林厚健 王小增 黃杰賢

嘉應(yīng)學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 廣東梅州 514015

1 課程教學(xué)改革背景

2018 年9 月17 日，教育部辦公廳印發(fā)了《教育部、工業(yè)和信息化部、中國工程院關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0 的意見》（教高〔2018〕3 號），指明以新工科建設(shè)為重要抓手，持續(xù)深化工程教育改革，加快培養(yǎng)適應(yīng)和引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的卓越工程科技人才，打造世界工程創(chuàng)新中心和人才高地，提升國家硬實(shí)力和國際競爭力。新興學(xué)科不斷涌現(xiàn)，學(xué)科交叉融合加速的新工科時(shí)代背景下，深入開展新工科教學(xué)研究與實(shí)踐，創(chuàng)新工程教育教學(xué)組織模式，強(qiáng)化工科教師工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)新型工科學(xué)生是我國工程教育改革的方向，是高校和科研院所加快培養(yǎng)未來重點(diǎn)領(lǐng)域緊缺人才、主動(dòng)布局面向未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的重要舉措。

電機(jī)與拖動(dòng)課程作為工科背景濃厚的自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)實(shí)踐對工科學(xué)科建設(shè)的優(yōu)化再造和內(nèi)容升級以及高校自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)模式、培養(yǎng)內(nèi)容的探索至關(guān)重要，電機(jī)與拖動(dòng)課程的教學(xué)要求學(xué)生掌握常用交直流電機(jī)、變壓器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)及其電力拖動(dòng)運(yùn)行性能等知識，課程教學(xué)注重訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維意識和工程實(shí)踐能力，注重培養(yǎng)學(xué)生提出、分析、解決實(shí)際工程問題的能力。該課程的教學(xué)可為學(xué)生將來從事自動(dòng)化工程技術(shù)工作和科學(xué)研究奠定理論基礎(chǔ)，在自動(dòng)化專業(yè)課程體系中具有舉足輕重的地位[1]。因此，新工科時(shí)代背景下提升電機(jī)與拖動(dòng)課程教學(xué)質(zhì)量成為高校自動(dòng)化專業(yè)教師首要解決的問題。

1.1 學(xué)情分析

電機(jī)與拖動(dòng)課程是電氣工程及自動(dòng)化等傳統(tǒng)工科專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，課程內(nèi)容涵蓋交直流電機(jī)本體及電力拖動(dòng)部分[2]。課程知識點(diǎn)涉及機(jī)、電、磁、力、熱等多學(xué)科知識，是廣大師生公認(rèn)難教難學(xué)的課程[3]。其先修課程包括電路、模擬電子技術(shù)、工程數(shù)學(xué)、自動(dòng)控制原理等，是后續(xù)運(yùn)動(dòng)控制、電氣傳動(dòng)等課程的理論基礎(chǔ)。根據(jù)嘉應(yīng)學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生本門課程學(xué)習(xí)情況的調(diào)研結(jié)果，學(xué)生普遍反映該課程不好學(xué)，學(xué)生對抽象理論的推導(dǎo)感到晦澀難懂，實(shí)踐不深入，難以學(xué)以致用，考試一頭霧水成為常態(tài)。

1.2 存在問題

導(dǎo)致上述結(jié)果的原因有學(xué)生層面的，有教師層面的，也有人才培養(yǎng)方案更新不及時(shí)和教學(xué)軟硬件資源方面不足等。通過查閱電機(jī)與拖動(dòng)課程教學(xué)實(shí)踐相關(guān)文獻(xiàn)，縱觀嘉應(yīng)學(xué)院現(xiàn)行自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)方案及課程教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)設(shè)備等課程教學(xué)資源，對在學(xué)學(xué)生進(jìn)行層次抽樣問卷調(diào)查和當(dāng)面訪談，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前電機(jī)與拖動(dòng)課程教學(xué)存在以下問題：

1）授課形式單一，傳統(tǒng)授課主要以課堂PPT授課、實(shí)驗(yàn)授課、課后作業(yè)和期末考試為主，學(xué)生缺乏直觀認(rèn)識電機(jī)結(jié)構(gòu)與理解電機(jī)原理的機(jī)會，導(dǎo)致理論學(xué)習(xí)與工程應(yīng)用的脫節(jié)[4-5]；

2）課程思政元素的缺失導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低，學(xué)生對電機(jī)與拖動(dòng)課程的地位和作用認(rèn)識不足，對該課程的核心知識在國民經(jīng)濟(jì)中的廣泛應(yīng)用理解不深刻；

3）學(xué)生面對晦澀難懂的公式推導(dǎo)表現(xiàn)出畏難情緒，特別是先修課程學(xué)的較差的學(xué)生，學(xué)習(xí)本課程的積極性不高[6]；

4）高校教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊、課程理論內(nèi)容過多導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課時(shí)壓縮，在實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)學(xué)生難以完成全部實(shí)驗(yàn)，難以通過實(shí)驗(yàn)過程深入理解理論知識。

2 教學(xué)改革目標(biāo)與設(shè)計(jì)思路

針對以上電機(jī)與拖動(dòng)課程教學(xué)中存在的問題，在認(rèn)真研讀新工科背景下卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0 的意見的前提下，秉承高校立德樹人的根本任務(wù)[7]，對自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生開展電機(jī)與拖動(dòng)課程“五位一體”混合式教學(xué)改革與實(shí)踐。

2.1 教學(xué)改革目標(biāo)

根據(jù)電機(jī)與拖動(dòng)課程工科屬性強(qiáng)的特點(diǎn)，課程教學(xué)確定了以知識探究、能力培養(yǎng)、課程思政（素質(zhì)）三位一體協(xié)同育人的教學(xué)目標(biāo)。知識探究旨在教學(xué)過程中對課程內(nèi)容中交直流電機(jī)、變壓器等基本工作原理、基本結(jié)構(gòu)及交直流電機(jī)的電力拖動(dòng)運(yùn)行性能等核心知識點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)教學(xué)，使學(xué)生能夠運(yùn)用電機(jī)及其拖動(dòng)技術(shù)解決實(shí)際工程問題；能力培養(yǎng)旨在通過課程教學(xué)訓(xùn)練學(xué)生分析、解決問題的創(chuàng)新思維意識和工程實(shí)踐能力，通過小組合作開展實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、表達(dá)與溝通能力，增強(qiáng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力；課程思政是在教學(xué)過程中有形無形地融入價(jià)值觀、方法論等元素，培養(yǎng)學(xué)生的愛國奉獻(xiàn)精神并飽含社會責(zé)任感的大國工匠素養(yǎng)。

2.2 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

考慮本科三年級學(xué)生學(xué)習(xí)方式趨于穩(wěn)定、具有一定批判精神的特點(diǎn)，結(jié)合電機(jī)與拖動(dòng)課程教學(xué)內(nèi)容繁多、章節(jié)知識點(diǎn)緊密聯(lián)系的特點(diǎn)，根據(jù)前述確定的教學(xué)改革目標(biāo)，教學(xué)設(shè)計(jì)思路按照課前、課中、課后進(jìn)行規(guī)劃，如圖1 所示。課前利用學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺進(jìn)行課程教學(xué)資源開發(fā)，包括問卷調(diào)查、視頻資源（課程思政元素融入）、預(yù)習(xí)通知、作業(yè)發(fā)布（待對應(yīng)章節(jié)知識授課完成后發(fā)放）四個(gè)環(huán)節(jié)；課中由課堂講解、翻轉(zhuǎn)課堂、學(xué)生討論總結(jié)、教師點(diǎn)評四個(gè)環(huán)節(jié)組成；課后由知識回顧、作業(yè)批改、答疑互動(dòng)、團(tuán)隊(duì)互評、學(xué)生評價(jià)反饋、課程滾動(dòng)改進(jìn)六個(gè)環(huán)節(jié)組成。

圖1 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

以三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作原理這一小節(jié)教學(xué)內(nèi)容為例進(jìn)行說明。課前發(fā)布關(guān)于學(xué)生對三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)這一節(jié)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)期待的調(diào)查問卷，學(xué)習(xí)通平臺同步發(fā)布三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)中廣泛應(yīng)用的實(shí)例視頻，該視頻的震撼將激起學(xué)生學(xué)習(xí)課程知識的自豪感，讓學(xué)生樹立“強(qiáng)國有我、砥礪奮進(jìn)、錘煉品德、擔(dān)當(dāng)時(shí)代責(zé)任”的遠(yuǎn)大理想。同時(shí)發(fā)布預(yù)習(xí)通知要求學(xué)生提前觀看課程資源，提醒學(xué)生認(rèn)真觀看，課中將進(jìn)行預(yù)習(xí)情況抽檢。

課中首先引導(dǎo)學(xué)生明確本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)及重點(diǎn)難點(diǎn)，提醒學(xué)生回顧直流電機(jī)的工作原理，讓學(xué)生思考即將學(xué)習(xí)的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)基本原理和已經(jīng)學(xué)習(xí)的直流電機(jī)的基本原理的異同點(diǎn)，然后通過動(dòng)畫演示及原理講解開展三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)基本原理內(nèi)容的教學(xué)，包括理論知識講解及對應(yīng)理論知識的例題講解。接著由學(xué)生進(jìn)行分組討論及總結(jié)，明確本節(jié)知識點(diǎn)講解前學(xué)生的猜想哪些是對的，哪些是需要更正或完善的，最后由教師點(diǎn)評學(xué)生的討論結(jié)果，同時(shí)聽取學(xué)生對教師點(diǎn)評的反饋意見。

課后由學(xué)生自主回顧本節(jié)知識點(diǎn)思維導(dǎo)圖、學(xué)生提交作業(yè)后教師及時(shí)批改、部分章節(jié)作業(yè)由學(xué)生進(jìn)行互評，學(xué)生作業(yè)提交后可隨時(shí)進(jìn)行線上提問，教師每周定時(shí)答復(fù)學(xué)生疑問，利用線上平臺隨時(shí)隨地進(jìn)行答疑討論，該章節(jié)內(nèi)容完成后學(xué)生進(jìn)行教學(xué)評價(jià)反饋，教師根據(jù)學(xué)生反饋情況開展?jié)L動(dòng)優(yōu)化備課，在后續(xù)章節(jié)授課中及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，實(shí)現(xiàn)本門課程教學(xué)的在線持續(xù)滾動(dòng)改進(jìn)。圖2 為學(xué)習(xí)通平臺課堂討論及隨堂練習(xí)情況。

圖2 電機(jī)與拖動(dòng)課程學(xué)習(xí)通平臺課堂討論及隨堂練習(xí)情況

3 教改特色與創(chuàng)新

以上教學(xué)設(shè)計(jì)思路及教學(xué)實(shí)施方案是課程教學(xué)的一部分，在包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整個(gè)課程教學(xué)過程中，筆者有機(jī)開展了課程思政融入、理論基礎(chǔ)夯實(shí)、工程實(shí)踐訓(xùn)練、教學(xué)科研融合、學(xué)科競賽創(chuàng)新“五位一體”的教學(xué)實(shí)踐。

“五位一體”的教學(xué)實(shí)踐即：在課程的每一個(gè)章節(jié)融入課程思政元素，目的是勉勵(lì)學(xué)生努力學(xué)習(xí)課程知識，學(xué)好專業(yè)知識，練就過硬本領(lǐng)，為中華民族偉大復(fù)興貢獻(xiàn)自己的青春力量；通過每一章節(jié)課程內(nèi)容的課前、課中、課后教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生能夠夯實(shí)理論基礎(chǔ)；實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的教學(xué)以及安排學(xué)生到企業(yè)見習(xí)能夠讓學(xué)生的工程實(shí)踐能力得到訓(xùn)練；授課過程中與學(xué)生分享教師科研項(xiàng)目中所用到的本課程知識可使學(xué)生明白科教共生的道理；通過指導(dǎo)學(xué)生參加“中國互聯(lián)網(wǎng)+大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”、國家級、省級大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽、“挑戰(zhàn)杯”“攀登計(jì)劃”等大學(xué)生科技競賽項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)學(xué)科競賽促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維意識和工程實(shí)踐能力的提升。以上“五位一體”的教學(xué)改革實(shí)踐可以歸納為以德筑教、以識筑學(xué)、以踐促練、教研協(xié)同、以競促創(chuàng)五大特色。

4 教學(xué)效果評估

教學(xué)效果評估不能局限于傳統(tǒng)的紙質(zhì)作業(yè)及期末考試成績，自2020 年新冠肺炎疫情以來，線上+線下混合式教學(xué)成為全國各大高校普遍采用的教學(xué)新形態(tài)，本文所提教改實(shí)踐評估除了采用平時(shí)作業(yè)和傳統(tǒng)期末試卷成績以外，也關(guān)注過程性考核（含實(shí)踐技能測評）。為了更好地驗(yàn)證教改實(shí)踐的效果，本課程的教學(xué)效果評估主要通過學(xué)習(xí)通平臺課程學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、期末考試成績、科技競賽（學(xué)生參加科技競賽或申報(bào)項(xiàng)目）、學(xué)生評教四個(gè)方面呈現(xiàn)。圖3為學(xué)習(xí)通平臺2019 級自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)（綜合成績前10 名）。

圖3 2019 級自動(dòng)化專業(yè)班級電機(jī)與拖動(dòng)課程學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)

如圖3 所示，表格中章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)所在列數(shù)據(jù)為教師上傳的視頻、課件等教學(xué)資源學(xué)生的學(xué)習(xí)情況；課堂互動(dòng)所在列統(tǒng)計(jì)了學(xué)生課堂討論次數(shù)、隨堂測驗(yàn)成績等數(shù)據(jù)；線下（30%）所在列數(shù)據(jù)即為學(xué)生實(shí)踐技能測評得分，是學(xué)生課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、見習(xí)表現(xiàn)三環(huán)節(jié)綜合評定的結(jié)果。圖3 學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的是綜合成績總分前10 名的學(xué)生，據(jù)統(tǒng)計(jì)，授課班級學(xué)生過程性考核綜合成績平均分達(dá)到90.7 分，相比教學(xué)改革前的75.6 分提高了近15 分。

作為衡量學(xué)生學(xué)習(xí)效果的傳統(tǒng)方式之一，期末考試成績在一定程度上反映了課程教學(xué)質(zhì)量，筆者統(tǒng)計(jì)了電機(jī)與拖動(dòng)課程學(xué)生期末考試成績。近兩年來，自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的電機(jī)與拖動(dòng)課程期末考試班級平均分提高約10 分，考試成績不及格率（卷面60 分及以下）從10%降低至2%左右，優(yōu)秀率（卷面90 分及以上）從3%提升到11%。隨著教改實(shí)踐的持續(xù)滾動(dòng)改進(jìn)，學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的積極性不斷提高，更多學(xué)生深度參與了教與學(xué)的環(huán)節(jié)，期末考試成績的提升也驗(yàn)證了本次教改實(shí)踐取得較大實(shí)效。

作為課程教學(xué)的增色項(xiàng)目，筆者在授課過程中巧妙分享各類大學(xué)生科技競賽項(xiàng)目，號召學(xué)生積極參與學(xué)科相關(guān)科技競賽，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用、以賽促創(chuàng)。筆者在教學(xué)之余會指導(dǎo)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生參加各類大學(xué)生科技競賽項(xiàng)目，并取得了一定成績，例如：學(xué)生參加第十六屆“挑戰(zhàn)杯”廣東大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽獲得省級二等獎(jiǎng)、學(xué)生參加廣東省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽獲得省級一等獎(jiǎng)。同時(shí)，筆者2020 年指導(dǎo)學(xué)生申報(bào)“攀登計(jì)劃”廣東省科技創(chuàng)新戰(zhàn)略專項(xiàng)資金項(xiàng)目獲得重點(diǎn)項(xiàng)目立項(xiàng)、2022年指導(dǎo)學(xué)生申報(bào)“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目獲得國家級立項(xiàng)，此外，也有一些其他省級、校級項(xiàng)目立項(xiàng)或獲獎(jiǎng)。

教學(xué)質(zhì)量評估中非常重要的一項(xiàng)就是學(xué)生評教，學(xué)生作為教學(xué)對象的第一受眾，其評教結(jié)果一定程度上體現(xiàn)了課程教學(xué)質(zhì)量。根據(jù)筆者所在學(xué)校教務(wù)系統(tǒng)評教數(shù)據(jù)，學(xué)生對電機(jī)與拖動(dòng)課程任課教師的評分為90.35 分（總分為92 分），圖4 所示內(nèi)容為教務(wù)系統(tǒng)上學(xué)生主觀評語的截圖，從評教得分和學(xué)生評語來看，電機(jī)與拖動(dòng)課程的教學(xué)得到了大部分學(xué)生比較認(rèn)可的評價(jià)。此外，筆者自開展課程教學(xué)工作以來，連續(xù)三年課堂教學(xué)質(zhì)量被評為優(yōu)秀（占授課教師參評人數(shù)的30%）。

圖4 教務(wù)系統(tǒng)上學(xué)生對任課教師的授課評價(jià)

5 結(jié)束語

綜上所述，新工科時(shí)代背景下，作為傳統(tǒng)工科自動(dòng)化專業(yè)非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課電機(jī)與拖動(dòng)的教學(xué)亟待進(jìn)行改革創(chuàng)新。筆者對“五位一體”的教學(xué)改革方案進(jìn)行了兩屆學(xué)生的實(shí)踐。教學(xué)改革以知識探究、能力培養(yǎng)、課程思政為目標(biāo)，教學(xué)設(shè)計(jì)思路貫穿課前、課中、課后三大環(huán)節(jié)，通過過程性考核（含實(shí)踐技能測評）、期末考試成績、科技競賽、學(xué)生評教四個(gè)模塊對所提教改實(shí)踐進(jìn)行了評估，四個(gè)模塊的評估結(jié)果驗(yàn)證了“五位一體”教改實(shí)踐的有效性，教改實(shí)踐中對電機(jī)與拖動(dòng)課程核心知識點(diǎn)的精心選取、課程知識體系的優(yōu)化、教學(xué)實(shí)施過程的滾動(dòng)改進(jìn)做了大量工作，目的是將講授課程知識向提升學(xué)生工程實(shí)踐能力轉(zhuǎn)化，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生勇于創(chuàng)新、甘于奉獻(xiàn)的大國工匠精神，為學(xué)生畢業(yè)后步入社會更好地應(yīng)對新科技、新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求固本強(qiáng)基。