謝秋月，孫 靜，彭 磊

（湖南工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院 湖南 湘潭 411104）

習(xí)近平總書(shū)記在黨的十九大報(bào)告中強(qiáng)調(diào)“加快一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)，實(shí)現(xiàn)高等教育內(nèi)涵式發(fā)展”，這為我國(guó)高等教育的發(fā)展指明了方向[1]。隨著工業(yè)制造水平的不斷發(fā)展，對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)提出了新的要求，學(xué)生需具備較強(qiáng)實(shí)踐能力，又有一定與時(shí)俱進(jìn)的創(chuàng)新能力。

2020年，湖南工程學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)獲批國(guó)家一流專業(yè)，“電機(jī)控制”作為專業(yè)核心課程，為適應(yīng)國(guó)家一流專業(yè)的發(fā)展需要，課程的進(jìn)一步改革已成必然趨勢(shì)[2]。

1 “電機(jī)控制”課程存在的問(wèn)題

“電機(jī)控制”課程涉及電機(jī)學(xué)、電機(jī)設(shè)計(jì)、電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理等知識(shí)，理論和實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合，與電氣智能制造密切相關(guān)，是電氣工程、自動(dòng)化等專業(yè)的必修課程。目前，在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)如下問(wèn)題：①教材中涉及電場(chǎng)、磁場(chǎng)、控制電路、機(jī)械應(yīng)力之間換算的公式復(fù)雜，致使學(xué)生難以理解；②電機(jī)本體由定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、機(jī)座以及軸承等零部件構(gòu)成，多樣化的內(nèi)部結(jié)構(gòu)使得學(xué)生對(duì)電機(jī)繞組原理摸不透；③學(xué)校有限的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地?zé)o法體現(xiàn)工程實(shí)際運(yùn)用，學(xué)生無(wú)法直觀理解不同控制電路對(duì)電動(dòng)機(jī)調(diào)速的影響；④電機(jī)磁場(chǎng)是虛無(wú)縹渺、看不見(jiàn)摸不著的物質(zhì)，通過(guò)傳統(tǒng)教學(xué)方法無(wú)法讓學(xué)生理解電機(jī)磁路。⑤忽略學(xué)生從專業(yè)課程角度接受思想政治教育，正確的人生觀、價(jià)值觀、職業(yè)觀教育不夠突出[3]。

基于以上問(wèn)題，要求我們?cè)诖碎T(mén)課程中加入信息化教學(xué)手段，實(shí)行線上線下混合式教學(xué)模式，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)由被動(dòng)轉(zhuǎn)為主動(dòng)，由教師單向灌輸知識(shí)變?yōu)閷W(xué)生線上自主學(xué)習(xí)，教師在課程授課中融入思政元素，幫助學(xué)生了解此門(mén)課程的重要性，培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷和工程實(shí)踐能力。

2 解決思路

本課程采用“線上資源信息利用→線上平臺(tái)預(yù)習(xí)→線下智慧課堂學(xué)習(xí)→電機(jī)結(jié)構(gòu)虛擬仿真→電機(jī)電磁虛擬仿真”的“五步循環(huán)學(xué)習(xí)法”解決上述問(wèn)題（見(jiàn)圖1），在此教學(xué)方法中，學(xué)生從電機(jī)研習(xí)社網(wǎng)站中獲取學(xué)習(xí)資源，登錄超星泛雅平臺(tái)線上預(yù)習(xí)，再回到智慧課堂線下理論學(xué)習(xí)，利用Keil軟件平臺(tái)編程實(shí)操，此方法實(shí)現(xiàn)了線上線下混合學(xué)習(xí)模式的探索，解決了電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)地操作困難的問(wèn)題；在課中，學(xué)生利用軟件熟悉電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)模型，在Easimotor軟件平臺(tái)上進(jìn)行電磁設(shè)計(jì)仿真，從而解決了電機(jī)結(jié)構(gòu)、磁場(chǎng)難以理解以及電機(jī)或電機(jī)控制理論中換算公式復(fù)雜的難題，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)際相結(jié)合，達(dá)到知行合一的目的。

圖1 五步循環(huán)學(xué)習(xí)法

3 “電機(jī)控制”線上線下混合式教學(xué)課程建設(shè)

3.1 課程目標(biāo)

在課程教學(xué)中，教師不僅要培養(yǎng)學(xué)生勤于觀察、勤于思考和能用電機(jī)控制的思想和方法解決實(shí)際問(wèn)題的能力，還需培養(yǎng)學(xué)生刻苦鉆研、潛心學(xué)習(xí)、研究，自主學(xué)習(xí)意識(shí)和持之以恒、勇于探索的科學(xué)家精神；更需培養(yǎng)學(xué)生在電機(jī)控制實(shí)踐中注重項(xiàng)目安全與可靠、節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境等意識(shí)。

3.2 課程資源建設(shè)

經(jīng)過(guò)兩年的課程資源建設(shè)，第一，建立了虛擬電磁設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室中安裝有Easimotor 軟件和solidworks 軟件兩套，其中Easimotor軟件是一款電機(jī)有限元仿真分析工具，以設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、驗(yàn)證、改進(jìn)為持續(xù)提升手段，可對(duì)電機(jī)模型進(jìn)行磁場(chǎng)、溫度、電場(chǎng)、結(jié)構(gòu)應(yīng)力等等有限元分析，軟件的使用可加強(qiáng)學(xué)生對(duì)電機(jī)控制理論知識(shí)的理解。第二，構(gòu)建虛擬電機(jī)結(jié)構(gòu)仿真，教師利用solidworks 軟件對(duì)電機(jī)結(jié)構(gòu)中各個(gè)零部件仿真模擬并制作成動(dòng)畫(huà)和視頻，學(xué)生可在此平臺(tái)上對(duì)電機(jī)零部件進(jìn)行拆分和安裝，并了解所有電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，提升學(xué)生對(duì)電機(jī)實(shí)物的感性認(rèn)識(shí)。第三，建設(shè)線上多媒體資源——電機(jī)研習(xí)社網(wǎng)站，電機(jī)研習(xí)社網(wǎng)站中包括最全面的電機(jī)理論知識(shí)和最熱門(mén)的行業(yè)信息，有培訓(xùn)視頻118 個(gè)，PDF文件資料635 個(gè)，國(guó)家國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)280個(gè)，大大方便了學(xué)生對(duì)課程理論知識(shí)點(diǎn)的查詢。第四，建設(shè)Keil 軟件平臺(tái)+課程線上平臺(tái)，在超星泛雅網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)建立“電機(jī)控制”線上課程，手機(jī)學(xué)習(xí)通APP登錄線上平臺(tái)方便快捷，課堂討論環(huán)節(jié)增強(qiáng)了學(xué)生的興趣，線上作業(yè)情況和綜合成績(jī)分布圖能清楚了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，另外通過(guò)Keil軟件平臺(tái)對(duì)電機(jī)控制程序進(jìn)行匯編，可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)前進(jìn)、后退以及速度調(diào)節(jié)等功能。第五，打造智慧課堂線下學(xué)習(xí)模式，線下多媒體課件、微視頻展示讓學(xué)生對(duì)課本產(chǎn)生濃厚的興趣，而電機(jī)動(dòng)畫(huà)效果充分展現(xiàn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)變化，能讓學(xué)生理解電機(jī)原理的本質(zhì)。

3.3 課程多樣化的考核方式

“電機(jī)控制”課程的考核以學(xué)生能力培養(yǎng)為主要目的，以檢查學(xué)生對(duì)各知識(shí)點(diǎn)的掌握程度為重要內(nèi)容，而傳統(tǒng)的考核方式以期末考試成績(jī)?yōu)橹鳎瑢?dǎo)致考試結(jié)果沒(méi)有很好地體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。改革后的學(xué)生綜合成績(jī)由線上和線下兩種考核方式構(gòu)成，平時(shí)成績(jī)線上線下各占30%，期末考試以線下考試為主，占40%的比例（見(jiàn)表1），多樣化考核方式提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和分析、解決問(wèn)題的能力，而分組討論提升了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力，課程小論文的設(shè)置增強(qiáng)了學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)、應(yīng)變能力。根據(jù)課程目標(biāo)要求，在超星泛雅平臺(tái)設(shè)置了課前、課中、課后作業(yè)，建立了作業(yè)題庫(kù)、測(cè)驗(yàn)題庫(kù)等。通過(guò)線上線下綜合測(cè)評(píng)考核，改變了學(xué)生以往在考試前突擊式死記硬背的學(xué)習(xí)態(tài)度，真正做到在每一堂課中掌握課本知識(shí)，并提高了學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

表1 課程教學(xué)環(huán)節(jié)和成績(jī)構(gòu)成

4 實(shí)施過(guò)程

本課程的實(shí)施過(guò)程是基于五步循環(huán)學(xué)習(xí)法在“電機(jī)控制”信息化教學(xué)中的應(yīng)用（見(jiàn)圖2）。課前階段，教師發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生在線上平臺(tái)學(xué)習(xí)；而學(xué)生在電機(jī)研習(xí)社網(wǎng)站獲取信息資源，然后登錄超星泛雅線上平臺(tái)進(jìn)行課程知識(shí)點(diǎn)預(yù)習(xí)，提出相關(guān)問(wèn)題。課中階段，教師在智慧課堂上著重講解重點(diǎn)難點(diǎn)，將思政融入課堂，根據(jù)知識(shí)點(diǎn)設(shè)置工程案例，對(duì)電機(jī)結(jié)構(gòu)、電磁虛擬仿真進(jìn)行指導(dǎo)。學(xué)生分組討論問(wèn)題，與校外專家互動(dòng)，利用solidworks 軟件熟悉電機(jī)結(jié)構(gòu)，再利用Easimotor 軟件電磁虛擬仿真初步入門(mén)。課后階段，教師總結(jié)知識(shí)點(diǎn)和分析仿真結(jié)果，學(xué)生復(fù)習(xí)鞏固已學(xué)知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)而進(jìn)行知識(shí)拓展。如學(xué)生在課后階段有任何疑問(wèn)，可再通過(guò)電機(jī)研習(xí)社資源網(wǎng)站繼續(xù)查詢相關(guān)信息，解決知識(shí)難點(diǎn)，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的閉環(huán)控制。

圖2 五步循環(huán)學(xué)習(xí)法實(shí)施過(guò)程

5 “電機(jī)控制”課程改革實(shí)施成效

線上線下混合式教學(xué)模式的實(shí)施改變了“電機(jī)控制”這門(mén)課程單一的教學(xué)模式，經(jīng)過(guò)兩年的課程建設(shè)，改善了教學(xué)效果，培養(yǎng)了學(xué)生的自我掌控能力。

多樣化考核成績(jī)方面：2020年教學(xué)改革前班級(jí)課程平時(shí)成績(jī)?yōu)?2.5 分，期末成績(jī)?yōu)?5.3 分，綜合成績(jī)平均分為79.62 分，而2021年教學(xué)改革實(shí)施后班級(jí)課程平時(shí)成績(jī)?yōu)?8.2 分，期末成績(jī)?yōu)?5.7 分，綜合成績(jī)平均分為87.2 分，各部分成績(jī)得到了較顯著提升（見(jiàn)圖3）。實(shí)施教學(xué)改革后，課程成績(jī)是通過(guò)課堂討論、課程任務(wù)、章節(jié)考核測(cè)驗(yàn)和期末考試等線上線下多樣化的過(guò)程性考核體系評(píng)定的。因此，2021年的課程成績(jī)是學(xué)生掌握電機(jī)知識(shí)和能力的水平的綜合體現(xiàn)，課程成績(jī)大幅度提高，表明學(xué)生掌握課程知識(shí)和能力水平進(jìn)步較大。

圖3 教學(xué)改革前后對(duì)比

學(xué)科競(jìng)賽方面：通過(guò)“電機(jī)控制”線上線下混合式教學(xué)模式的實(shí)施，“訓(xùn)賽結(jié)合,以賽促訓(xùn)”，學(xué)生科技創(chuàng)新能力增強(qiáng)，課程加入了電機(jī)控制、自動(dòng)小汽車等內(nèi)容[4]。這一類題目集機(jī)械、電機(jī)、自控、傳感技術(shù)于一體，趣味性強(qiáng)，難度大，廣受學(xué)生的歡迎。特別是2021年的小車控制類題目“智能送藥小車”，難度很高，更大程度上激起了學(xué)生學(xué)習(xí)電機(jī)專業(yè)知識(shí)和控制技術(shù)的積極性，真正做到了以學(xué)生為主體，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生解決工程實(shí)際的能力增強(qiáng)，極好地推動(dòng)了國(guó)家一流本科建設(shè)。

6 結(jié)論

在電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)國(guó)家一流本科專業(yè)建設(shè)背景下，利用信息化的手段，通過(guò)課程資源建設(shè)，構(gòu)建線上線下混合式教學(xué)模式。電機(jī)控制課程開(kāi)展教學(xué)改革以來(lái)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣提高顯著，主動(dòng)學(xué)習(xí)能力得到極大提升。思政教育和多樣化考核方式無(wú)痕融入課程教學(xué)全過(guò)程，教師的教學(xué)能力和學(xué)生的綜合成績(jī)得到了明顯提升，有效地支撐了電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)國(guó)家一流本科專業(yè)的建設(shè)，為應(yīng)用型工科院校的教育教學(xué)改革提供了有力的借鑒。