郭欣欣

（安徽工程大學<電氣工程學院>，安徽 蕪湖241000）

0 前言

延期返校，學校不停課，教師不停教，學生不停學。在突如其來的疫情面前，充分發(fā)揮“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的作用，全國高校教師進行了線上教學的智慧教學方式，如何做好線上教學設計，開展課堂內容教學改革，提高教學質量與保障教學效果，是值得思考的問題。

“電機學”課程是我校電氣工程及其自動化、自動化等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課程，也是強電類專業(yè)碩士研究生入學考試課程之一。它一方面以高等數(shù)學、復變函數(shù)及電路原理等課程為基礎，是電、磁耦合的產物，同時又是后續(xù)電力系統(tǒng)分析、電力系統(tǒng)自動化裝置、繼電保護等專業(yè)課程的基礎，在教學環(huán)節(jié)中起著承上啟下的重要作用，其教學質量的好壞直接影響學生對電力系統(tǒng)重要概念的理解以及后續(xù)專業(yè)課程的學習。該課程無論是從教學內容還是從教學目的來看，都是一門應用性和實踐性較強、涉及面較廣的課程，其基本原理和方法廣泛應用于電氣工程應用的各個領域，概念比較多且很抽象。因此，在教師和學生互不見面的情況下，提高教學質量與保障教學效果，是一項具有重要意義的工作。

然而，由于該課程對復變函數(shù)、電路的基礎要求較高，使得該課程的教學長期處于難教難學的兩難處境，主要表現(xiàn)在以下三個方面：

（1）該課程理論性強、抽象概念多，例如電磁量隨時間、空間坐標的復雜變化關系，不同類型電機的平衡方程、向量圖等各不相同，同一電機中又存在折算、對稱與不對稱、基波與諧波、暫態(tài)與穩(wěn)態(tài)等問題。

（2）該課程涉及的基礎理論和實際知識面廣，包括電、磁、力、熱、機械等多門學課，基礎性和專業(yè)性知識兼具。

（3）該課程的實驗及實踐綜合性強。由于重點、難點多，要求學生掌握的知識信息量大，同時要求學生會自行設計實驗方案，容易讓學生感到頭緒多、概念抽象、乏味枯燥、難以理解和掌握。甚至個別學生產生厭學、抵觸情緒。

因此，充分利用線上優(yōu)質教學資源和智慧教學工具，不局限于目前戰(zhàn)“役”狀態(tài)，不拘泥于單一方式，以提高學習成效為核心，重構教學設計，制訂在線教學新方案，創(chuàng)新開展線上線下混合式教學模式探索，成為課堂教學新生態(tài)。

1 線上教學設計

按照以往教學日歷，本課程的教學內容分四大部分，分別為變壓器、直流電機、同步電機和異步電機部分。按以往的教學設計，主要是前次課程教學內容回顧、新知識的講授，第二時段下課時，可以完成所有計劃教學內容。為了順利開展線上直播授課，遵循“實時交互所需要循序漸進開展教學設計的三個要點：碎、動、減”來進行線上教學內容設計，充分利用智慧平臺，將CloudPSS云平臺引入電機學實驗教學部分，化“實”為“虛”，彌補線上電機學課程實驗部分受空間、地點約束的缺點，同時提高了學生實踐實驗水平和質量，理論與實踐雙管齊下，以達到立體化教學效果，增強學生知識保有率。具體來說，內容如下。

1.1 將原教學單元進行碎片化的拆解

本部分主要通過課前測試回顧（簡稱課前測）、課中測試學情分析（簡稱課后測）及中間休息，將連續(xù)的上課時段分割成三段。這種打“碎”的教學設計，可以給同學們提供充裕的答題、消化、思考所學知識的時間，此為“碎”。

1.2 設置比校園課堂更豐富的互動手段吸引學生注意力

本部分設計“雨課堂+QQ分享屏幕”授課模式?！癚Q分享屏幕”可以完整顯示課件的實時動畫，比如在講授三相感應電機部分時，由于電機結構比較抽象，單憑簡單的課件或者課本語言描述，學生學起來就比較吃力，形象不鮮明，教師費盡口舌，學生對點就結構的印象還是云里霧里，但如果把電機結構拆分開了，以3D立體的形式展示給同學們，那效果是完全不一樣的，同學們度電機結構就一目了然。圖1為“QQ分享屏幕”分享的電機動畫分解圖。為了提高線上教學教學效果，授課過程中，還應注意與學生的互動。

圖1 三相異步電機3D動畫分解圖

“雨課堂”智慧教學平臺提供了彈幕和投票功能，適時的開啟，學生可以隨時發(fā)彈幕，表達意見，直播過程中老師可以及時解答；而在課件中插入一些投票題或選擇題，例如：“同學們有沒有去見過發(fā)電機？”“直流電是怎么產生出來的？”，“直流電能不能產生磁通”“一次繞組匝數(shù)大于二次繞組匝數(shù)的變壓器是升壓變壓器還是降壓變壓器”等，除了能將學生的注意力吸引到課堂，同時還能考察學生聽課情況，此為“動”。

1.3 適度減少課堂教學內容，采取措施保障課外有效學習

將傳統(tǒng)連續(xù)的教學單元帶到拆碎的教學單元，教學點沒有減少，但是因增加測試習題來鞏固對應知識點，在有效的教學時長中，使得教學內容必然需要減少。對于這部分內容，以“雨課堂”直播過程中發(fā)布測試題額方式，檢查課外自學效果，了解學生掌握知識情況。對教學內容的“減法”需要課內精講與課外有效學習的“加法”相結合，這是保證在線教學與課堂教學質量實質等效的關鍵，此為“減”。

1.4 引入CloudPSS云平臺搭建電機運行模型

CloudPSS（www.cloudpss.net），是基于WEB技術、云計算、異構并行計算的新一代電磁仿真工具，用戶只需在本地瀏覽器內構建需要仿真的算例，進行仿真時，算例將自動上傳到服務器，在云端完成計算。同時，利用CPU+GPU的異構平臺，計算過程中不僅提高了運算速度，還提高了運算精度。CloudPSS提供了基于Web界面的能源互聯(lián)網(wǎng)建模平臺。其Web服務器位于阿里云，用戶無需安裝，僅通過Web瀏覽器（如Chrome、IE、Edge等）進行訪問。建模平臺提供包含豐富的基礎模型庫、模塊封裝功能，使用戶可快速完成模型搭建。同時，圖形化界面結合了PSCAD與Simulink的模型搭建特點，使得相關軟件用戶可快速上手。此外，CloudPSS還是一個社交平臺，它是一個互聯(lián)網(wǎng)式的社交平臺。這個平臺提供了開發(fā)工具包，提供了社交運行的應用環(huán)境，讓平臺開發(fā)者、算法研究者，設備服務的供應商以及各種運營和建設者，能夠互聯(lián)互動，形成一個生態(tài)圈，共同來為整個能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提供新的解決方案。平臺融合了豐富的社交化元素，著力打造基于云仿真的知識分享和教育培訓生態(tài)系統(tǒng)。一方面，CloudPSS平臺通過分享建模知識、共性算例和學習經驗，支持能源和電力專業(yè)同學的自主學習和探索；另一方面，CloudPSS平臺可以無縫接入電工和電氣專業(yè)網(wǎng)絡課程和虛擬實驗室環(huán)境，成為師生互動、課程建設和演示驗證所需的教學工具。此平臺可以根據(jù)教學大綱及教學內容搭建各類電機綜合性實驗，真實再現(xiàn)不便于實驗室演示的惡劣運行狀況，使許多抽象的概念和原理形象化，大大改善教學效果，提高本課程的教學質量。圖2為CloudPSS平臺搭建的直流電機啟動仿真模型，圖3為轉速、轉矩結果圖。

圖2 直流電機啟動仿真模型

圖3 啟動效果圖

2 結語

在教師和學生互不見面的情況下，針對“電機學”課程教學長期存在的教學內容抽象枯燥、學生學習興趣不大等問題，充分利用線上優(yōu)質教學資源和智慧教學工具，不局限于目前戰(zhàn)“役”狀態(tài)，不拘泥與單一方式，以提高學習成效為核心，重構教學設計，制定在線教學新方案，創(chuàng)新開展線上混合式教學模式探索，達到師生不見面，仍能保證實時交互，提高教學質量與保障教學效果。充分利用平臺中提供的豐富友好的可視化控件，用生動直觀的曲線、動態(tài)圖形表達課程中抽象的概念和理論，使學生在可視化的環(huán)境中掌握和理解所學知識，從而提高學生的學習興趣，并培養(yǎng)學生主動獲取知識和獨立解決問題的能力，最終達到提高教學質量的目標。