“电机学”课程多元教学模式探索

摘    要：“电机学”课程在专业体系架构中起着承前启后的作用，教学内容涉及机、电、磁等多学科知识，具有机理结构抽象难懂的特点。对此，文章提出构建“一条贯穿主线、两种教学渠道、三层教学目标、四个教学模块、五类教学手段、六级评价体系”的多元教学模式，并深入探索多元教学模式内涵及实施方案。教学实践表明，多元教学模式有助于学生沉浸式获得理论知识及实操技能，以及树立正确的价值理念。

关键词：“电机学”课程；多元教学模式；教学改革；教学手段

中图分类号：G642.0      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2024）08-0061-03

一、引言

“电机学”是电气工程及其自动化专业的一门专业核心基础课程，在本科教学培养方案中具有承前启后的重要作用。“电机学”课程以认识电机开篇，以直流电机、变压器、同步电机、异步电机的专业知识为切入点，主要讲授4类电机的基本结构、工作原理及工作特性等。教学内容涉及机械结构、电路和磁路等多领域知识，理论复杂、实践性强。任思璟等人对此提出运用虚拟仿真技术提高课程教学质量的设计思想[1]。赵美娜提出一种利用数字化技术和信息化平台开展虚拟仿真教学的设计思想[2]。安国庆等人从思政角度出发，开展了提升“电机学”课程教学效果的课程改革[3]。肖金凤等人结合当前工程教育专业认证背景和在线开放课程的实践教学现状，阐述了“电机学”课程建设中的校企深度合作方式[4]。于艳君针对“互联网 +”背景下的在线教学模式进行了探索与实践[5]。

在“电机学”课程教学模式探索过程中，教师从顶层设计的角度出发，结合整个专业体系发展规律，开展教学改革。通过挖掘我国在电机领域中的重大创新成果，并结合案例法、探究法及虚实结合法等多种教学手段，激发学生的自主学习兴趣，在课程教学目标、教学内容及考核评价等方面开展教学模式研究，构建了“一条贯穿主线、两种教学渠道、三层教学目标、四个教学模块、五类教学手段、六级评价体系”的“电机学”课程多元教学模式，引导学生沉浸式获得理论知识及实操技能。对近3年课程教学实施方式及实施效果的分析表明，以上多元教学模式取得了较好的教学效果，同时，也为同类或相关专业的教学改革提供了一定的参考。

二、多元教学模式剖析

（一）一条贯穿主线

坚持立德树人的教育主线，以学生为中心，最大限度发挥课堂教学主渠道的育人功能。在实施多元教学模式前，教师先对该阶段学生进行学情分析。“电机学”课程在大学二年级下学期开设，在整个专业体系知识架构中起着承前启后的重要作用。该阶段的学生已系统学习了电路基本原理，掌握了基本电磁关系，具备查阅资料、分析资料和总结问题的能力，有足够的信心和强烈的好奇心。通过在教学过程中的正确引导，学生能够快速掌握课程理论知识及相关实践技能。

（二）两种教学渠道

目前，虽然中国大学MOOC（慕课）有很多优质的“电机学”课程资源，但很难推动班级全体学生主动参与在线课程的借鉴学习，因此，教师需要充分考虑“线上+线下”的混合式教学方式的实施措施。具体如下。

在课前，教师借助雨课堂平台发布预习课件及相关视频资料，并通过在线监测数据了解学生的课前预习情况。在课上，教师在讲授理论知识的同时，实时发布问题并随机选择学生回答， 这有助于保持全体学生持续性的注意力和关注力。同时，借助钉钉云课堂平台发布随堂小测试，后台记录数据并分析全体学生答题情况。这有助于教师及时了解课堂教学效果，掌握学生知识误区，从而及时采取相应纠正措施；也有助于学生及时了解自身学习情况，加强对相关知识点的理解，感受班级整体浓厚的学习氛围。在课后，教师借助QQ群或微信群，就相关问题与学生开展在线互动讨论，也可在课程结束后对学生遇到的问题进行及时互动解答，做到知识传授的持续赋能。

（三）三层教学目标

“电机学”课程传统教学方式的教学目标单一，仅局限于知识目标。而多元教学模式通过构建多维度知识体系，采用理实结合、虚实结合的方式，重塑、拆解、构建有深度、有广度的3层教学目标。以“变压器的并联运行”小节为例，具体教学目标如下。知识目标——知识获取：掌握变压器并联运行基本条件；掌握并联变压器容量与短路阻抗标幺值关系；掌握理想的并联运行条件无法满足时线路运行状态。能力目标——知识迁移：具备分析检测实际变压器是否可并联运行的能力；具备找到实际变压器并联故障原因的能力。价值目标——价值体现：具有专业认同感；具有科学严谨的工作精神；树立无规矩不成方圆的安全规范意识和职业法规意识。

（四）四个教学模块

教师根据电机类别将主要授课内容划分为变压器、直流电机、同步交流电机及异步交流电机4个教学模块。课程主要分析4类电机的对称稳态运行问题，着重阐述相关基本概念、基本理论和分析方法。教师通过引入典型工程案例，提炼科学问题，引导学生了解学科基础知识及技术发展前沿与瓶颈。教师强调学生对基础知识的深入理解和掌握，注重激发学生的创新精神，培养学生高度严谨的科学作风和积极投身祖国建设的爱国主义情怀。在涉及定则及求解思想的阐释时，教师注重培养学生辩证唯物主义世界观，并借助对电机结构及运行原理的对比分析使学生掌握科学有效的学习方法。

（五）五类教学手段

以“变压器的并联运行”小节为例，阐释课程教学过程中的5类教学手段，具体如下。①探究法：探究如何根据实际电力负荷投切选择变压器容量，以及在不断电情况下做变压器检修。②互动法：互动讨论采用变压器并联运行有何优点，以及是否任意2台或多台变压器均可直接并联。③类比法：类比“电路”课程，将变压器二次侧抽象为交流电压源，思考变压器并联运行的条件是什么。

④虚实结合仿真法：利用MATLAB仿真软件分析变压器理想并联运行条件未严格执行时的现象。⑤案例法：定量分析变压器3个并联运行条件（变比相同、联结组标号相同、短路阻抗标幺值相等）不成立时，2台变压器并联运行时的负荷情况。其中，教学手段①—③帮助学生加深对教学重点（掌握变压器并联运行基本条件）的理解和掌握。探究法引导学生以具体问题为导向，独立思考并总结结论；互动法采用生生互动、师生互动双管齐下的方式，激发并培养学生不断探索的科学意识；类比法引导学生将不同课程知识、同一课程前后知识等进行类比分析、融会贯通。教学手段④⑤帮助学生加深对教学难点（变压器某一并联运行条件无法满足时的运行状态）的掌握。考虑到将理论问题转化为工程实践问题的思维跨度较大，且受到某些实验条件在实验室难以满足的限制，在授课过程中，教师通过仿真软件，采用案例法进行虚拟仿真教学。例如，在MATLAB仿真软件中搭建GUI界面（Graphical User

Interface，图形用户界面）——“电机学”虚拟仿真实验资源库，如图1（a）所示；单击“三相变压器并联运行实验”按钮启动相应Simulink（可视化仿真工具）仿真模型，如图1（b）所示。学生通过在Simulink界面中进行参数调整，观察分析仿真现象。

理想变压器并联运行条件完全满足及3个条件依次不满足时的仿真波形如图2所示。在图2中，横轴为仿真时间，纵轴变量i1和i2分别为2个变压器AX相绕组的相电流。在图2（a）中，i1和i2相位相同，大小相等，因此2个并联变压器内部环流i1-i2＝0。而图2（b）—（d）中，2个电流的峰值激增，且相位几乎反向，表明此时变压器内部环流非常大，也侧面说明了实际条件下无法开展此类实验教学的原因。

（六）六级评价机制

“电机学”课程采用学生自评、教师自评、师生互评、同行互评、督导评价及社会评价6级评价机制。

首先，以问卷调查表形式开展的“学生自评+教师自评+师生互评”3级评价机制贯穿课程教学过程始终。其中，学生自评由学生自我考查其是否展现出对科学问题的独立思考能力，以及是否乐于尝试并提出个人观点。教师自评侧重考查教师自身教学手段是否有效实施及教学目标是否有效达成。师生互评主要是学生匿名评价教师授课方式并发表学习感悟，以及教师实名评价学生学习效果并给出学习建议等。

其次，以听课评价表形式开展的“同行互评+督导评价”2级评价机制随机嵌入课程教学过程。其中，同行互评考查教师授课内容是否符合学生知识水平层次，以及授课方式是否突出解决重难点内容。督导评价侧重考查教师采用的教学方式、教学手段及教学理念是否与时俱进，是否有助于学生对新知识的消化和吸收。

最后，以反馈信息表形式开展的社会评价作为6级

评价体系的压轴环节，旨在关注用人单位对学生专业理论付诸实践的知识迁移能力的满意度，主要考查学生对学科知识体系的掌握情况是否匹配当前技术发展要求、是否具备相应的工程伦理意识，以及是否具备求真探索的工匠精神。

多元教学模式中的6级评价机制的终端为教学反思。在课程教学过程中，教师不仅要将专业知识点讲深、讲透，还要实时结合6级评价机制结果，不断调整和完善教学内容、教学方式及教学手段等，更要结合社会评价信息，考虑所授电机学理论知识在电力技术发展中的发展

历程，融入电力行业科技最新发展动态和前沿知识。

三、结束语

多元教学模式实施全过程以教师为主导、以学生为主体，时刻培养学生的工程意识和科学严谨的工匠精神，

对于不可线下操作的实验，通过对“电机学”虚拟仿真实验资源库中各动态模型及仿真波形的观察分析，学生能够直观清晰地理解相应难点内容；对于可同步线下操作的实验，通过线上虚拟仿真及线下实验相结合，学生能够加强对实践过程的理解和掌握。同时，电气工程及其自动化专业学生在大学三年级会进行中级工（电工）实训技能训练考核，而考核中的异步电机星三角启动的典型实践环节，会再次通过案例法对电机学相关知识进行理论及实践应用。

拓宽学生认知领域。在近3年的教学实施过程中，学生主动学习、主动互动的频次明显提升，课程综合成绩明显提高，证实多元教学模式对于推动学生深入掌握电机学理论知识具有重要意义。同时，该多元教学模式有效辐射到了电气工程及其自动化专业其他课程甚至其他学科课程，初步形成“课程—专业—学科”的课程教育教学体系，推动教育内涵式发展。结合以上教学实践，教师还需要对以下问题进行深入探索。第一，加强顶层设计。学生前期理论基础较薄弱，工程意识不强，不能及时关注电力行业最新发展动态，因此，教师需要进一步梳理专业课程体系，结合课程特点，落细、落实课程教学方案，提高课程授课效果和质量。第二，加强团队建设。在采用多元教学模式的课程备课阶段，教师在相关视频资源、动画资源等的整合上耗时巨大，因此，需要不断提升教师的综合素质，加强团队合作。

参考文献：

[1]  任思   ，姜志成，刘远义，等.应用虚拟仿真技术促进

“电机学”课程教学质量的研究[J].黑龙江教育（理论

与实践），2016，70 （1/2）：73-74.

[2]  赵美娜. 基于智慧教育的教学设计研究与实践[J].

黑龙江教育（理论与实践），2023，77（4）：48-50.

[3]  安国庆，梁永春，李争，等.“电机学”课程思政教学融

入点设计与讲授[J].中国电力教育，2021（7）：54-55.

[4]  肖金凤，徐祖华，邓攀.电机学精品在线开放课程校

企合作初探[J].中国教育技术装备，2020（4）：50-52.

[5]  于艳君.“互联网 +”下在线教学模式探索与实践[J].

黑龙江教育（高教研究与评估）， 2020，74（11）：28-29.

■ 编辑∕陈晶

收稿日期：2023-11-19                                                          修回日期：2023-12-13

作者简介：李昆鹏，女，讲师，博士，研究方向为电机学本科课程改革；刘丽英，女，副教授，博士，研究方向为电路本科课程改革；胡山，男，副教授，研究方向为电机控制本科课程改革。

基金项目：第二批天津市一流本科建设课程项目“线上线下混合式课程”（XJJW2146）