费曼学习法在智能制造专业课教学中应用的探索——以“电机与电气控制系统”课程为例

纪久祥

（重庆城市管理职业学院，401331，重庆）

2019 年2 月13 日，国务院印发了《国家职业教育改革实施方案》，指出把职业教育摆在教育改革创新和经济社会发展中更加突出的位置。牢固树立新发展理念，完善职业教育和培训体系，优化学校、专业布局，深化办学体制改革和育人机制改革[1-2]。方案围绕“谁来教、教什么、如何教”这一问题，提出了深化职业教育“三教”改革，推动职业教育高质量发展，提升新时代职业教育现代化水平，为促进经济社会发展和提高国家竞争力提供优质人才资源支撑。同年4 月，教育部、财政部发布《关于实施中国特色高水平高职学校和专业建设计划的意见》，指出落实立德树人根本任务，坚持工学结合、知行合一，加强学生认知能力、合作能力、创新能力和职业能力培养。组建高水平、结构化教师教学创新团队，探索教师分工协作的模块化教学模式，深化教材与教法改革，推动课堂革命[3]。进一步指出了高水平高职学校和有关专业建设，要不断探索新的教学模式，深化“三教”改革。

“电机与电气控制技术”是高职智能制造类专业重要的专业基础课，属于理工科课程，该课程需要一定的中学物理及大学电工电子技术等课程基础知识，而学生生源有来自中职的学生，也有参加普通高考的学生，有些学生理工知识相对比较薄弱，就会导致学生基础参差不齐。另外，学生进入大学后逐渐成熟，虽然学习自觉意识也有所提高，但基于理工科专业课程偏难且相对枯燥等特点，少数基础较差的学生会对该课程不感兴趣。针对该课程面临的现状，本文以教法改革创新为切入点，课程部分项目引入费曼学习法，在促进学生积极主动学习、提高课程学习兴趣的同时，提高学生的思维逻辑、归纳总结、交流沟通及团队协作能力，促进学生综合素质的提升。

1 费曼学习法及其实施步骤

费曼学习法源于诺贝尔物理学奖获得者理查德·费曼，其核心是学生积极主动学习[4]。传统的教师讲学生听的这种模式，学生处于被动学习状态，根据“学习吸收率金字塔”原理，这种阅读、聆听、观看的“输入式”学习方式最终使学生学习内容平均留存率不高于30%[5-7]。费曼学习法是把传统教师讲授式或填鸭式教学变为学生主动积极的“输出式”学习。学生通过自身的学习，掌握相关知识点，并把自己所理解的内容用相对简明的语言讲授给其他同学，通过“以教代学、主动输出”方式达到深度学习[8-9]，而且这种主动深入学习的方法，可使学习内容平均留存率高达90%。

费曼学习法在教学过程中的实施主要分为以下几个步骤[10-12]。

第一步，明确学习任务。此过程通常是教师根据课程内容、教学计划、课程标准，以及学生需要达成的知识目标、技能目标、素质目标等，发布学习任务，学生接受学习任务。

第二步，学生自学并小组讲授。此过程学生以小组形式开始自学，自学过程中同组同学之间可进行讨论交流，一起解决自学过程中遇到的问题。自学完成后，每位组员进行“模拟教学”，讲授的同学把自己当作老师，同组其他同学当作学生，把自己对学习任务的概念、原理、自己的理解及对内容的掌握情况等讲给同组的其他同学。

第三步，发现问题并解决。此过程针对学生模拟教学过程中遇到的新问题，通过查阅资料、同组之间相互讨论或者求助老师等方式解决。问题解决后可以多次重复实施第二步及第三步，直到本组无新增问题。

第四步，课堂讲授并总结。此过程为最后阶段，小组中分别推选一名代表以“教师身份”在课堂上对全班其他同学对学习任务进行讲解，并用简洁语言进行总结。而其他同学也可以在此过程提出问题，相互探讨交流。

以上过程的实施步骤如图1 所示。

图1 费曼学习法实施步骤

2 费曼学习法在电机与电气控制技术课程教学过程中的应用

费曼学习法以学生积极学习为核心，根据课程标准、课程内容及学生情况等，在电机与电气控制技术课程教学过程中进行了两次基于费曼学习法的课程教学活动。下面以学习任务1——设计一个具有短路、过载保护功能的三相异步电动机正-反-停控制电路为例，介绍具体实施过程。

2.1 分组并发布学习任务要求

为促进提升学生的团队协作、交流沟通能力等，教师根据学生意愿，把班级学生分为6 组，每组7～8 位同学。教师利用超星学习通线上教学平台，上传该课程前期已经讲授过的低压元器件及电气原理图等相关内容的学习资源，并在超星学习通以通知的方式发布学习任务1——设计一个具有短路、过载保护功能的三相异步电动机正-反-停控制电路。对于课堂教学设计而言，此阶段同时属于课前设计阶段。

2.2 学生自学并模拟讲授

学生收到学习任务通知后，分析任务要求，并查找相关资料，进行自学，针对遇到的问题组内可以相互交流探讨，通过自学努力完成任务并达到要求。比如控制电路中需要明确交流接触器的数量、交流接触器如何接线能够实现电动机正-反-停动作、交流接触器辅助触点的选择与连接、交流接触器互锁与自锁的使用、按钮种类及数量的选择、按钮的接线、过载保护元件及短路保护元件的选择等。

根据任务完成情况，每位组员进行模拟讲课，把自己当作老师，向本小组内部其他成员讲解自己对任务的分析、元器件的选择、所设计的电路图及工作原理等，并记录讲解过程中遇到的问题。针对课堂教学设计，此阶段可以提前预习了解任务内容、整合回顾前期已学知识，并在课上进行自学、小组讨论等学习活动，因此属于课前、课中教学阶段。

2.3 发现问题并解决

此过程主要基于过程二，学生作为“老师”在向本组成员模拟讲授时，相比自学时会有新的问题出现，不能顺利地完成模拟教学。比如对交流接触器自锁与互锁概念不清楚，弄混淆；任务中要求的短路保护选用熔断器，过载保护选用热继电器，而对讲授对象提出的“短路保护为什么不能用热继电器”等问题却回答不出来。这种现象的出现是由于自学时，个人自学的范围相对比较窄，自学不全面；或者是由于学习不深入，自学时自认为已经掌握，其实只是了解到表面内容，在自己讲授时，才发现对内容并没有掌握。根据此过程中发现的问题，学生通过进一步学习、小组内相互讨论、查阅资料或请教老师等方式，最终把所遇到的问题解决并真正掌握。此过程主要为模拟讲授、发现问题解决问题，在课中进行，根据进度也可以在本节课后、下节课前进行。

2.4 课堂讲授并总结

每组推荐一名代表，向全班同学对任务进行讲授并简单地总结。比如，某组针对本组任务设计情况，讲解了所设计的控制电路，并用简洁的控制流程图对工作原理进行表述。图2 为某小组设计的电动机正-反-停控制电气原理图，讲解的同学依据设计，对其工作原理总结如下。

图2 某小组设计的电动机正-反-停控制电气原理图

第一步：闭合QS。

第二步：按下正转启动按钮SB2，SB2 常闭断开，SB2 常开关闭，线圈KM1 得电，KM1 主触头闭合，电机接入U-V-W 三相电，KM1 辅助常闭断开，KM1 辅助常开闭合，KM1 接触器自锁，电动机得电持续正转。松开SB2，常闭触点与常开触点复位，为KM2 得电做准备。

第三步：按下反转启动按钮SB3，SB3 常闭断开，SB3 常开关闭，线圈KM2 得电，KM2 主触头闭合，电机接入W-V-U 三相电，KM2 辅助常闭断开，KM2 辅助常开闭合，KM2 接触器自锁，电动机得电持续反转。

第四步：按下停止按钮SB1，KM2 主触头断开，KM2 辅助常闭闭合，KM2 辅助常开断开，电动机停转。

另外对本组任务的要点也进行了以下方面的总结：

第一，要满足三相异步电动机正-反-停控制的要求，需采用两个交流接触器互锁，即交流接触器常闭触点串联至另一个交流接触器线圈。

第二，为保证互锁可靠，采用复合按钮，正反转控制按钮的常闭触点串联至控制相反运动的交流接触器线圈。

在每组讲解过程中，课堂教师和其他组同学可进行提问或补充。比如：工作原理流程图中未标明熔断器的短路保护动作原理及热继电器过载保护动作原理；“松开SB2，其触点复位，为KM2 得电作准备”的设计显得多余，可以省略等。

此外，为进一步提高学生的积极性及参与度，可增加小组“讲授老师”的数量，也可以让其他组同学对讲解组进行评判或打分。本过程主要在课上进行，因此属于第二节课课中阶段。

3 教学成效分析

以2022—2023 年第一学期智能制造类专业四个班同一门电机与电气控制技术课程的学生成绩进行对比分析，结果如图3 所示。其中**1 班与**2 班两个班级主要是采用传统教师授课方式，即教师讲授，学生被动听讲，课下完成布置的作业等学习任务；而##1 班与##2 班，在课程教学过程中采用费曼学习法进行了两次教学活动。图3 所示表明，采用传统授课方式的**1班与**2 班平均成绩分别为75.5 分与75.1 分，而实施过费曼学习法的##1 班与##2 班，平均成绩分别为80.4 分与80.7 分，由此可以看出采用过费曼学习法的班级成绩高于传统授课方式的班级。

图3 成绩对比分析图

由于疫情原因，该学期采用了“线上+线下”的教学方式，且线上教学时间占比较多，因此，该学期只进行了两次费曼学习法课程教学活动。另外，由于学生自学讨论也主要集中在线上，存在个别同学在小组中参与交流讨论程度相对不高的现象，因此开展过费曼学习法课程教学活动的班级成绩提升幅度仅在7%左右，相对不是特别明显。但通过平时上课表现能够发现，##1 班与##2 班的学生在学习积极主动性、课上回答问题、与老师互动、回答问题时的语言表达、逻辑分析等方面的表现相比**1 班与**2 班较好。

4 结语

本研究探索了费曼学习法在智能制造类专业课“电机与电气控制系统”教学中的应用，并借助线上学习平台进行学习资源共享、任务发布等，是深化“三教”改革的一种尝试。在实施费曼学习法教学过程中，以学生学习为中心，学生通过给定的学习任务，积极主动学习并进行讲解，提升了学生的学习自觉性，加强了对知识技能的理解与掌握，提高了学生的交流沟通能力、团队协作意识、总结归纳能力等综合素质，学生的成绩也得到了提升。实践表明，基于费曼教学法的课程教学，提高了学生学习兴趣及教学效果，一定程度上改变了工科课程知识枯燥、课程内容偏难导致学生学习兴趣不够浓厚的现象，为其他高职智能制造类专业课程教学提供了参考及思路。