基于创新与工程环境的“电机学” 教学改革与实践

张立富 吕东方

摘 要：“电机学”是电气专业的一门主干专业课，与多门专业课程联系紧密，由于该课程具有概念抽象、公式繁多、计算复杂、实践性强等特点，因此该课程的教与学都存在较大难度。针对存在的问题，提出了基于创新与工程环境的电机学教学模式，在课程教学内容、教学手段及实践环节等方面进行有益的尝试，激发了学生的学习兴趣，提高了学生的综合应用能力和创新能力，效果较好。

关键词：电机学；校企联合；改革与实践

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2018）03-0048-02

“电机学”是电气工程类专业的一门非常重要的专业基础课，它既可以是一门独立的专业课（针对电机专业学生），又可以作为后续各专业课的基础课而设置（针对电气类其它各专业学生）。既是电力系统专业的核心，也是电气工程学科的基石。“电机学”的课程特点是理论性强、概念多且抽象、知识面涵盖广泛，涉及电磁学、热力学、高等数学、电路理论、绝缘与材料、机械学等众多学科，与工程实际联系密切。学生学习时常常感到头绪繁乱、入门难，融会贯通更难。如何让学生深入理解并灵活掌握这门课程的教学内容就显得尤为重要，本文主要介绍了基于工程背景与创新激励的“电机学”课程教学模式改革与实践。

一、“电机学”课程教学现状及存在的问题

（一）理论教学相对于实践教学的比重偏高

首先，在教学过程中，基于对理论的完整性、知识的系统性考虑，常常要介绍大量繁琐的理论知识及公式推导[1]，造成理论分析与实际工程应用联系不够紧密，针对性不强，降低了学生的学习兴趣。其次，在教学方法上，常常采用以教师为主导的填鸭式教学，课堂气氛不够活跃，学生听得昏昏欲睡，严重影响教学效果。另外，学生实践锻炼的时间偏少，学生分析问题和解决问题的能力难以有效提高，造成大部分的毕业生的创新能力和动手能力缺乏，也难以满足相关的工作岗位和社会需求。

（二）实践教学手段单一，理论和实际相脱离

实践教学手段单一是导致学生实践能力不强的重要因素之一。电气专业对学生的培养目标是培养掌握基本理论、具备基本知识和技能并能够胜任生产、科研等工作的应用性人才，其对学生实践能力的培养有较高要求，但在具体的实践环节教学中，往往会受到一些软硬件条件，如师资力量、实验经费等的局限，很难实现实践教学手段的多样化。同时，由于实验设施不够完备或者实验教学的内容设置过于简单也会导致理论教学与生产实际相脱节的现象，学生根据确定的原理，按照固定的实验步骤和实验手段得到确定的结果。在这样的实验教学模式中，尽管学生也有动手实践的机会，但留给学生独立性的思考和想象空间并不多，上述问题仅仅通过简单地增加实验教学时数或者实验的数量是无法有效解决的。因此，不利于培养学生的创新意识和创新思维，也就限制了学生实践能力的培育和提高。

二、“电机学”课程教学模式改革与实践

为彻底改变“电机学”理论教学和实践教学模式中存在的上文提到的问题，有效提高学生的综合素质，我们进行了深入的分析，确立了以提高和强化实践技能为核心的工学结合教学模式。

（一）建立“以传统教学为主、多媒体动画+模拟仿真教学+案例教学为辅”的教学新模式

在传统的教学过程中，授课教师起主导作用，并将对于教学内容的理解在短时间内传授给学生，该教学模式很容易使学生产生依赖心理，直接导致学习的积极性和主动性不高[2]。

引入虚拟仿真教学可以发挥学生的教学主体作用，教师的作用主要体现在提出问题，引导学生思路以及适当的解释说明。

在教学过程中，多媒体动画的引入可以把抽象乏味的电磁现象、电机运行的基本原理以及特性以直观具体的形式展现给学生。

多年的教学实践说明，以传统的教学方法为主，辅之以适当的多媒体动画+模拟仿真+工程案例教学，能够将枯燥乏味的课堂教学变得生动有趣，激发学生的学习热情，提高教学质量[3]。例如，在讲解三相感应电动机工作原理时，可采用传统教学方式配合多媒体动画进行学习，在讨论电机的运行性能时则借助MATLAB仿真软件进行学习；再比如，在学习直流他励电动机的调速时，可借助多媒体动画演示电动机串联不同的电枢电阻时转速的变化，以达到在学习调速特性之前就建立起感性认识的目的，可以有效调动学生学习的积极性。

另外，在理论教学中还适当引入工程案例，实际案例多来源于工程实践或者工作面试，例如，在学习磁路一章时，引入工作面试案例“在进行电机或变压器的铁心设计时，内部的工作磁通密度如何选取？”，通过引入与教学内容相关联的工程案例，对于缺乏工程实际经验的学生来说教学效果很好，是一种行之有效的教学模式。

（二）以学生为主体的实践环节教学改革

1.我们对“电机学”课程的实验教学环节进行改革，在进一步优化原有实验内容的基础上，增设了综合性的、设计性的实验，缩减了传统的印证性实验。综合性的实验仅仅给出实验的目标和要求，没有具体的实验步骤和实验电路图，这是其与印证性实验的最大区别。另外，我们还在实验环节增加了计算机仿真教学，学生可以根据个人的实际情况选择实验内容，设计实验方案，进行系统的搭建和调试。另外，在实验的过程中，学生之间还可以进行角色互换。如，学生既可以充当实验的操作者，也可以充当实验的设计者，还可以是实验的记录人员，并为后期的综合测评提供依据，整个过程在实验教师的监督和指导下完成。通过上述措施极大地激发了学生学习的自觉性，锻炼了学生的动手能力和创新思维。

2.为培养学生的动手能力和创新意识，提高学生综合运用所学知识解决实际问题的能力，课题组还以作业的形式安排了小型课程设计。如“基于PWM的直流电动机调速系统设计”、“基于PLC的感应电动机起停控制系统设计”、“基于单片机的步进电机正反转制系统设计”等与课程教学内容密切相关的设计题目。在此过程中，基本以学生为主体，同时在设计任务和内容上要考虑到学生能力的个体差异，既要照顾到一般水平的同学，也要给少数优秀的学生发挥聪明才智的机会。通过这样目的性很强的实际设计，会使学生在方案选择、硬件构建、软件开發等方面得到不同程度的锻炼。通过课程设计这一实践环节，既考核了学生对各门专业课程的掌握程度，也为将来的毕业设计打下了扎实基础。

（三）引入企业现场教学环节，探索校企联合培养人才新模式

在黑龙江大学机电工程学院电气专业近十几年的发展历程中，学院与黑龙江省电力企业（哈尔滨电机厂有限责任公司和哈尔滨热电厂）建立了良好的长期合作关系，“电机学”课程教学改革紧紧依托电力行业优势，与电力企业签订校外实习基地，安排学生到相关企业参加为期一周的电机组装及发电机维修等实践环节。深入企业生产一线的现场教学对于传统的课堂教学是良性的补充，主要体现在以下两个方面：首先，学生可以了解到产品的研制过程，产品的研发采用了哪些新工艺和新技术；其次，通过现场技术工人或带队教师的讲解，可以引导学生理论联系实际。在参观过程中还可以使学生深入了解企业以及企业对于人才的需求，从而能够帮助他们制定切实可行的学业规划，实现教学内容和企业岗位需求的无缝对接，探索出一个特色鲜明的基于工程背景的人才培养新模式。

（四）鼓励学生积极参与各种科技创新活动，培养创新思维，提高创新能力

黑龙江大学机电工程学院共设置了电气工程及其自动化和机械设计制造及其自动化两个专业方向，均屬工科性质，对学生的应用和创新能力有较高的要求。因此，自建院以来，学院积极创造各种便利条件，发动全院教职工积极进行各种以学生为主体的项目指导和申报，鼓励学生积极参加各种课内外科技活动及项目申报，如：大学生创新电子设计大赛、实验室开放基金项目、金穗杯大学生创新大赛、全国大学生挑战杯大赛、3D（三维）建模大赛等，同时还建立了大学生创新实验室，为相关的创新活动提供一个良好的研发环境，并配备不同领域的专业教师为学生提供应用软件集训或指导教学，例如，利用MATLAB或Proteus软件进行电子电路设计或控制系统的仿真研究，利用SolidWorks或UG软件进行各种电机的三维建模设计。在黑龙江大学机电工程学院教学的多年实践中，课题组共完成与“电机学”课程相关项目和奖励有：校级教改重点项目2项、校级教改一般项目1项、国家级大学创新项目1项、省级创新项目1项。2014年校级第四届金穗杯三等奖2名；2014年彩格杯工业设计大赛省级二等奖1名；2015年黑龙江省大学生工程训练综合能力竞赛一等奖1名、三等奖2名；2015全国3D大赛二等奖1名。

三、教改效果

通过上述措施既提高了学生的电机设计和应用能力，也拓宽了将来的择业机会。取得的主要教改成果如下：（1）丰富多样的教学方法和手段解决了“电机学”教学中存在的“两难”现象，激发了学生学习主动性，教学效果较好。（2）多元化的教学模式解决了传统教学体系中重理论轻实践的问题， 能满足高等教育对高素质应用型人才培养目标的要求。（3）依托校企合作的行业优势，有效解决了理论教学与工程实践相脱节的问题提高了学生工程应用及创新能力。（4）以创新竞赛为平台的激励机制，激发了学生的主观能动性，强化实践和创新能力培养。通过各种竞赛提高学生的综合能力和动手能力，实现了以赛促学、以赛促改的教学目的。

参考文献：

[1]李建军.《电机学》课程教学改革的思考[J].江苏科技信息，2015，（7）.

[2]王笃亭，苏勋文.电机学课程教学模式研究[J].高师理科学刊，2015，（11）.

[3]张强.基于ANSOFT软件建立电机学虚拟实验室[J].实验室研究与探索，2013，（2）.