羅振鵬 賈海媛 王文平

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)電力學(xué)院 內(nèi)蒙古呼和浩特 010051）

電力學(xué)院實施大類招生后，“電機學(xué)（一）”課程是全院電氣工程專業(yè)、智能電網(wǎng)系專業(yè)和自動化專業(yè)都開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，第四學(xué)期該課程考核完成后學(xué)生開始分專業(yè)。電機學(xué)（一）課程面向全院11個班級教學(xué)，學(xué)生按成績選專業(yè)，因此該課程需要統(tǒng)一教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)進度和考核方式。本課程以變壓器和電機為教學(xué)內(nèi)容，按照各元件遵循的基本物理規(guī)律，應(yīng)用高等數(shù)學(xué)知識列寫電磁量間基本方程式，采用工程數(shù)學(xué)手段進行方程求解，并從工程應(yīng)用角度出發(fā)，利用工程思想忽略一定邊界條件，使求解變得簡單，得到直接明了結(jié)論；要求學(xué)生達到能夠從數(shù)學(xué)角度分析電機問題與計算電機運行規(guī)律。電機學(xué)是研究電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的能量變換規(guī)律課程，轉(zhuǎn)換的媒介是磁場[1]。電和磁都是看不見摸不著的東西，需要學(xué)生進行理性思維和分析判斷，很多推理采用工程思想，利用等效變換原理獲得元件電路模型[2]。該課程綜合了大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)、電路原理、電磁場等多學(xué)科知識，學(xué)生難學(xué)、教師難教成了大部分高校老師和學(xué)生對本門課程的共識。特別該課程還是電氣專業(yè)后續(xù)穩(wěn)態(tài)課程、暫態(tài)課程、繼電保護課程、發(fā)電廠電氣設(shè)備、運動控制等專業(yè)課程的基礎(chǔ)。這門課程學(xué)習(xí)好壞關(guān)系到整個電氣專業(yè)體系學(xué)習(xí)的好壞。因此各個電氣專業(yè)都在教學(xué)計劃中給予了充分重視，盡管整體縮減了一定量學(xué)時，但是電機學(xué)還是專業(yè)基礎(chǔ)課程中大學(xué)時課程。由于該課程的本身特點和大類招生需求，課程組教師從專業(yè)定位、人才培養(yǎng)需求、課程標(biāo)準(zhǔn)修定、教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、教學(xué)手段多元化設(shè)計、教學(xué)反饋及時梳理等多方面、多角度進行了改革，達到提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)新時代大學(xué)生對專業(yè)需求，得到學(xué)生一致好評。

一、課程標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整和優(yōu)化

為了適應(yīng)大類招生需求，電機學(xué)（一）成為全院學(xué)生不分專業(yè)的平臺課程，為了更好滿足后續(xù)不同專業(yè)需求，重修修訂了《電機學(xué)（一）》《電機學(xué)（二）》和《電機拖動基礎(chǔ)》三門課程標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整了部分內(nèi)容，將直流電機、變壓器、交流電機共同理論和異步電機基本理論優(yōu)化在《電機學(xué)（一）》專業(yè)平臺課程中，面向電力系統(tǒng)及其自動化和智能電網(wǎng)專業(yè)學(xué)生開設(shè)《電機學(xué)（二）》內(nèi)容為同步發(fā)電機理論，不對稱運行和交直流電機運行特性分析。面向自動化學(xué)生開設(shè)《電機拖動基礎(chǔ)》內(nèi)容為直流電機拖動，交流電機拖動和控制電機。通過內(nèi)容調(diào)整，能夠更好適應(yīng)各專業(yè)學(xué)生需求，完善電機學(xué)對不同專業(yè)學(xué)生偏重點，本論文主要針對《電機學(xué)（一）》平臺課程進行了課程教學(xué)改革探究。

圖1 電機學(xué)（一）教學(xué)改革框圖

電機學(xué)（一）以電氣元件：變壓器、直流電機、異步電機、交流電機共同理論四大版塊為核心，主要內(nèi)容為各元件基本結(jié)構(gòu)、工作原理、物理規(guī)律、數(shù)學(xué)表達、電路模型以及工程中分析和應(yīng)用一條主線，在教學(xué)中面向?qū)W校對學(xué)生定位，培養(yǎng)具有高素質(zhì)的應(yīng)用型工程技術(shù)人員，重點突出各元件分析中工程思想，強化分析應(yīng)用，掌握電機能量變換規(guī)律。為了突出這一主線，選用胡敏強編寫教材，調(diào)整為磁路、變壓器、交流電機共同理論、異步電機和直流電機章節(jié)順序[2]。磁路中突出強調(diào)電機學(xué)中把磁場轉(zhuǎn)換為磁路分析的工程思想。變壓器先從物理結(jié)構(gòu)分析，再從物理規(guī)律、各物理量關(guān)聯(lián)分析，從空載簡單現(xiàn)象入手，從數(shù)學(xué)角度表述電磁規(guī)律，再從數(shù)學(xué)規(guī)律推演電路圖，在空載基礎(chǔ)上分析帶負載后規(guī)律，遵循由簡單到復(fù)雜分析，學(xué)生更易接受和理解，最后對所列方程進行工程上變換分析，轉(zhuǎn)換為電路表達式，為了簡便應(yīng)用，采用工程方法進行等效變換，得到了隱含磁路的變壓器等效電路圖。突出強調(diào)等效電路和向量圖是分析與求解變壓器的方法和手段。變壓器內(nèi)容從單相雙繞組開始，學(xué)生方便理解，從空載到帶負載，再到三相變壓器，三繞組變壓器，自耦變壓器，變壓器短路和空載合閘暫態(tài)分析，由簡單到復(fù)雜，環(huán)環(huán)相扣的知識結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化[3]。在直流電機和異步電機這兩章，對電氣和智能電網(wǎng)系專業(yè)將起動，加速，減速，停止，拖動運行特性優(yōu)化在《電機學(xué)（二）》課程中，對自動化系學(xué)生將交直流電機拖動四象限運行特性優(yōu)化在《電力拖動基礎(chǔ)》課程中。這樣很好兼顧了各專業(yè)對電機學(xué)知識的需求。調(diào)整后課程標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化了共性的問題集中在電機學(xué)（一）體系中，差異性問題集中在后續(xù)電機學(xué)專業(yè)課中，這樣能夠更好適應(yīng)學(xué)院專業(yè)發(fā)展和學(xué)生能力培養(yǎng)。

二、課程教學(xué)環(huán)節(jié)規(guī)劃

按照新版課程標(biāo)準(zhǔn)知識點分布，組織電機學(xué)多位有多年教學(xué)經(jīng)驗老教師對課程教學(xué)進行了多視角和多元化的設(shè)計，分布在課前案例引導(dǎo)，課上精心策劃，課后及時反饋三個環(huán)節(jié)，形成三位一體式教學(xué)環(huán)節(jié)，化解學(xué)生理解這門課程難點和重點[4-6]。目標(biāo)是學(xué)生真正能夠掌握各部分知識，為后續(xù)專業(yè)課程打好扎實的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在學(xué)校教學(xué)環(huán)節(jié)不再采用教學(xué)日制和教案，而是采用更精細化的課程教學(xué)設(shè)計，課程教學(xué)設(shè)計集各位代課教師智慧，經(jīng)過學(xué)科帶頭人把關(guān)，學(xué)院專家組審核，最后學(xué)院簽發(fā)。對每堂課內(nèi)容進度安排，每一個知識點如何理解，每一名學(xué)生掌握情況反饋，課前、課上和課后如何布局，課程考核如何分布，學(xué)生掌握哪些知識點，課程進度安排等一系列方方面面非常具體內(nèi)容和細節(jié)都做了設(shè)計。教改后電機學(xué)（一）課程教學(xué)環(huán)節(jié)課前采用案例引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生興趣；課堂對知識點詳細地規(guī)劃，重難點分明；課后及時反饋，采用習(xí)題答疑和測試環(huán)節(jié)，反饋學(xué)生學(xué)與教師教的情況，及時進行調(diào)整。

三、多環(huán)節(jié)多角度技術(shù)融合

1.線上與線下融合

電機學(xué)是電氣領(lǐng)域?qū)W生感到難理解、難掌握的課程，許多同學(xué)感覺課上理解了，課下做題無從下手。反應(yīng)出問題知識點沒有吃透，沒有真正消化，特別是分析及計算方面問題。針對這一環(huán)節(jié)，采取了線上6位教師每周一位教師專門輔導(dǎo)，學(xué)生疑難問題進行有針對性的答疑，每章結(jié)束后在線上對11個班級集中進行學(xué)生反饋的本章疑難習(xí)題講解，使學(xué)生能夠更深入理解涉及的知識點，將學(xué)生碎片化理解融匯為一個有機整體。同時另外幾位教師在線上進行師生互動交流，及時簡答學(xué)生疑問，通過典型習(xí)題拓寬知識認識深度，達到學(xué)生真正領(lǐng)悟本章節(jié)內(nèi)容，及時消化吸收，為下一章節(jié)打好基礎(chǔ)。通過線上和線下有機融合，形成面向所有班級全體學(xué)生，達到很好的有機融合[7]。

2.仿真與實驗融合

為了學(xué)生直觀理解，將電機中電磁變換規(guī)律，采用計算機仿真技術(shù)，直觀地再現(xiàn)電磁規(guī)律，這樣能夠幫助學(xué)生更好地理解。特意安排3位博士學(xué)位電機學(xué)代課教師，對課程中變壓器、直流電機、交流異步電機和交流同步電機進行物理規(guī)律和運行特效仿真，將仿真模型分發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生在此基礎(chǔ)上進行應(yīng)用、掌握和領(lǐng)悟，對電機學(xué)能量變換規(guī)律有一個更加深入和感性的全面認識。然后學(xué)生提前仿真實驗，明確電機實驗中各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)參數(shù)、各種物理現(xiàn)象，這樣能夠加深物理實驗掌握，使實驗更加安全和有效，掌握實驗中必要環(huán)節(jié)測試，將仿真同實驗很好地融合起來。

電機實驗是鍛煉學(xué)生動手能力，檢驗學(xué)生所學(xué)知識應(yīng)用的重要部分，安排8個學(xué)時、4個實驗，實驗室為了做出工業(yè)電機效果，對電機實驗進行了改造，摒棄了以前200w小電機，更換成4.4kW工業(yè)電機，采用各類工業(yè)交直流電機構(gòu)成8.8kW電機組實驗平臺。目的為了學(xué)生實驗時現(xiàn)象明顯，但如果不嚴格按照實驗步驟剛會導(dǎo)致出現(xiàn)設(shè)備事故。因此，學(xué)生必須提前做好預(yù)習(xí)，通過計算機仿真出實驗過程，明白每一步實驗?zāi)康?，理解如何正確調(diào)整各實驗環(huán)節(jié)，如何安全地測取數(shù)據(jù)，能夠?qū)嶒灲Y(jié)果進行分析。實驗中不能做出故障現(xiàn)象在仿真中能夠很好體現(xiàn)，能進一步加強理解實驗中正確的操作規(guī)程。達到仿真更好地促進實驗，實驗更好地加深知識到能力應(yīng)用，使兩者很好地融合為一體。

四、課程評價及學(xué)生反饋

始終貫穿以學(xué)生為中心教學(xué)理念，課程評價是很有效的反饋手段。本課程采用章節(jié)疑難知識點反饋、隨堂測驗、每章結(jié)束后小測試、中期測驗、結(jié)課后考試多個測評環(huán)節(jié)，及時有效反饋課程各章節(jié)各知識點學(xué)生理解和掌握情況，及時評價學(xué)與教達成情況，知識到能力提升狀況。評價反饋與教學(xué)促進相融，課程組通過反饋及時進行調(diào)整教學(xué)過程，查漏補缺，達到課程目標(biāo)要求，實現(xiàn)學(xué)生整體能力提升[8]。課堂測試采用雨課堂，主要反饋概念知識點理解；課后布置思考題和作業(yè)題，主要反饋原理性知識點，培養(yǎng)工程思維能力，分析問題能力提升；章節(jié)采用線上測試，主要反饋各知識點串聯(lián)，學(xué)生掌握知識是否形成有機整體；同時采用問卷星設(shè)置相關(guān)問卷，對教師教學(xué)活動的評價、教學(xué)進度快慢、學(xué)生需求、能力提升情況等多方面進行反饋。通過以上各環(huán)節(jié)，綜合共性問題，6位教師及時進行評判和調(diào)整；針對個性問題，有針對進行差別化輔導(dǎo)。特別結(jié)課后測試和問卷調(diào)查，全年級目標(biāo)達成情況分析，能夠很好給予課程組整個教學(xué)周期反饋，能夠為下屆更好教學(xué)，適度規(guī)劃課程內(nèi)容，合理有針對性布局，達到更好的教學(xué)效果。評價反饋機制是最有效的改進教學(xué)手段和方式。電機學(xué)課程組特別重視這一環(huán)節(jié)，每年都花費很大精力進行分析和更改。

五、知識前后類比貫通與工程思想突出強化

磁路理論貫穿到變壓器，直流電機，交流繞組理論，異步電機和同步電機始終，磁動勢，磁通密度，氣隙磁場，磁化曲線非線性，電機電磁基本理論滲透到每一章節(jié)，變壓器和每種電機結(jié)構(gòu)，物理規(guī)律，物理模型，數(shù)學(xué)模型，電路模型這種主線分類學(xué)習(xí)，每章節(jié)都是按照由易于接受到逐步復(fù)雜，層層遞增推進，如繞組理論中，先繞組，再線圈，線圈組，一相繞組，最后到三相繞組；先集中繞組，再分布繞組，再短距繞組，最后到整個線圈組。變壓器先單相雙繞組，再空載到帶負載，最后三相變壓器；單相變壓器等效電路同三相異步電機等效電路類比，繞組感應(yīng)電動勢中分布因素與短距因素同繞組感應(yīng)磁動勢中分布因素與短距因素類比，各知識點同前面尋找類比相似點，使學(xué)生對知識掌握形成前后相融，互相貫通[9]。

變壓器通過折算原則得到等效電路圖，同樣異步電動機經(jīng)過等效變換得到等效電路圖，兩者隱含磁路的工程思想，最后通過等效電路圖分析和解決變壓器和異步電動機運行特性。在電機和變壓器分析中把磁場轉(zhuǎn)化為磁路，利用磁路定律分析電機和變壓器工程思想，對電機和變壓器產(chǎn)生電動勢和磁動勢采用諧波理論分析工程思想，繞組理論中短距繞組推算轉(zhuǎn)換為整距繞組計算工程思想，直流電機中通過換向器產(chǎn)生靜止磁場分析思維，諸如此類每章節(jié)都提煉，抓住典型，突出強調(diào)，學(xué)生重視工程思想掌握，最終轉(zhuǎn)化為學(xué)生工程思維，提升學(xué)生的知識應(yīng)用能力。

結(jié)語

在電機學(xué)（一）平臺課程中，筆者針對各專業(yè)特點，進行了以上多方面的探索，深研課程特點，強化課前、課中和課后各個環(huán)節(jié)，采用線上和線下互補教學(xué)，采用仿真和實驗相融合方法，降低學(xué)生對該課程畏難情緒，采用學(xué)生評價反饋機制，提高學(xué)生由知識到能力提高，取得了良好的教學(xué)效果。