用量較大的工廠中，三相異步電動(dòng)機(jī)采用哪些常用的啟動(dòng)方法？為什么常采用自耦變壓器來幫助啟動(dòng)？為什么用一臺(tái)自耦變壓器不同時(shí)啟動(dòng)多臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)？”這個(gè)案例涉及的知識(shí)點(diǎn)不是很多，但具有一定的工程應(yīng)用性質(zhì)。教師一般在上課前兩周左右時(shí)間通過QQ或微信等方式把案例材料發(fā)給學(xué)生。學(xué)生收到案例資料后，先閱讀案例，了解案例中所涉及的相關(guān)知識(shí)和案例中的問題。學(xué)生通過查閱資料，認(rèn)真思考分析案例后，初步給出自己的思想觀點(diǎn)以及問題的解決辦法。在這一階段實(shí)施中，學(xué)生的自由探究極大地提高了他們主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣。

2.課堂教學(xué)階段。進(jìn)入課堂后，教師根據(jù)前期的教學(xué)設(shè)計(jì)，引入工程案例，介紹工程案例的背景和內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)案例情境，引導(dǎo)學(xué)生自行分組，確定小組組長，轉(zhuǎn)變身份角色。案例引入后，學(xué)生根據(jù)課前的準(zhǔn)備，就案例中所提出的問題開展討論，闡述自己的理解、認(rèn)識(shí)和觀點(diǎn)。討論形式或在各小組內(nèi)部，或由教師組織在教學(xué)班內(nèi)開展討論。在討論過程中，一定要控制好時(shí)間，盡可能地讓大多數(shù)學(xué)生有發(fā)言的機(jī)會(huì)，參與到討論中。針對(duì)小組內(nèi)部的討論，各小組長要做好記錄，形成書面報(bào)告。在小組討論結(jié)束后，由各小組長向全班學(xué)生做出匯報(bào)。本案例除第一個(gè)問題（三相異步電動(dòng)機(jī)常用的起動(dòng)方法）可以在教材中找到答案以外，其余兩個(gè)問題由于涉及的相關(guān)知識(shí)較多，如三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中的要求、自耦變壓器起動(dòng)原理、起動(dòng)方法的優(yōu)缺點(diǎn)等內(nèi)容，教材或參考文獻(xiàn)中沒有直接給出答案。教學(xué)實(shí)踐表明，為尋求問題的解決辦法，在上一階段準(zhǔn)備環(huán)節(jié)中，學(xué)生們都會(huì)主動(dòng)促使自己查閱相關(guān)資料、認(rèn)真思考。在本階段討論環(huán)節(jié)中，學(xué)生們都會(huì)認(rèn)真聽取大家的發(fā)言、共同討論，形成共識(shí)。總之，通過把工程案例引入課堂教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生的參與意識(shí)，提高了學(xué)生的積極性、主動(dòng)性，學(xué)生由原來的被動(dòng)聽課變?yōu)橹鲃?dòng)去思考和探索，同時(shí)，他們分析和解決實(shí)際工程問題的能力也得到了鍛煉和提高。工程案例教學(xué)模式充分體現(xiàn)了“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教育理念。

3.總結(jié)評(píng)價(jià)階段。總結(jié)評(píng)價(jià)在工程案例教學(xué)實(shí)施過程中是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在案例討論后，教師對(duì)案例教學(xué)的全過程進(jìn)行總結(jié)與評(píng)價(jià)。其一，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行歸納和總結(jié)，對(duì)具體案例探究成果，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)、參與討論情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和打分，并提出不足和改進(jìn)意見。同時(shí)，學(xué)生也應(yīng)針對(duì)案例內(nèi)容進(jìn)行認(rèn)真總結(jié)，總結(jié)自己通過本案例學(xué)習(xí)，是否掌握了相關(guān)的原理和方法。其二，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)案例內(nèi)容及相關(guān)問題，在課后做進(jìn)一步思考。尤其是第二點(diǎn)，就本案例來說，學(xué)生通過課堂討論學(xué)習(xí)，對(duì)“為什么用一臺(tái)自耦變壓器不同時(shí)啟動(dòng)多臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)”這一問題有了答案之后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考新的問題。比如，要實(shí)現(xiàn)“用一臺(tái)自耦變壓器不同時(shí)啟動(dòng)多臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)”這一要求，是采用手動(dòng)控制方式還是自動(dòng)控制方式？若采用自動(dòng)控制方式，則是通過繼電接觸器來控制還是用PLC控制器來控制？課后通過對(duì)這些問題的思考，學(xué)生的自我學(xué)習(xí)、深入探究能力將進(jìn)一步得到提升。另外，在評(píng)分過程中，對(duì)于學(xué)生成績，教師除了用傳統(tǒng)教學(xué)的結(jié)果評(píng)價(jià)外，還根據(jù)每個(gè)案例教學(xué)中學(xué)生的參與討論狀況和對(duì)問題的認(rèn)知度等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。這種有效的評(píng)價(jià)機(jī)制，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，達(dá)到了提高學(xué)習(xí)效率的目的。

結(jié)語

綜上所述，工程案例教學(xué)是理論與實(shí)踐相結(jié)合的一種行之有效教學(xué)方法，體現(xiàn)了“以學(xué)生為本”的教學(xué)理念，同時(shí)也體現(xiàn)了與工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)調(diào)的“以學(xué)生為中心”這一核心理念的一致性，對(duì)于達(dá)成符合工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)和要求具有現(xiàn)實(shí)意義。

筆者對(duì)工程案例教學(xué)在“電機(jī)與拖動(dòng)”課程教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了多輪實(shí)踐，在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，以及培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來解決實(shí)際工程問題的能力等方面，取得了一定的成效。但工程案例教學(xué)在工科課程教學(xué)中的應(yīng)用仍處于探索階段，教學(xué)中各環(huán)節(jié)的操作、處理還需進(jìn)一步探索和完善，使工程案例教學(xué)在提高教學(xué)效果、培養(yǎng)工程意識(shí)和工程素質(zhì)方面發(fā)揮更大的作用。

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The Practice of Engineering Case Teaching in Electrical Machines and Drives Course under the

Background of Professional Certification for Engineering Education

Abstract： Electrical machines and drives is the core course of automation specialty， and it is comprehensive and practical in content. At present， the traditional teaching mode of indoctrination is difficult to meet the requirements of engineering education professional certification. The appropriate introduction and implemention of engineering case teaching in classroom teaching helps to integrate theory with practice， stimulate students’ enthusiasm in learning and achieve the goal of course teaching and training. Based on the introduction of the engineering case teaching method， this paper expounds the implementation plan of Electrical machines and drives case teaching method. Teaching practice shows that drawing engineering case teaching method into the teaching process can effectively improve students’ learning enthusiasm and initiative， and it is significant meaningful to foster students’ ability of analyzing and solving practical engineering problems.

Key words： professional certification for engineering education; Electrical Machines and Drives; engineering case teaching