摘"要：以同濟(jì)大學(xué)電氣工程系的電氣傳動控制系列課程為例，本文闡述了筆者在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面，與本科生一同進(jìn)行教與學(xué)模式的創(chuàng)新探索。筆者不僅從高校教師的角度給學(xué)生提供了一系列開放性的互動與交流，同時也從學(xué)生的角度記錄了學(xué)生的一些真實(shí)想法和希望，從中收獲頗多。關(guān)于產(chǎn)教融合背景下的專業(yè)課程建設(shè)，筆者通過深化校企合作，加強(qiáng)了對理論課程配套實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè)，也進(jìn)行了一些有益的實(shí)踐探索。

關(guān)鍵詞：教學(xué)方法；教學(xué)手段；教學(xué)互動；教與學(xué)；產(chǎn)教融合；校企合作

依據(jù)教育部啟動實(shí)施的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，同濟(jì)大學(xué)已經(jīng)有包括電氣工程在內(nèi)的超過15個工程類專業(yè)向教育部提出申請參加該計(jì)劃。同濟(jì)大學(xué)制定了“卓越人才培養(yǎng)發(fā)展戰(zhàn)略”，逐步推行“招生改革、培養(yǎng)模式改革、專業(yè)改革、教學(xué)方式方法改革”共4項(xiàng)重大改革，加強(qiáng)“師資隊(duì)伍建設(shè)、學(xué)風(fēng)與人文環(huán)境建設(shè)、教學(xué)軟件載體建設(shè)、教學(xué)硬件建設(shè)、質(zhì)量保證系統(tǒng)建設(shè)”共5項(xiàng)基本建設(shè)，實(shí)施“卓越生源、卓越師資、卓越環(huán)境、卓越課程、卓越實(shí)踐、卓越管理”共6個專項(xiàng)行動，致力于為社會培養(yǎng)一大批具有同濟(jì)大學(xué)卓越人才特征的高級專門人才和拔尖創(chuàng)新人才。

電氣工程專業(yè)歷史由來已久，專業(yè)性質(zhì)決定了它與工程結(jié)合密切。在社會發(fā)展的新階段，同濟(jì)大學(xué)電氣工程開始對工程人才培養(yǎng)目標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)、師資隊(duì)伍、人才培養(yǎng)模式、教學(xué)內(nèi)容、方法、手段等方面進(jìn)行全方位改革，取得了一系列教學(xué)改革成果。下面以電氣傳動控制系列課程（包括“電氣傳動與牽引控制系統(tǒng)”“交流傳動與控制”等本研課程）為例，探索課程中教與學(xué)的創(chuàng)新模式。文章不僅從教師的角度介紹了各種開放性的互動與交流，同時也從學(xué)生的角度真實(shí)記錄了學(xué)生反饋的一些想法和希望。

一、教學(xué)與實(shí)踐是卓越工程師教育培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)

課堂是創(chuàng)新思維培養(yǎng)的主戰(zhàn)場之一，包括電氣工程在內(nèi)的諸多專業(yè)十分注重課程體系的改革，積極吸取國際知名高校的成功教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，鼓勵教師在課程內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式、考核方式和評價標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)踐教學(xué)實(shí)施方式以及能力培養(yǎng)方式等諸多關(guān)鍵環(huán)節(jié)上積極地探索。

同濟(jì)大學(xué)擁有一批大型企業(yè)實(shí)習(xí)基地，同時分批次與行業(yè)內(nèi)知名企業(yè)簽署了校企聯(lián)盟協(xié)議，建設(shè)了一批教學(xué)創(chuàng)新基地。在合作中使學(xué)生與企業(yè)一同學(xué)習(xí)與研發(fā)新工藝、新產(chǎn)品、新流程和新技術(shù)，深化學(xué)生的專業(yè)知識，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，提高學(xué)生的人際交往能力、組織協(xié)調(diào)能力、表達(dá)溝通能力、團(tuán)隊(duì)合作意識。與生產(chǎn)第一線的企業(yè)合作，有利于學(xué)生創(chuàng)新意識的建立，促進(jìn)了能力培養(yǎng)與人格養(yǎng)成，為培養(yǎng)學(xué)生成為卓越的工程師打下基礎(chǔ)。

二、“電氣傳動控制”課程特點(diǎn)

同濟(jì)大學(xué)“電氣工程及其自動化電氣傳動控制”課程主要講述由直流、交流電動機(jī)提供原動力的電氣傳動系統(tǒng)的工作原理及其自動控制技術(shù)，其先修課程是專業(yè)基礎(chǔ)課“自動控制原理”“微控制器原理及其應(yīng)用”和專業(yè)課“電機(jī)學(xué)”“電力電子技術(shù)”四門課程。

首先，電氣傳動系統(tǒng)有廣泛的應(yīng)用，例如，在工廠的各類加工生產(chǎn)線上，包括冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)等在內(nèi)的各類家用電器中，特別是在電動汽車以及國內(nèi)各大城市正大力建設(shè)的城市軌道交通以及動車組、高鐵中。與之相關(guān)的各類電氣設(shè)備消耗了電網(wǎng)電能的半數(shù)以上，所以本門課程在專業(yè)課中有非常重要的地位，這要求課程教學(xué)最好能夠結(jié)合具體的實(shí)際應(yīng)用［1］。

其次，學(xué)好本門課程的前提是需要對前面四門課程有較好的基礎(chǔ)，并且要做到把各類知識融會貫通、靈活運(yùn)用，因此課程難度較高。很多學(xué)生由于對某一門課程掌握較差，從而影響了本門課程的學(xué)習(xí)積極性和最終的學(xué)習(xí)效果。因而在授課中，教師需要經(jīng)?；仡櫼恍┫嚓P(guān)課程的知識內(nèi)容，并引導(dǎo)學(xué)生加深理解［2］。

再次，本門課程設(shè)置了配套實(shí)驗(yàn)，但仍需要在以下幾方面努力提高：更新實(shí)驗(yàn)裝置，完善半實(shí)物仿真系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺；提供更加方便操作的圖形用戶界面及測試手段，便于學(xué)生深入了解系統(tǒng)的各單元工作情況；增加實(shí)驗(yàn)平臺對學(xué)生的開放時間，探索更加完善的實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)與管理機(jī)制［3］。

從次，計(jì)算機(jī)仿真現(xiàn)在已經(jīng)非常普及，例如MATLAB、PSIM等仿真軟件都可以用來對電氣傳動系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字仿真研究。教學(xué)過程中可以通過課堂內(nèi)、課堂外的一些仿真作業(yè)激發(fā)學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)的積極性。

最后，對課程考核形式進(jìn)行改進(jìn)。課程的考核最好能夠降低對理論公式和計(jì)算難度的過高要求，課程的評分需要綜合考慮平時課后作業(yè)、課外仿真作業(yè)、實(shí)驗(yàn)情況、平時出勤率及課內(nèi)表現(xiàn)、期末考試成績。

三、產(chǎn)教融合下的專業(yè)課程建設(shè)探索

多年來，教育部鼓勵企業(yè)與高校深度開展產(chǎn)學(xué)合作。筆者所在院系的多名教師都已負(fù)責(zé)了多項(xiàng)的產(chǎn)學(xué)合作項(xiàng)目。關(guān)于企業(yè)與高校如何深入合作，筆者談一下自己的探索歷程。

（一）多樣化高校與企業(yè)的具體合作形式

企業(yè)可為高校的高年級學(xué)生在學(xué)期、暑假小學(xué)期中安排講座，也可為專業(yè)學(xué)位研究生提供長期的各類實(shí)習(xí)，從產(chǎn)品的需求、設(shè)計(jì)、試制、量產(chǎn)等方面向?qū)W生深入解釋各階段的具體工作。同時，學(xué)校與企業(yè)可以在課程內(nèi)容（學(xué)校的實(shí)踐教學(xué)案例）、試驗(yàn)平臺（企業(yè)建設(shè)）、人才聯(lián)合培養(yǎng)方式（探索短期企業(yè)實(shí)訓(xùn)）三個方面進(jìn)一步深入合作。

另外，結(jié)合目前線上學(xué)習(xí)的趨勢，高校教師與企業(yè)工程師可以組建虛擬教研室，建設(shè)線上精品課程，為在校學(xué)生及企業(yè)新進(jìn)員工提供高質(zhì)量的學(xué)習(xí)資源。

（二）學(xué)校實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的深化建設(shè)

目前的電氣傳動系統(tǒng)中，應(yīng)用在現(xiàn)代電動汽車、城軌地鐵與高速鐵路中的電氣傳動控制系統(tǒng)都是全數(shù)字化系統(tǒng)，它們采用高性能單片機(jī)作為主控芯片對系統(tǒng)的能量變換進(jìn)行PWM控制。但專業(yè)課程的配套實(shí)驗(yàn)并沒有普遍采用高性能單片機(jī)作為控制核心，而且在少數(shù)單片機(jī)控制的實(shí)驗(yàn)中，仍然采用的是直接編寫C代碼的開發(fā)方式?，F(xiàn)代化企業(yè)在使用單片機(jī)控制（即嵌入式系統(tǒng)）的產(chǎn)品的研發(fā)階段，已經(jīng)開始盛行采用基于模型開發(fā)（MBD）的技術(shù)進(jìn)行快速原型的設(shè)計(jì)，應(yīng)用該技術(shù)可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速驗(yàn)證，有力地提升了企業(yè)產(chǎn)品的競爭力。

筆者已經(jīng)開展了采用英飛凌單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境DAVE和MATLAB/SIMULINK聯(lián)合進(jìn)行XMC4500單片機(jī)基于MBD技術(shù)的PWM控制算法的開發(fā)，如圖1所示。以學(xué)生容易掌握、基于圖形化和模塊化建模的SIMULINK為MBD開發(fā)平臺，并在低壓的逆變器硬件系統(tǒng)中進(jìn)行多種PWM控制算法設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，旨在為“電氣傳動控制”相關(guān)專業(yè)課程的理論教學(xué)提供更好的配套資源，進(jìn)一步提高學(xué)生的動手能力與工程技能，進(jìn)而把培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的工作落到實(shí)處。同時，在掌握MBD技術(shù)的基礎(chǔ)上，學(xué)校教師也可以與企業(yè)工程師探討進(jìn)一步的項(xiàng)目合作。

（三）實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深化探索

針對前述的研制電路，保留較大的設(shè)計(jì)空間，并設(shè)置一些常見的故障模式，用于考驗(yàn)學(xué)生的邏輯分析能力、故障分析能力、儀器工具與數(shù)學(xué)工具的靈活運(yùn)用能力，也有助于提高學(xué)生全面思考與解決實(shí)際問題的能力。

結(jié)合研制電路及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，嘗試“教、學(xué)、做”合一的教學(xué)方法來實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)，做到課堂理論學(xué)習(xí)、仿真實(shí)例學(xué)習(xí)、現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，力爭將理論課堂與實(shí)踐課堂合二為一，讓學(xué)生在教師的教學(xué)引導(dǎo)下或者在自己的主動創(chuàng)造中提高實(shí)踐能力，全面提高思考、檢查、改正的綜合能力水平。

以理論推導(dǎo)、仿真分析、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的編寫。筆者已經(jīng)編寫了教材《永磁同步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)及其控制》［9］，通過實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及指導(dǎo)書的編寫可以有效地補(bǔ)充理論教材在實(shí)驗(yàn)方面的不足，從而更好地服務(wù)于工科學(xué)生的全面發(fā)展。

四、“電氣傳動控制”課程的創(chuàng)新教與學(xué)實(shí)踐探索

該課程將學(xué)生剛剛完成的專業(yè)基礎(chǔ)課程“自動控制原理”中有關(guān)控制理論的內(nèi)容應(yīng)用到電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制中去，同時筆者也在積極探索把控制理論的一些概念應(yīng)用到本門課程的教與學(xué)中，教師與學(xué)生均收獲頗多。

（一）教師講解——教應(yīng)該是幫助學(xué)生找尋問題的可能答案

在文獻(xiàn)［4］中，筆者提出了課堂教學(xué)過程中教與學(xué)的互動過程示意圖，如圖2所示。其中把教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”分別作為一個不同的控制系統(tǒng)，兩者以“學(xué)生”這個特殊的對象作為重要的耦合環(huán)節(jié)。

最重要的一點(diǎn)是，學(xué)生絕非一個簡單的無源系統(tǒng)，他們是一些強(qiáng)非線性、多變量、強(qiáng)耦合、具有高度學(xué)習(xí)能力的對象［4］。教師不能把他們簡單化處理，而是要意識到——只能在引導(dǎo)中，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)他們自己，這才是真正把對象“激活”了，他們自身的潛能才能夠得到高效的釋放。

圖2"課堂的教與學(xué)互動過程示意圖

教學(xué)這兩個字是并重的，當(dāng)我們關(guān)注的焦點(diǎn)落在學(xué)生方面時，后一個字則更顯重要，這也就決定了教師的一系列有關(guān)“教”的行為活動都要或多或少地圍繞“學(xué)”展開［5］。

（二）學(xué)生學(xué)習(xí)——“黑盒子”問題

人本身是一個高度智能的系統(tǒng)，長期的學(xué)習(xí)與成長經(jīng)歷已經(jīng)把他們打造成狀態(tài)各異、擁有自身獨(dú)特學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)方式及反饋機(jī)制的成熟系統(tǒng)。對教師而言，他們是控制中的一個個“黑盒子”。教師不能自認(rèn)為非常了解學(xué)生，而是要通過不斷交流互動掌握他們的現(xiàn)狀，更有少數(shù)學(xué)生極少參與到互動中，因而對他們的了解就會少得多。

下面給出了某位本科學(xué)生對這門課程的幾點(diǎn)具體看法。我們教師可以從中找到這些“黑盒子”的某些特點(diǎn)，了解本屆學(xué)生的規(guī)律進(jìn)而制定適宜的教學(xué)策略。

1.學(xué)生對本課程的理解

通過教師課內(nèi)介紹和課外學(xué)習(xí)，了解到本門課程知識處于日新月異的發(fā)展中，我們學(xué)生對這門課充滿了學(xué)習(xí)興趣和動力。

“電氣傳動控制”課程的高度學(xué)科交叉性預(yù)示了它有較高的學(xué)習(xí)難度。本課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，受制于有限的實(shí)驗(yàn)室條件，計(jì)算機(jī)仿真成了很好的實(shí)踐手段。因此，使用MATLAB進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真便成了課程學(xué)習(xí)的重要部分。

在教材第2章［8］的學(xué)習(xí)中，我發(fā)現(xiàn)，這一章節(jié)的相關(guān)小知識點(diǎn)已在前期專業(yè)基礎(chǔ)課中講述和學(xué)習(xí)過，而本門課程把這些知識點(diǎn)串聯(lián)起來，形成一個完整的系統(tǒng)。因此，我認(rèn)為，教師在課程的講述過程中，不能只是講清這一個個知識小點(diǎn)，而應(yīng)該更加偏重于這些知識點(diǎn)是如何被串起來的，為什么這樣串起來，同時也應(yīng)注重串起來后形成的知識體系的宏觀思想和原理的闡述，并指出這一系統(tǒng)的具體工程應(yīng)用是怎樣的。在學(xué)習(xí)過程中，我們學(xué)生也不應(yīng)該僅僅滿足于每個知識點(diǎn)的掌握和理解，更應(yīng)該從整個知識系統(tǒng)的角度，宏觀地去理解這一個系統(tǒng)，同時更應(yīng)注重系統(tǒng)的形成過程和方法，這也是學(xué)習(xí)專業(yè)課與專業(yè)基礎(chǔ)課的不同。

2.課外的積極學(xué)習(xí)與學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)

在教材第2章［8］的學(xué)習(xí)過程中，教師在課堂上提出下述問題，建議學(xué)生在課下對其進(jìn)行深入分析——考察功率變換器的滯后時間常數(shù)Ts對閉環(huán)特征方程根軌跡的影響，并據(jù)此來判斷直流調(diào)速系統(tǒng)是VM系統(tǒng)還是PWMM系統(tǒng)。筆者首先根據(jù)自動控制原理的相關(guān)知識和需要考察的Ts，對比例控制閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程進(jìn)行變換整理，隨后編寫MATLAB程序繪制系統(tǒng)的根軌跡以考察Ts的變化對根軌跡的影響。通過計(jì)算和仿真實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)放大系數(shù)K取滿足穩(wěn)定條件的最大值（可由勞斯赫爾維茨判據(jù)得到）時，根軌跡與S平面虛軸交點(diǎn)對應(yīng)的開環(huán)增益就是臨界時間常數(shù)Ts。至此，筆者較好地解決了教師所提的問題。當(dāng)然，探究過程并非一帆風(fēng)順，而是通過對現(xiàn)有結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不足，再通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法和參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，再得出結(jié)果，再分析，直至得出最終的結(jié)果。在此過程中，筆者與教師及時交流和反饋問題，使教師可以及時對筆者所遇問題加以指導(dǎo)，從而比較順利地解決了問題。

跳出這個問題本身，宏觀地看待上述問題的分析與解決過程，可以驚喜地發(fā)現(xiàn)，它實(shí)際上正是一個閉環(huán)反饋的過程。先對問題的答案提出預(yù)期結(jié)果（即如何判斷VM和PWMM系統(tǒng)），隨后制定分析策略（控制器），通過MATLAB仿真（執(zhí)行器）得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果反饋給預(yù)期結(jié)果，進(jìn)行偏差分析，然后繼續(xù)實(shí)驗(yàn)直至得出滿意結(jié)果。

我們的日常生活也是如此，我們做任何事情都要樹立一個前期目標(biāo)（給定量），隨后進(jìn)行思考并得出解決方案（控制器），然后通過具體行動展開實(shí)施（執(zhí)行器），最終得出結(jié)果（輸出量），再與既定目標(biāo)比較，得出偏差后繼續(xù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。筆者認(rèn)為這樣的一種做事方法是極其有效的。

（三）教與學(xué)新理念中的幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)

如圖2所示，教與學(xué)兩個閉環(huán)系統(tǒng)都有各自的控制目標(biāo)、調(diào)節(jié)作用、反饋機(jī)制，兩者通過互動交流實(shí)現(xiàn)教師對黑盒子的控制與引導(dǎo)作用。

為了加強(qiáng)教師的引導(dǎo)作用，需要強(qiáng)調(diào)圖2中的前饋?zhàn)饔脵C(jī)制，具體表現(xiàn)為：

（1）注意課堂熱身，簡要復(fù)習(xí)上節(jié)課的內(nèi)容；

（2）臨下課前，提醒學(xué)生做好復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)。

前饋?zhàn)饔孟碌膶W(xué)生學(xué)習(xí)效果會領(lǐng)先于各類測試中反饋控制的作用效果。

課堂時間有限，教師講解多少時間和內(nèi)容更合適？筆者覺得時間不要太滿，留下時間進(jìn)行互動；內(nèi)容不要太多，留下空間給學(xué)生自己，使得學(xué)生感覺到課程的動力與壓力并存。

另外，課堂上教師的思維風(fēng)格、提問行為與技巧對學(xué)生創(chuàng)造性問題提出能力有顯著影響。外傾型、自由型教師的高認(rèn)知、開放性的問題有利于學(xué)生創(chuàng)造性問題提出能力的提高［6］。

教與學(xué)的目的是培養(yǎng)人才，而不斷推進(jìn)的教學(xué)改革更是為了培養(yǎng)出更多的優(yōu)秀人才。但人才絕不是教出來的，必須通過一套完善的教學(xué)機(jī)制、科學(xué)的教學(xué)理念、合理的學(xué)習(xí)方法，在適合的土壤和環(huán)境中成長起來的，這需要國家、學(xué)校、教師、家長和學(xué)生共同努力才能實(shí)現(xiàn)［7］。

結(jié)語

筆者通過親身實(shí)踐，闡述了通過積極互動、加強(qiáng)前饋與反饋?zhàn)饔?，引?dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己，這是教與學(xué)的內(nèi)在作用機(jī)制。實(shí)踐表明，這種教學(xué)會促進(jìn)學(xué)生更好地掌握適宜自己的學(xué)習(xí)方法，有助于學(xué)生對自己的學(xué)習(xí)和成才之路有更好、更深的理解與認(rèn)識。此外，學(xué)生可以得到超越課本知識的一些有益收獲，可以更樂觀、積極向上地看待學(xué)習(xí)與生活。

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基金項(xiàng)目：論文發(fā)表得到同濟(jì)大學(xué)本科教改項(xiàng)目（人工智能+電子信息類學(xué)科交叉課程體系建設(shè)）、同濟(jì)大學(xué)工程類研究生產(chǎn)教融合示范課程、同濟(jì)大學(xué)研究生一流線上精品課程（KCJP2207）等項(xiàng)目資助

作者簡介：袁登科（1979—"），男，漢族，安徽渦陽人，博士，講師，研究方向：大功率變流技術(shù)與交流電氣傳動；朱琴躍（1970—"），女，漢族，江蘇無錫人，博士，教授，研究方向：電氣狀態(tài)自主感知和智能診斷；張文豪（1982—"）男，漢族，山西高平人，博士，副教授，同濟(jì)大學(xué)電氣工程系教研室主任，研究方向：電氣工程新工科創(chuàng)新教學(xué)。