陳中顯

【摘 要】結合黃淮學院作為教育部應用技術大學改革戰(zhàn)略研究試點的實際，在分析地方本科院校校情和人才培養(yǎng)定位的基礎上，以自動化專業(yè)的“電機與拖動基礎”課程為例，闡述如何建設具有高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度的專業(yè)“金課”。通過一個學期的教學過程和實踐過程，文章重點從三維結構展示、線下和線上混合學習、仿真分析研究、樣品制作過程等方面，探索了“電機與拖動基礎”的“金課”建設過程，并得出若干結論。

【關鍵詞】“金課”;“電機與拖動基礎”;課程建設

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）10-0083-03

0 引言

2018年，從教育部陳寶生部長在“新世代全國高等學校本科教育工作會議”首次提出“金課”和“水課”這一概念，到后來教育部高等教育司吳巖司長在“中國大學教學論壇”上詳細闡述“金課”的三大標準，這為我國目前高等教育過程中亟待解決的“水課”課程教學改革問題指明了方向[1]。

什么是“金課”？吳巖司長概括得非常到位，指的是具備高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的課程。具體來講，高階性就是提高學生對于知識能力素質的有機融合度和解決復雜問題的高級思維能力;創(chuàng)新性就是充分把握課程知識的前沿性，提高教學過程的先進性和互動性，以及開發(fā)學習過程的勇于探索潛力;挑戰(zhàn)度就是增加課程的難度和拓展課程的深度，需要教師和學生共同“跳一跳”，從而完成課程的高標準教學和學習。至于何為“水課”？從教師的角度講，主要指課堂內(nèi)容乏味、教師跨專業(yè)教學、作業(yè)量少和課堂管理松;從學生的角度講，主要指學生收獲小、對課程不感興趣、易于拿到學分和較高成績[2]。

1“金課”課程體系的建設基礎

在上述背景下，黃淮學院作為教育部第一批應用技術大學改革戰(zhàn)略研究試點，應當兼顧地方本科院校實際和人才培養(yǎng)定位（服務于地方經(jīng)濟），建立與本地區(qū)水土相符的“金課”課程體系。具體來講，黃淮學院是一所地方本科院校，辦學經(jīng)費有限，則專業(yè)課程的建設就要與當?shù)靥厣漠a(chǎn)業(yè)發(fā)展緊密融合，這樣不僅節(jié)約了教學成本，也向學生提供了參與企業(yè)生產(chǎn)實習的機會，并提高了學生畢業(yè)后服務于地方經(jīng)濟的能力。以自動化專業(yè)的“電機與拖動基礎”課程為例，由于本地區(qū)有一個我國中西部地區(qū)最大的電動車生產(chǎn)基地汝南新能源電動車產(chǎn)業(yè)園，則“電機與拖動基礎”課程的“金課”建設過程，可以圍繞電動車的電機結構、工作原理和運行控制等內(nèi)容展開，而不是緊跟技術前沿，做電磁彈射電機的“金課”建設和教學[3]。

因此，本文圍繞上述的地方本科院校實際和人才培養(yǎng)定位，以自動化專業(yè)的“電機與拖動基礎”課程為例，從三維結構展示、線下和線上混合學習、仿真分析研究、樣品制作過程等多步驟和角度，探索了“電機與拖動基礎”的“金課”建設過程，并得出若干結論。

2 “電機與拖動基礎”的“金課”建設過程

在諸多基礎學科知識的授課過程中，均是遵循點、線、面的教學過程，講究的是知識學習需要循序漸進，以點滴積累至匯成大海。而專業(yè)課程“電機與拖動基礎”的授課過程中，必須采用面、線、點的教學過程，只有對電機的整體結構有一個清醒和真切的認識，才能充分掌握電機運行過程中的電、磁、力三要素之間的相互關系。因此，“電機與拖動基礎”的“金課”建設過程，必須以其三維結構展示作為啟程點。

2.1 三維結構展示

由于電機不可隨意拆卸，且其重量較大，不易在理論課堂上進行實物演示和講解，所以筆者在講授“電機與拖動基礎”這門課的首次課堂中，首先通過三維畫圖軟件（Solid works）和實物圖片，向學生們展示了三相感應電動機的結構組成。通過軟件調(diào)整電機各個部件的三維圖坐標位置，可以使學生們輕松地從各角度了解電機的結構組成;把電機結構的三維圖和電機部件實物圖做對比，可以加深學生的記憶和印象，使學生掌握電機各個部件的材料組成[4]。然后通過三維結構和實物圖對比，并結合之前的電磁感應基礎知識，可以引出電機在運行過程中的電、磁、力三個要素之間的聯(lián)系。在這種情況下，學生們可以在學習本課程之前，對電機的整體結構和組成有一個清晰的認識，這為后續(xù)理論課程講解和實驗操作奠定了扎實的感性基礎。圖1是“電機與拖動基礎”課程的電機三維結構展示分析過程。

從學生們的課堂反饋和實驗操作概況，驗證了電機三維結構演示作為“電機與拖動基礎”課程講學的首堂課，是完全正確的和切實有必要的。

2.2 線下和線上混合學習

“電機與拖動基礎”是一門有著較高學習難度的專業(yè)課，其包含的電場、磁場和力場，以及三者之間的相互關系邏輯分析，具有很強的抽象性和復雜性。因此，針對課堂學習時間不足、無法兼顧每個學生學習能力和進度的情況，可以采用線下和線上的混合學習模式，從而促進師生在教和學方面的充分交流，進而增強學生作為學習主體的參與度和理解度[5]。

所謂線下學習，主要指課前預習、課堂學習、課后復習和課后實踐等學習過程。事實證明，養(yǎng)成良好的課前預習模式，有利于學生在課堂學習過程中分析和解決具有針對性的問題，提高課堂學習質量和效果。此外，針對“電機與拖動基礎”課程而言，課后復習和課后實踐（實驗），有利于鞏固和加深學生們對于電機工作原理的深入了解。所謂線上學習，指的是學生們通過慕課（MOOCS）、云課堂、學習強國等網(wǎng)絡平臺，了解國內(nèi)外優(yōu)秀教育工作者對于“電機與拖動基礎”這門課的獨到授課過程，彌補線下學習過程中的不足，從而增強學生們在課程學習過程中的主動性和創(chuàng)新性。

綜合線下學習和線上學習的各自優(yōu)點，則線下和線上學習的混合學習模式應運而生，這也是打造“電機與拖動基礎”這門“金課”的核心。線下和線上混合學習模式（如圖2所示），充分體現(xiàn)了教師和學生的雙主體角色，實現(xiàn)課堂教學和課外教學的有機融合，使學生成為教學過程的“登山者”，教師成為學生學習的“登山臺階”。

上述幾種教學流程，極大地改變了“電機與拖動基礎”的傳統(tǒng)教學流程，改變了教學始終以教師作為主體的陳舊觀念，真正實現(xiàn)了以教師和學生作為教學過程中的雙主體思想。

2.3 仿真分析研究

隨著當前計算機的數(shù)據(jù)處理能力大幅度提高，一些電機仿真分析的軟件應運而生，譬如ANSYS公司的Maxwell電磁場模擬軟件、Motor Design Ltd公司的Motor-CAD電機熱計算，以及Infolytica公司的MagNet電機電磁場模擬分析軟件等，這些軟件不僅能夠精確地計算瞬態(tài)磁場分布、電場分布、損耗分布、感應電動勢變化、力矩變化、負載特性等，也能夠完成電極結構的應力分析和溫度場分析，完全滿足電機運行狀態(tài)的仿真分析研究工作[6]。尤其重要的是，電機的仿真分析研究，可以為電機結構和性能的優(yōu)化設計奠定完善的理論基礎。

圖3是電機運行性能的二維結構仿真分析過程。首先，可以通過動態(tài)和靜態(tài)的二維平面，分析電機的磁力線分布和磁密分布，查看電機整體結構的初步合理性;其次，查看和分析電機的感應電動勢、電磁力、磁鏈等電磁參數(shù)，并分析這些參數(shù)的特點，譬如感應電動勢和磁鏈的諧波分析、電磁力的幅值分析等;最后，基于上述電機電磁參數(shù)的分析，進行電機結構尺寸和材料的優(yōu)化設計，并加以仿真分析驗證，從而確定待加工的電機樣品結構尺寸和材料。

電機仿真分析研究，是打造“電機與拖動基礎”這門“金課”的要素之一。該要素在很大程度上緩解了“電機與拖動基礎”這門課的枯燥難學困境，使教師在教授這門課的過程中延伸了教學時間和空間，同時也給予學生們一些諸如眼睛愉悅和心靈震撼的感受。所以，仿真分析研究豐富了教學生態(tài)，為學生們的創(chuàng)新思維和實踐提供了諸多軟件環(huán)境。

電機仿真研究也是電機設計和加工制造的先遣環(huán)節(jié)之一。譬如，通過仿真分析研究，可以得到電機尺寸與電機性能之間的邏輯關系，從而可以尋找到基于最優(yōu)電機性能的電機尺寸結構。諸如此類的研究工作，已經(jīng)在很多文獻資料中得到驗證。

2.4 樣品制作過程

經(jīng)過了電機的三維結構展示、線下和線上混合學習、仿真分析研究之后，就是電機樣品的機械加工和組裝過程了。電機樣品制作過程，考查了學生理論學習和實踐是否合理統(tǒng)一。電機樣品制作過程需要注意以下幾個方面。

（1）避免電機的尺寸和結構過于高精密。電機結構過于復雜或尺寸精度過高，將會導致無法進行電機樣品的機加工，從而使先前的仿真分析和優(yōu)化設計徒勞無功。因此非常有必要讓學生認識到這一點的重要性，既要仰望天空，又要腳踏實地。

（2）電機材料的物理特性差異。電機的材料主要由銅制材料的繞組、導磁材料的定子硅鋼片和轉子硅鋼片、永磁材料（永磁電機）、外部結構框架組成。由于各個公司的生產(chǎn)工藝特點，導致硅鋼片和永磁材料的實際物理特性與理論物理特性有差別。大多數(shù)時候，電機材料的實際物理特性略低于其理論物理特性，因此學生們應該在電機加工過程中學會適時調(diào)整理論數(shù)據(jù)，做到理論與實踐的高度有機統(tǒng)一。

（3）電機的裝備過程。電機的裝備過程中，最容易出現(xiàn)錯誤的就是其繞組的繞制問題。由于電機的繞組有相數(shù)和匝數(shù)的區(qū)別，并且其匝數(shù)眾多，一不小心將會使繞組的繞制方向發(fā)生錯誤，或者是各個相繞組的串聯(lián)發(fā)生錯誤，因此電機的裝備過程，可以提高學生在實踐過程中的精力集中度和認真度。

（4）通過電機的樣品制作過程，可以加深學生對于電機結構的理解，并為后續(xù)的電機控制過程學習和實操奠定扎實的實踐基礎。

3 結論

本文基于地方本科院校和應用技術大學改革試點的特點，闡述了自動化專業(yè)“電機與拖動基礎”課程的“金課”建設之路：以三維結構展示作為“金課”建設的開端;把線下和線上學習當做“金課”建設的核心;強調(diào)課程學習后續(xù)環(huán)節(jié)的仿真分析研究和樣品制作過程，從而提高“電機與拖動基礎”這門課程的高階性和挑戰(zhàn)度，并激發(fā)學生在學習過程中的創(chuàng)新能力。

“電機與拖動基礎”是一門學生普遍反映難度較大的專業(yè)課，其“金課”建設過程需要著重注意以下幾點：一是要調(diào)動學生的積極性，祛除學生的短期功利性心態(tài);二是要培養(yǎng)學生的學習興趣，因為興趣是學習效果提升的第一驅動力;三是提高課程實踐的安全性，這門課程的實踐過程中會涉及電和力的因素，一旦出現(xiàn)安全事故，所有的“金課”建設過程將會毀于一旦。

參 考 文 獻

[1]吳巖.建設中國“金課”[J].中國大學教學，2018（12）：4-9.

[2]李志義.“水課”與“金課”之我見[J].中國大學教學，2018（12）：24-29.

[3]朱曉吾，楊守珍.150多億元是怎樣引進來的——河南省汝南縣“新能源電動車產(chǎn)業(yè)園”誕生記[J].決策探索（下半月），2015（8）：87-88.

[4]李軍利.基于SolidWorks的電機控制器水冷散熱器熱分析[J].汽車與駕駛維修（維修版），2018（10）：86-91.

[5]徐曉丹，劉華文，段正杰.線上線下混合式教學中學習評價機制研究[J].中國信息技術教育，2018（8）：95-97.

[6]趙九峰.基于ANSYS Workbench自控飛機回轉機構驅動功率的計算及電機選型[J].機械，2019，46（4）：30-33.