电机与电力拖动课程教学方式改革的探索研究

2020-03-26 00:31:47 《艺术科技》 2020年1期

谢超 朱银龙

摘 要:电机与电力拖动是一门内容繁杂、概念抽象、实践性强的专业基础课,传统的教学方法难以适应现阶段该门课程的教学需要。有鉴于此,本文首先从教学内容、教学安排、教学手段三方面对该门课程的教学现状及存在问题进行分析。进而针对现存问题,对电机与电力拖动课程的教学方式改革进行探索与研究,并提出一系列相应的优化调整措施,旨在改善传统教学模式,满足课程教学需求,提高课程教学质量。

关键词:电机与电力拖动;教学方式;教学改革;探索研究

电机与电力拖动课程是为机电一体化、电气工程、自动化等专业所开设的一门专业基础课,是电机学和电力拖动基础两门课程的有机结合。[1]该门课程旨在让学生掌握电机的基本原理、运行特性、控制方式、电力拖动系统的分析与计算等方面的知识和专业技能,为职业能力的培养做准备。因此,该门课程在上述专业人才培养方案中起着承上启下的作用,其教学质量的优劣将对后续专业课程的学习产生极大的影响。然而,长期以来,电机与电力拖动这门课程因其涵盖知识面广、理论性强、概念抽象、内容复杂等特点,在教学过程中一直存在着教师难教、学生难学的“两难”境地,[2]这使得传统的教学方法难以适应现阶段课程教学的需要。因此,开展对该门课程的教学现状分析及教学方式改革的探索与研究具有重要意义。[3,4,5,6]有鉴于此,本文将根据我校在电机与电力拖动课程中的教学现状,并结合自身的教学体会,重点分析该门课程在现阶段教学过程中所存在的问题,发现症结所在。进而在此基础上,对电机与电力拖动课程的教学方式改革进行探索与研究。

1 教学现状及问题分析

作为一门非常关键的专业基础课程,电机与电力拖动这门课程既强调科学理论性,又强调实际应用性,因此对教学质量提出了多方面的要求。本文结合从事该门课程的相关教学经验,从以下三方面对该门课程的教学现状及存在问题进行分析。

1.1 教学内容方面

一方面,电机与电力拖动课程将电机学和电力拖动内容有机地结合在一起,主要讲授各类电机的基本原理与特性,以及利用电动机作为原动机来拖动生产机械按人们规定的要求进行运动的基本理论,涉及有关电、磁、力、热以及结构、材料和工艺等多方面的知识。教学内容多而杂是该门课程的一大特点。因此,亟须对教学模式进行改革以应对内容多、知识广与进度快、学时少之间的矛盾。

另一方面,教材的质量是影响课堂教学质量的另一个关键因素。首先,电机与电力拖动课程的相关教材在内容编写方面运用了大量篇幅的数学公式,这使得在整个教学过程中不可避免地要去掌握并理解这些数学公式的变形及推导。晦涩的内容无疑加剧了教学的“两难”困境,同时往往也忽略了对公式背后物理意义真正有意义的理解。其次,当前的教材大多对近年来电机领域涌现的先进技术、工程实践等方面的内容编排过少,凸显出一种知识滞后、偏重理论、脱离实际应用之感,影响教学质量。

1.2 教学安排方面

目前,国内高校普遍将电机与电力拖动课程的教学重点安排在课堂讲授上,相较而言,实践教学的课时比重过少。再加上当前这门课程的考核评价方式局限于理论考核,使得学生们将课程的学习重点过多地放在理论概念和数学公式的死记硬背上,忽略了关键的实验与实训课程的学习与锻炼。这造成了在整个教学过程中重视理论知识考核,忽视对学生工程实践应用能力培育的严重问题。再者,一些教学单位实验设备的不足,这也是造成上述问题的一个原因,过多的学生被同时安排至一套实验设备上,严重打击了许多学生的实验积极性,助长了实验任务完成的依赖性。

此外,教师队伍的整体素质也对课程的教学质量有着重要影响。目前,我校该门课程的任课教师主要来自海内外各大高校毕业的博士研究生,涵盖了机械工程、控制科学与工程、物理学等多种专业。这些教师的年龄大多在35岁以内,年轻化是这支队伍的一大特色。然而,其中鲜有教师是电气工程及自动化专业出身,甚至有部分教师在授课前自身都未有系统地学习过该门课程。如此便带来了一个严重的问题,即许多教师在课程的教学过程中,并不能准确地把握知识的难点和重点。加之青年教师教学经验的不足、教学理念的匮乏,造成了该门课程照本宣科的现象比较严重,严重阻碍了课堂教学质量的提升。

1.3 教学手段方面

电机与电力拖动这门课程的知识体系是建立在多门基础课程之上的,这些基础课程包括了高等数学、大学物理、电路原理等。因此,要学好这門课程,就必须要具备较强的理论基础。然而,上述基础课程均是本科学习中的难点课程,课程难度的大幅累加使得许多学生在该门课程的学习初始便屡屡受挫,因而心生恐惧,逐渐地产生了抵触情绪,失去了学习的积极性和主动性,严重影响了自身的学习质量。

传统的教学方式以教师的课堂讲授为主,实验实训操作为辅。这种方式更侧重于理论学习,而学生的实践机会较少。同时,在教学过程中面临着学时少、知识多、内容难、教学效果弱的矛盾。如此,教师往往按照自身对电机与电力拖动这门课程的理解,来传授知识,而学生为了应对理论考试,不得不进行大量机械性的记忆,表现出了被动的学习行为。此外,在授课的过程中,教师未具备问题导向性,加之该门课程本身比较复杂,使得授课过程过于抽象,难以激发学生的学习主动性和兴趣,学生的课堂参与程度不髙。这种传统的教学方式使得学生无法对知识进行灵活的应用,缺乏创新能力,难以培养学生关键的工程和实践能力。因此,以上种种迹象充分说明了传统的教学方式并不完全适应电机与电力拖动这门课程的特性,阻碍了教学的进一步发展。

2 教学方式改革的探索与研究

2.1 针对教学内容

针对电机与电力拖动课程教学内容多、杂、晦涩、滞后的特点,我校课程教研组根据多年的相关教学经验,同时结合学生的实际学习情况,推出了一系列的教学内容优化措施。

第一,淡化公式推导,强调基本应用。该门课程中许多结论的理论推导是非常烦琐的,并且对先前的高数、物理基础要求很高。许多学生在先前课程中学习得并不好,结果导致老师在推导这些公式时,常常已耗费了大量的课堂时间,学生仍难以真正理解。鉴于此,我校在教学中一直主张“以应用为导向”的教学思想,在课堂中对公式的推导过程只作简单的介绍,而把讲授的重点放在传授学生如何应用方面,仅对结论公式作重要的说明,同时强调该结论公式的应用条件、方法及场合。而对于学有余力的学生,再将这部分略去的内容放入课后,当作一项附加任务,如此更能激发他们的学习研究兴趣。这样既满足了该门课程的教学安排,又更好地响应了本科教育精神。

第二,增加形象演示,理论联系实际。电机与电力拖动课程具有理论性强、概念抽象的特点,加之本科学生的感性认识和实践认识不足,致使该门课程在教学中应当做到尽量使用实物、教具、模型、动画等更直观的演示手段。增加形象性演示,增强学生的感性认识,以此加深学生对理论知识的理解和掌握,从而获得事半功倍的教学效果。例如,在讲解交流电机原理时,若能利用一个拆解的旧电机来实物展示其具体结构及绕组情况,再配上相关的动画演示,便能使学生一目了然,速度掌握此处知识,提升学生的学习效率,同时也降低教师的讲解难度。

第三,优化教材内容,补充最新进展。近年来,电机技术日新月异,但该门课程的配套教材却相较而言显得滞后。有鉴于此,我校课程教研组对目前使用的配套教材内容进行了优化与更新。首先,在内容优化方面,我校教研组旨在做到因材施教,即根据学生及实际教学情况,重新整合并优化调整教学内容及授课体系,强调必要的理论基础;删减掉学科性过强而缺乏实践意义的部分,以便学生日后走向工作能够更好地理解与应用,从而实现教学安排与教学目标的有机统一。其次,在知识更新方面,任何一门课程只有把最新的知识理论传授给学生,才能激发起学生的求知欲,真正地把这门课程教好。因此,该门课程的教师应当认真备课,积极查阅最新的信息资料,及时了解当前的科技动态,不断更新、丰富、改进自己的授课教案与讲稿,真正做到授课体系的实时更新及知识技术的与时俱进。

2.2 针对教学安排

针对电机与电力拖动课程在教学安排方面存在的问题,我校课程教研组对此进行了调整优化。

第一,鉴于电机与电力拖动是一门内容抽象而又实践性颇强的课程,我校课程教研组始终认为,在该门课程的教学过程中,实践教学与理论教学应具有同等重要的地位,彼此之间是相辅相成、相互促进的关系,因而一直主张增加实践课程的学时和成绩比重,并在初步课程调整下收获了一定成效。将理论教学与实验教学进行融合,将部分晦涩的理论课程内容转移至实验室内进行讲解,通过直观的实验演示,达到事半功倍的教学效果。同时还主张理论和实验课程均由同一名教师承担,如此安排可以让该名教师更合理规划、统筹全局,使教学内容更具针对性和目的性,以改变传统的理论课堂和实践课题分离的教学弊端。

第二,对实验教学内容进行改革。传统的实验教学模式主要以对所授理论知识的验证为主,学生仅需按照统一方法重复已验证过的实验,即可得到对应的实验结果。虽然这种模式亦可在一定程度上培养学生的动手能力和技能,但更多的是重复性操作,且易让学生产生实践上的依赖,不利于调动学生的实践积极性和培养创新意识,使得传统实验教学模式始终处于一种机械重复、缺乏主动创新的不良形态。因此,实验教学应当尽量从机械重复性转变到实践创新性,即减少演示性、验证性的实验教学内容,增加综合性、设计性的内容,旨在让学生通过课程知识、文献查阅、探索讨论等来完成实验任务,培养学生的实践及协同创新能力。

第三,不断提升任课教师的教学水平。毫无疑问,任课教师的教学水平直接关系到课程的教学质量,只有不断提高教师队伍的整体知识与实践水平,才能不断丰富课堂内容,提升教学质量,从根本上吸引学生参与到课程学习与实践中去。因此,我校课程教研组对电机与电力拖动课程的教师提出了以下要求:首先,建立青年教师教学导师制,为新进青年教师分配教学导师。该导师由具有相关教学经验和教学水平的资深教师担任,对青年教师在课程教学上实施全方位的指导,同时制定相关的考核制度。其次,课程教师应通过精品课程等学习资料丰富完善自身的教学技巧,并定期组织教研组内进行集体学习,分享彼此的学习心得,旨在以名师为学习对象,不断提升教研组专业水平,注重该学科的知识学习与积累。最后,课程教师应把握每次外出调研学习的机会,深入企业生产一线,了解与课程相关的生产过程、实际需求以及先进技术,以“双师型”教师为努力方向,不断前进。

2.3 针对教学手段

针对目前电机与电力拖动课程教学手段形式较为单一且效率不高的问题,前文已经有部分涉及。除此之外,对于上述问题,我校课程教研组还有以下建议。

增加辅助教学新手段,突破教学形式单一的瓶颈。如今,随着信息技术的飞速发展,计算机及其各项软件已经普及,并成为教学的重要手段之一。其中,MATLAB作为一款具有强大计算、绘图、动态仿真功能的数学软件,已在国外电机类基础教学中得到了广泛运用,而国内高校却在普及此类软件使用方面做得不足。为此,我校课程教研组建议加大MATLAB等软件的使用力度,并主张将此类软件融入电机与电力拖动课程的教学过程中,突破当前教学形式单一的瓶颈。

MATLAB软件在电机与电力拖动课程中的辅助教学功能主要可归结为3个方面:第一,数值计算。利用MATLAB中丰富的函数资源、计算资源,可以快捷、高效、准确地解决电机与电力拖动课程中的各类计算问题。因此,将MATLAB的数值计算功能与电机与电力拖动课程充分结合,不但可以简化繁杂的数学计算,而且还可以充实该门课程原有的知識结构体系,使学生更好地学习和研究。第二,曲线绘制。在电机与电力拖动课程的整个知识结构体系中,充斥着大量的公式和对应特性曲线。利用MATLAB则能以简洁的步骤将抽象的理论公式转化为更加直观、形象的图形,为多角度、多方面进行思考,引进创新思维提供良好的实践环境。第三,运动仿真。利用MATLAB提供的Simulink仿真工具,可以对电机与电力拖动课程中电机的稳态、瞬态运行过程进行模拟仿真。因为上述仿真操作简单易学,并且其中模块参数和仿真参数又便于调整,所以具有很大优势。同时,采用Simulink进行电机与电力拖动仿真实验,来代替相应的实物实验,也不失为对教学单位实验设备的不足的一种有效补充办法。

3 结语

本文根据我校在电机与电力拖动课程中的教学现状以及自身教学体会,分析了现阶段该门课程教学过程中存在的问题。结合这些现存问题,对电机与电力拖动课程的教学方式改革进行了探索与研究,并提出了一系列优化措施。这些调整措施主要集中在教学内容、教学安排、教学手段3个方面,旨在充分调动学生的学习兴趣,平衡理论学习与实践学习的关系,改善传统的教学模式,提高课程的教学质量,更好地满足本科教学目标。

参考文献:

[1] 吴玉香,李艳,刘华,毛宗源.电机及拖动(第二版)[M].北京:化学工业出版社,2013:1-6.

[2] 戴晓东,杨中华.《电机及电力拖动》教学亟待解决的问题及对策[J].中国科技信息,2008(24):181+183.

[3] 赵志科.基于应用型本科教育的《电机及电力拖动》课程探索与研究[J].读与写(教育教学刊),2018,15(10):87+107.

[4] 阎昌国.地方院校电机及电力拖动教学现状分析及对策[J].大学教育,2018(08):70-72.

[5] 周海燕,陈旻鹏,徐兆军,郑梅生.三螺杆泵寿命试验台测控系统设计[J].测控技术,2018,37(12):12-16.

[6] 黄玉萍.测试技术与传感器课程多元化教学改革探索研究[J].艺术科技,2019,32(17):139-140.

作者简介:谢超(1987—),男,江苏南京人,博士,讲师。

朱银龙(1981—),男,江苏东海人,博士,副教授。