基于“卓越工程师”培养目标的电机学课程教学改革

张晓娟，张 劼，李红波，党宏涛

(西京学院，西安 710123)

0 引言

随着我国工程教育理念的整体性发展，诸多高校目前正在积极开展“卓越工程师”的教育培训计划，力求培养特色型、学术型、专业型人才，以期能够为将来的工程发展储备优秀人才。电机学课程作为电气类专业学生的核心必修课程，及时展开课程教学改革工作势在必行。

1 电机学课程教学改革的必要性

2010年，我国教育部提出了“卓越工程师”人才培养计划并在诸多高校内进行试点，截至2022年，诸多高校均在专业人才的培养计划、课程体系及教学方式等方面完成了重大改革。基于“面向工程、宽基础、强能力、重应用”的“卓越工程师”培养目标，以学生为主体，遵循工程知识能力培养的教育规律，采用多元化教学模式的改革思路，构建将实用性理论课程教学、开放型实践教学和具有行业特色的科研训练三方面结合的课程体系尤为重要[1]。培养电气工程及其自动化相关领域的“卓越工程师”，这一目标旨在培养出一大批具有较强的创新能力、较开阔的国际视野，以及较强的工程实践能力，具有高素质的电气工程技术型人才，其培养核心在于创新性的思维培养及工程实践能力培养。

事实上，如何通过培养电气工程相关专业学生的创新性思维及工程实践能力，打破传统的教学模式桎梏，采用贴合“卓越工程师”培养的创新教学方法，真正做到因材施教是至关重要。目前，大部分的试点高校已将具有丰富的工程实践经验及教学经验的教师，以及工程师分配至试点班级开展专业性教学，但是在教学方法方面，这些教师大多只擅长采用传统化的教学方法开展教学，影响 “卓越工程师”培养质量，很难达到“卓越工程师”培养目标[2]。

2 电机学课程的发展特色及教学现状

2.1 电机学课程的整体性质

电机学课程以电磁学、物理学、电路理论、力学等多种学科知识为基础，为后续的电机驱动系统、运动控制系统等相关学科奠定基础，并且在课程培养体系中起着承上启下的重要作用。

电机学课程的研究对象具有实用性和普遍性，讲述的内容是后续专业课的理论基础，也是电气工程领域实践问题的理论依据。电机原理分析过程用到的基于平衡方程式、相量图和等效电路的分析方法也是该领域工程问题的基本分析方法，因此是一门必须教好和学好的课程。但由于该课程理论性和实践性均较强，且具有复杂性与综合性、抽象性与具体性的特点，既重知识传授又重能力培养，所以也是一门公认的难教和难学的课程。因此，需根据教学内容的具体情况采用适合的教学方法和教学手段，有效化解教学难题，全面提升教学质量。

2.2 电机学课程的发展特色

首先，电机学课程是一门既具抽象性又具有具体性的课程，而学生难以理解相关知识的原因在于学生无法及时将较为抽象的电磁理论和特定的电机结构有效结合。电机运行的本身便是一种将具体的机电能量进行转换的装置，其最主要依靠的运行原理便是电磁感应定律及电磁力定律，造成学生难以与具体的电机运行过程相联系。其次，在电机学课程的学习过程中，所涉及到直流电机、交流电机、变压器、微控电机等多方面内容，以上知识体系是互相平行的，其间并不具备相互的逻辑关系，且由于内容众多，知识点庞杂，使得学习较为困难。此外，在电机学课程的学习过程中，电磁力之间的关系十分复杂，概念和公式众多，理解难，记忆难。

2.3 电机学课程的教学现状

在传统的课堂教学过程中，教师往往占据主导地位，常用的“填鸭式”教学方式忽视教学技巧，最终导致教和学分离。特别是对于电机学这类抽象课程，教师也大多是照本宣科，无法将理论联系实际，缺乏案例，学生理解困难。教和学分离的状况，不利于学生掌握应用电机学课程中的知识。因此，教师应当依照电机学课程的教学特点及学生的发展特点，立足于传统的教学方法，不断展开创新性探索，改进教学方法，提升学生的学习兴趣。

3 电机学课程教学方法的创新性探索及实践

3.1 实施目标驱动法，提升学生对教学活动的参与兴趣

电机学是一门实用性非常强的课程，但由于其包含的电磁关系抽象且复杂，教师应该从课程的最开始就大力激发学生的探索兴趣。

例如，在教师首次展开电机学课程教学时，可以首先点明，“在我们的日常生产及生活当中，与电机学有着千丝万缕的联系，电机的应用范围大到航空航天，小到家用电器。”同时教师可以应用PPT展示在日常生活当中应用电机的一些图片，并针对此提出如下问题：“关于电机这种能量转换器，在学习过程中我们需要掌握它的哪些知识？其内部构造、运行原理、功率大小和工作特性都是什么？”通过目标驱动法，引导学生积极学习，努力探索。在讲解变压器的原理这一章时，教师可以直接为学生指明方向，告诉学生只有充分分析变压器内部的电磁关系之后，才能得到变压器运行的数学模型、基本方程式及向量图。明确目标之后，学生便能做到主动跟随课堂展开探索，并得出相应结论，从而不断加深印象。

3.2 实施激励教学法，促进学生创新性思维的形成

电机学课程中存在很多概念及公式，其间所蕴含的电磁关系非常复杂且抽象，如磁场分布和绕组连接就是电机部分学习的难点。为充分激发学生的学习兴趣，有效解决学习过程中的疑难问题，教师在讲述完本节课内容之后，也可以对之后的内容设置出一些思考性的问题，从而激励学生开启创新性思维。

例如，教师在讲述完电机的工作原理及基本构造之后，还可以设置如下问题：其一，电机其间的气隙磁场是采用何种方式进行分布的？其二，导体之间是通过何种排列方式进行连接以形成电路的？这两个问题背后所蕴含的内容恰恰就是电机学原理当中的难点内容。教师可以鼓励学生自主设计动画，以此展示电机内部的磁通密度波形及绕组的连接方式，鼓励学生讲述在制作过程当中所产生的想法和体会，并且给予学生肯定。学生受到激励之后，会更主动探索磁场分布及绕组连接相关知识，从而逐步培养出学生的动手能力和创新思维。

3.3 实施循序渐进法，提升学生的逻辑思维能力

电机学课程中的电磁问题掌握起来较困难，因此在整个学习过程当中，教师应当引导学生从简单到复杂逐步展开分析，循序渐进的掌握电机理论常用的分析方法。

例如，在开展直流电机磁场教学时，应当优先为学生讲述空载气隙磁密波形，其次讲述电枢响应，此后得出现实性气隙磁场分布。在分析交流电机的电枢绕组所产生的基波感应电势之时，应当从导体所产生的电动势入手讲解。其传递过程主要是从导体出发，经过线圈，经过线圈组，直至每相绕组，由此可以得出相绕组所产生的基波感应电动势的相关表达式。通过循序渐进的教学方式，学生可以更好地掌握相关知识，提升逻辑思维能力。

3.4 实施对比讨论法，促进学生掌握相关知识

电机学课程当中类似的内容及原理有很多，教师在引导学习的时候可以注意进行比较，帮助学生加深记忆，提高学习效率。

例如，可以将直流发电机和直流电动机进行对比教学，分别从物理过程、正方向规定、基本方程式表示及运行性能等方面展开对比讨论；也可以将异步电机和变压器进行对比教学，对比分析其运行过程，从内在蕴含的电磁关系、基本方程式及向量图等方面入手展开对比讨论；此外，对于电机多样化的制动方法，可以通过制动方法的相关工作原理、有关制动过程、有关机械特性、有关功率关系、相关制动电阻及转速的计算方式等方面对比讨论诸多方法，以促进教学效率的提升。

4 设定多元化的教学评价体系

在电机学课程教学活动结束后，教师应当及时评价学生对于课程知识的理解程度。立足于传统的教学评价方法，可采用综合性、多元化的教学评价体系。

4.1 课堂表现

课堂表现即通过考察学生的出勤率、现场回答问题踊跃程度及回答正确率进行评价。学生如若出勤率较高，且面对教师在课堂上的提问积极回答，答案准确率高，则可以被视作是表现优异。

4.2 巩固与提升

教师可以在完成授课后设定几个关于电机的问题，鼓励学生课后自主探索出问题答案，学生可在课后自由结组针对问题展开沟通，在下节课开课之前汇总出问题答案，并以书面报告的形式在下节课开课之时进行呈现。

4.3 线上教学

教师应充分利用学堂云在线课程。课前将预习课件、预习复习测试题、知识点、章节测试、动画等资料上传学堂云；课中，采用雨课堂进行授课，将授课课件、课堂活动等资料在学堂云进行沉淀；课后，要求学生采用学堂云和雨课堂的直播课件，进行课后复习，并完成复习测试题。

4.4 课后作业

在每章的教学任务完成后，教师可以分配一些重要的课后作业，限定时间并且要求学生独立完成，以此来检查学生对于知识的掌握程度，帮助学生查漏补缺。

4.5 实验环节

电机学是一门非常实用的课程，实验过程对于电机学课程的学习过程不可或缺。可以建立与课堂理论教学系统相互平行、相互联系、相对独立的实践教学体系。即以技术应用能力培养为主线，开展以实验课和实训课为主的操作技能训练和工程应用技能训练。

加大实验教学改革力度，单设电机学实验课程。开展以实验任务书代替实验指导书的改革,减少演示验证性实验项目，增加综合性、设计性、应用性实验项目，改变过去只做验证性实验的模式。根据教师下达的实验任务书，学生查阅有关技术资料，独立进行实验和准备工作，然后到实验室进行调试和测量(实验室对学生开放，可随时进行实验)，最后按要求写出实验报告。

课程的实践教学环节分为实验教学和课程设计。通过验证性试验、综合实验、创新性实验及工程计算软件应用和电机控制综合实训，帮助学生验证理论概念，提高独立分析和解决工程实际问题的能力，培养学生的创新意识。

4.6 期末考试

学生学习成绩不是传统的平时成绩加实验成绩再加期末考试成绩，而应是对整个学习过程的考核。将课前预习，课中在线签到、在线测试、课后在线作业、知识点练习、章节测试，期末在线考试、学习效果反思等各部分内容综合进行考核，提高考核的公平性、公正性和实用性。

5 结语

对于电机学课程所开展的改革工作任重而道远，立足于“卓越工程师”人才培养的计划之下，高校应当及时构建以学生为中心、具备科学性及合理性的电机学教学课程体系，不断优化教学相关内容，及时丰富教学开展方法，并致力于构建多层次的实践性教学，从而进一步的理解和实现电机学课程的理论学习和工程实践结合、知识体系构建和个人能力培养结合，并且帮助学生自主不断展开学习及探索。由于教学改革的最终目标是促进学生发展，因此任课教师必须依照学生自身的实际情况展开教学，发挥出教学改革的最好效果。