工程教育专业认证下“电机与拖动”课程工程案例教学实践

［摘 要］ “电机与拖动”是自动化专业的核心课程，其具有很强的综合性和实践性。目前，传统的灌输式教学难以满足工程教育专业认证要求，在课堂教学中引入一定的工程案例并加以实施，有助于理论联系实际，激发学生的学习热情，达成课程教学的培养目标。在介绍工程案例教学方法的基础上，阐述了“电机与拖动”课程工程案例教学的实施方案。教学实践表明，在“电机与拖动”课程教学中引入工程案例教学能够有效提高学生的学习积极性和主动性，同时，对培养学生分析和解决实际工程问题的能力具有重要意义。

［关键词］ 工程教育专业认证；电机与拖动；工程案例教学

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）31-0169-04 ［收稿日期］ 2023-08-21

工程教育专业认证是对高等学校工科专业实施的专门性认证，是我国高等工程教育参与国际竞争的重要基础，自2006年10月，我国启动开展这项工作以来，对提高工程人才培养质量发挥了重要作用［1］。为培养具有较强工程实践能力的工程技术人才，工程教育专业认证标准“毕业要求”中特别强调高校毕业生应具备能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理进行分析和解决复杂工程问题的能力。因此，为了达到这一培养目标，要求在专业课程教学环节中需要体现复杂工程问题的具体性，专业教师要将实际工程中的问题引入到课堂教学中［2］。

“电机与拖动”是自动化专业的重要专业基础课程，在自动化专业课程体系中起着承上启下的作用。该课程的特点是理论性强、学科综合性强、工程实践性强。因学生缺乏相关背景知识及工程经验，在课程教学中，普遍反映“电机与拖动”是一门概念原理抽象、内容公式繁多、理解消化困难的课程［3］。掌握“电机与拖动”的基本原理和工程应用，对于完善学生的专业知识体系结构，培养分析和解决实际复杂工程问题的能力具有重要作用［4］。在工程教育专业认证的大背景下，仍然采用传统的方法进行“电机与拖动”课程教学已不能满足工程教育专业认证标准要求。因此，为实现支撑专业认证和培养工科学生的工程意识及综合运用学科知识解决复杂工程问题能力这一目标，笔者对“电机与拖动”这门工程实践性较强的课程教学模式进行了改革，探索了工程案例教学模式，取得了良好的教学效果。

一、工程案例教学的内涵和开展案例教学的意义

（一）工程案例教学的内涵

案例教学法由美国哈佛大学法学院前院长朗代尔于1870年首创，并运用在法学教学领域中，1910年后又被广泛应用于医学领域。案例教学是指教师根据教学大纲规定的教学目标和教学内容，将精选的案例作为基本教学材料，引导学生通过运用所学的有关知识和理论对案例中的现象进行调查、思考、分析和讨论，从而激发学生的学习兴趣，使学生在具体的实践情境中认真思考、主动探索，培养其综合运用知识分析和解决实际问题的能力。案例教学是理论与实践相结合的一种有效教学方法，在我国教育教学中的应用相对较晚，还处于探索阶段，特别是在工程教育方面的应用尚处于初期阶段［5］。

工程案例教学是案例教学在工程实践性较强课程中的推广和具体实施，是将发生于生活、自然、工程实践等当中的客观事实，通过整理和归纳，以文字、数据、表格和视频等方式进行表现，形成可在课堂教学中进行交流或探讨的工程案例材料，教师通过这些案例向学生传授知识，引导和启发学生通过主动思考、认真分析来培育正确的工程观念、良好的工作作风、优秀的沟通协调能力及团结协作精神，培养发现问题、分析问题及以提升应用理论知识解决实际工程问题能力为目标的一种教学方法或教学过程［6-7］。工程案例教学法是推进素质教育培养高水平技术人才的重要教学方法。

（二）开展工程案例教学的意义

近些年来，高等教育质量问题受到社会极大关注。大部分工科高等学校都在积极开展工程教育专业认证、新工科建设等工作，以期培养出能适应社会需求的高素质人才。在传统教学中，教师居于主导地位，是主动施教，学生处于被动地位，是被动参与。教师根据大纲要求和教学内容从头到尾对学生采用灌输式传授，难以适应当前高校工程教育专业认证对人才的培养目标要求，没有体现“以学生为中心”的教学理念。同时，目前大学课程都面临以下共性问题。

1.课程学时不断被压缩，教师以满堂灌方式完成教学内容，学生没有独立思考时间，使得学生能力得不到培养。

2.课程内容与实际应用联系不紧密、课程内容陈旧、教学方法不新颖等，致使学生学习兴趣和求知欲下降。

3.考核方式单一，在一定程度上使得学生仅满足于掌握课堂所传授的基本内容，不利于学生探索精神和自我学习能力的培养。

然而众多实践教学表明，工程案例教学以探索性、实践性、灵活性等理论内涵契合了当前工程教育认证背景下对学生综合能力培养的要求［8］。工程案例教学的引入是培养符合工程教育专业认证要求能力的工程类毕业生的措施之一。因此，工科院校在工程实践性、应用性较强课程中引入工程案例教学，一方面能够有效地促进学生对后续专业知识的学习，提高学生的学习积极性和主动性；另一方面有利于培养学生综合运用所学知识来解决复杂实际工程问题的能力，对人才培养质量的提高有着重要意义。

二、工程案例教学的设计与实践

（一）工程案例选择和编写原则

工程案例的选择和编写是工程案例教学的关键所在，直接影响到案例教学的成功或失败。没有恰当的工程案例，案例教学将达不到预期的教学目标和成效［9］。因此，选择和编写工程案例时应符合典型性、真实性、新颖性和完整性等基本原则。

1.典型性。即所选工程案例应具有代表性，能反映本学科的典型特征和涵盖相应课程的大多数知识点。

2.真实性。即所选工程案例应来自真实的生产实践活动，案例中描述一个真实事件，引用数据准确、真实、可靠，而非虚构脱离实际的。

3.新颖性。即所选工程案例应当是学生感兴趣且容易接受的案例，新颖的案例不仅可以激发学生的学习兴趣、求知欲望，而且还能调动学生的学习积极性和主动性。

4.完整性。即所选工程案例从开始到结束是一个完整的情节，而非片段的。案例的表述体现出完整、简洁、明了的特点。

（二）“电机与拖动”课程工程案例教学的探索与实践

在工程案例教学在实施过程中，从教学环节上分为案例准备阶段、课堂教学阶段、总结评价阶段等，其流程如图1所示。

为了检验工程案例教学在“电机与拖动”课程中的应用效果，本文在教学中就图1中的几个教学环节进行了相应的探索与实践。

1.案例准备阶段。工程案例准备通常在教师备课阶段完成。教师根据上述工程案例选择和编写原则，并结合课程教学大纲和教学内容，合理准备教学案例数量与内容。例如，在《三相异步电动机电力拖动》一章中准备的一个工程案例：“在一些三相异步电动机使用量较大的工厂中，三相异步电动机采用哪些常用的启动方法？为什么常采用自耦变压器来帮助启动？为什么用一台自耦变压器不同时启动多台三相异步电动机？”这个案例涉及的知识点不是很多，但具有一定的工程应用性质。教师一般在上课前两周左右时间通过QQ或微信等方式把案例材料发给学生。学生收到案例资料后，先阅读案例，了解案例中所涉及的相关知识和案例中的问题。学生通过查阅资料，认真思考分析案例后，初步给出自己的思想观点以及问题的解决办法。在这一阶段实施中，学生的自由探究极大地提高了他们主动学习的兴趣。

2.课堂教学阶段。进入课堂后，教师根据前期的教学设计，引入工程案例，介绍工程案例的背景和内容，创设案例情境，引导学生自行分组，确定小组组长，转变身份角色。案例引入后，学生根据课前的准备，就案例中所提出的问题开展讨论，阐述自己的理解、认识和观点。讨论形式或在各小组内部，或由教师组织在教学班内开展讨论。在讨论过程中，一定要控制好时间，尽可能地让大多数学生有发言的机会，参与到讨论中。针对小组内部的讨论，各小组长要做好记录，形成书面报告。在小组讨论结束后，由各小组长向全班学生做出汇报。本案例除第一个问题（三相异步电动机常用的起动方法）可以在教材中找到答案以外，其余两个问题由于涉及的相关知识较多，如三相异步电动机启动过程中的要求、自耦变压器起动原理、起动方法的优缺点等内容，教材或参考文献中没有直接给出答案。教学实践表明，为寻求问题的解决办法，在上一阶段准备环节中，学生们都会主动促使自己查阅相关资料、认真思考。在本阶段讨论环节中，学生们都会认真听取大家的发言、共同讨论，形成共识。总之，通过把工程案例引入课堂教学，激发了学生的参与意识，提高了学生的积极性、主动性，学生由原来的被动听课变为主动去思考和探索，同时，他们分析和解决实际工程问题的能力也得到了锻炼和提高。工程案例教学模式充分体现了“以学生为主体，教师为主导”的教育理念。

3.总结评价阶段。总结评价在工程案例教学实施过程中是一个重要环节。在案例讨论后，教师对案例教学的全过程进行总结与评价。其一，对教学内容进行归纳和总结，对具体案例探究成果，对学生学习、参与讨论情况进行点评和打分，并提出不足和改进意见。同时，学生也应针对案例内容进行认真总结，总结自己通过本案例学习，是否掌握了相关的原理和方法。其二，引导学生对案例内容及相关问题，在课后做进一步思考。尤其是第二点，就本案例来说，学生通过课堂讨论学习，对“为什么用一台自耦变压器不同时启动多台三相异步电动机”这一问题有了答案之后，教师可以引导学生进一步思考新的问题。比如，要实现“用一台自耦变压器不同时启动多台三相异步电动机”这一要求，是采用手动控制方式还是自动控制方式？若采用自动控制方式，则是通过继电接触器来控制还是用PLC控制器来控制？课后通过对这些问题的思考，学生的自我学习、深入探究能力将进一步得到提升。另外，在评分过程中，对于学生成绩，教师除了用传统教学的结果评价外，还根据每个案例教学中学生的参与讨论状况和对问题的认知度等进行综合评价。这种有效的评价机制，极大地调动了学生的学习积极性和主动性，达到了提高学习效率的目的。

结语

综上所述，工程案例教学是理论与实践相结合的一种行之有效教学方法，体现了“以学生为本”的教学理念，同时也体现了与工程教育专业认证标准中强调的“以学生为中心”这一核心理念的一致性，对于达成符合工程教育专业认证标准的教学培养目标和要求具有现实意义。

笔者对工程案例教学在“电机与拖动”课程教学中的应用进行了多轮实践，在激发学生的学习热情、提高学生的学习积极性和主动性，以及培养学生综合运用所学知识来解决实际工程问题的能力等方面，取得了一定的成效。但工程案例教学在工科课程教学中的应用仍处于探索阶段，教学中各环节的操作、处理还需进一步探索和完善，使工程案例教学在提高教学效果、培养工程意识和工程素质方面发挥更大的作用。

参考文献

［1］彭莉峻，韩行.工程教育专业认证下电工电子技术综合性实验项目改革［J］.实验室研究与探索，2018，37（7）：178-181+290.

［2］黄宜庆，陆华才.工程教育专业认证下自动化专业实践教学体系的构建［J］.绥化学院学报，2019，39（5）：131-132.

［3］朱凌云，孙培德，姚飞.电机与拖动基础课程教学改革探讨［J］.教育教学论坛，2020（35）：307-308.

［4］万林林，伍俏平，邓朝晖.工程教育专业认证下机械制造装备设计课程改革［J］.当代教育理论与实践，2015，7（4）：40-42.

［5］贾春娟，张卫星，王广柱，等.“高压直流输电”课程工程案例教学实践［J］.电气电子教学学报，2014，36（4）：56-58.

［6］吴宏岐，李晓斌，王亚云，等.《电气控制及PLC》课程工程案例教学方法研究与实践［J］.大学教育，2013（19）：70-71.