基于卓越工程师培养的电机学课堂教学方法探索

2016-05-30罗冰洋

教育教学论坛 2016年33期

关键词：课堂教学方法电机学开放式

罗冰洋

摘要：《电机学》是电气专业非常重要的一门主干课程，本文探索了目标驱动法、悬念设置法、对比讨论法等多种教学方法在电机学课堂教学中的应用，在培养学生创新意识、提升教学效果、优化“教与学”关系等方面取得明显成效。

关键词：电机学；课堂教学方法；问题探究式；开放式

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）33-0195-02

一、电机学课堂教学方法改革的必要性

自2010年教育部“卓越工程师”人才培养计划在高等院校试点实施以来，全国各院校不仅在专业培养计划、课程体系、课堂教学等方面进行大力改革，而且还在学生工程实践能力培养、校企深度合作模式、学生综合素质提升等人才培养模式方面进行着积极探索。电气工程及自动化“卓越工程师”人才培养目标，旨在培养一大批创新能力强、具有国际视野和工程实践能力强的高素质电气工程类技术人才。其核心在于创新思维及工程实践能力。但是，如何培养电气工程专业学生的创新思维及解决问题的实践工程能力，打破传统的教学方法，采用适合电气工程师培养的教学方法，真正做到“因材施教、以学定教”，让灵活、有序、创新的“卓越式教学方法”成为新常态，这是当前试点院校亟待解决的问题。事实上，大多数试点院校把富有工程和教学经验的老师及工程技术人员作为试点班级的专业课教师，但是在教学方法上，大多采用以前传统的模式进行，这就不能很好地达到电气卓越工程师质量工程认证的培养目标。

武汉理工大学于2013年开始招设电气工程卓越试点班，笔者于2015年承担了其《电机学》课程教学，现正在给2014电气卓越班授课。这是电气专业非常重要的一门主干课程，笔者将启发式、直观演示法、案例教学法、讨论法、引导式、问题探究式等多种教学方法应用于课堂，并采用灵活的评价体系，对培养学生学习本专业课程兴趣、提升教学质量、优化“教与学”关系取得了较好成效。

二、电机学课程的特点及教学现状

（一）电机学课程的性质

电机学课程是电气工程专业的一门重要的专业基础课程，以电磁学、大学物理、电路理论和机械等课程为基础的，又是后续电力传动系统、运动控制系统等课程的基础，在整个教学体系中起着承上启下的重要作用。

（二）电机学课程的特点

首先，电机学课程又是一门既抽象又具体的课程。学生理解的难点就在于无法把抽象的电磁理论与具体的电机构造联系起来。电机本身是一个机电能量转换的具体装置，其原理主要是电磁感应定律及电磁力定律，学生很难想象出其看不见摸不着的电磁关系在具体电机中的情况。其次，电机学中的直流电机、交流电机、变压器及微控电机等内容都是并列平行的关系，彼此之间不存在逻辑关系，导致内容多且重点不突出。再者，电机学中电磁力关系复杂，概念多，公式多。

（三）传统的教学现状

在传统课堂教学中，教师往往采用灌输式，忽略教学方法及技巧。经常教师在台上滔滔不绝，学生在下面茫然不解，最后形成“讲的难受、学的痛苦”的现象。笔者结合工作经验，以卓越工程师的培养目标为宗旨，针对电机学特点及学生不同的时代特征，在电机学教学方法上进行相关探索，引发学生的学习兴趣，培养其学习能力，力求形成和谐的开放式教学，做到“愉快地授课、开心的学习”。

三、电机学多种课堂教学方法的探索与实践

（一）目标驱动法，激发自主性学习兴趣

大学专业课程的学习目的有别于高中的基础课程，因而其教与学的方法都必须有所改变。电机学是一门实践性很强的课程，但其电磁关系抽象而复杂，因而课程一开始我们就应该激发学生的探索兴趣。比如在刚刚接触课程时，举例说我们的生产生活离不开电机，大到航空航天、小到家用电器都有其应用，由PPT展示一些电机应用现场的图片，然后提出：对于这样一个具体的机电能量转换装置，我们应该了解它的什么？是不是应该理解装置的构造、工作原理、功率关系及工作特性等内容？学生就会带着学习目标迫不及待的想去了解电机，有了学习的冲动及方向。又比如，我们在讲解变压器原理一章时，直接告诉学生说，分析变压器电磁关系后要得到变压器的数学模型、基本方程式及向量图，有了这一既定目标，授课时就目的明确、条理清晰，学生就会主动跟随课堂一起来探求如何得到这些结论的，达到水到渠成的效果，且记忆深刻。

（二）激励教学法，培养其创新性思维

电机学概念多、公式多，电磁关系繁杂而抽象。其中的磁场分布及绕组联接是电机部分的难点。为了激发其学习兴趣，解决一些课程难点问题，在前一堂课结束时，给出下一堂课内容的思考题，让同学们做一些创造性学习。比如，讲完电机的工作原理及基本结构之后，留下问题：电机工作原理是基于电磁感应原理及电磁力原理。那么，问题1.电机中的气隙磁场是如何分布的？问题2.导体是如何排列连接成电路的？这是电机学原理中的难点。鼓励学生自行设计动画展示电机的磁密波形、绕组的联接。讲出制作过程中的思考及体会，给出肯定及鼓励。同学们受到这种鼓舞后会主动去预习了解其磁場分布及绕组联接，自己动手制作图片，逐渐培养学生的动手能力与创新性思维。

（三）设置悬念，抓住学生注意力

电机学内容枯燥乏味，学生学习积极主动性不高，上课容易产生疲乏懈怠，为了让学生集中注意力，设置悬念并现场抽查部分学生的想法，再一起分析学习看看其结论与预想是否相符。比如我们在讲电机学的拖动部分动力学时，抛出悬念：如何分析多轴系统？同学们想法是：对于每根轴列方程式，联立方程组消除中间变量求解。对，这是一种非常正确的方法。但是在我们的工程实际中，这种方法繁琐而不直观。那会有什么更好的方法呢？我们的方法是将多轴系统转换成单轴系统来处理，那么为什么要转换？如何转换？原则及方法就顺理成章引导出来。这样比直接平铺直叙的讲解有吸引力。

（四）递进式教学法，培养其分析问题的能力

电机中电磁问题非常复杂，在学习过程中引导学生由简入繁逐步分析问题，掌握电机中用到的典型分析方法。直流电机磁场分析时，先分析空载气隙磁密波形，然后分析电枢反应，再得出实际气隙磁场分布。分析交流电机电枢绕组产生的基波感应电势时，先从一根导体产生的电动势开始分析。其递进过程为：一根导体—整距线匝—整距线圈—短距线圈—线圈组—一相绕组。最终得到一相绕组产生的基波感应电动势表达式。后面分析交流电机磁场也是采用的这种分析方法。这些方法能让学生更好地理解感应电动势的产生、磁场的形成过程及其结论。我们要学会并掌握这些分析方法，应用在以后的工作学习中，若是遇到新型电机需要分析时就可以采用这种分析方法。

（五）类比讨论式教学法，提高教学效果

电机学中有很多相似类比的方法原理，学习时注意对比，可以加深记忆，提高效率。比如分析直流发电机与直流电动机时可以完全对比对照，从其物理过程、正方向规定、基本方程式到运行性能，可以列表对照。又比如异步电机的分析过程与变压器完全类似，从变压器的电磁关系、基本方程式、向量图的分析过程类似的用于异步电机的分析，可以让学生由变压器学习过程自己来讲解异步电机。比如电机的制动方法有多种，详细讲解能耗制动，从方法及工作原理、制动过程、机械特性、功率关系、制动电阻、转速的计算等，其他的调速方法大家可以一起讨论式学习，因为其分析过程、内容是完全类似的。包括机械特性、调速方法等等都可以采用同样的教学方法。

四、构建多元化评价体系，激励学生创新

课程学习结束后，必须评价学生对该门课程的掌握程度。传统的评价方法是平时表现（10%）、实验成绩（20%）加上考试成绩（70%）。最后考核的结果中期末考试成绩占据的比例高，不利于调动同学平时的学习积极性，不利于激发学生的创新性思维。在这里我们提出多元化的评价体系，可以由以下几个方面构成。

（一）课堂表现

课堂表现由考勤及上课抽查问题的情况来评价。考勤起到一种督促作用，通过班长清查人数及课前抽查点名了解到课率。每次课后布置思考题或是上课互动时可以了解学生对某个问题的学习掌握情况。

（二）探索与创新

采用启发式教学，提出电机中的一些现象与问题，鼓励学生探索解决方案。课后与老师交流，或是课前在班上发表其结果。以小组为单位，形成书面的报告。

（三）大作业

每一章结束后，布置一次大作业。限时独立完成，检查学生掌握情况，及时查漏补缺。

（四）实验

这是一门实践性很强的课程。实验是很重要的一个环节，武汉理工大学有开式式电气实验室，新进了一大批实验设备，学生可以在完成必修的验证式实验以外，再自行做一些創新性实验。

（五）期末测试

整个课程结束后进行期末考试。考核整个学期所学的内容。占据的比例降低到40%左右。