陈中显

【摘 要】结合黄淮学院作为教育部应用技术大学改革战略研究试点的实际，在分析地方本科院校校情和人才培养定位的基础上，以自动化专业的“电机与拖动基础”课程为例，阐述如何建设具有高阶性、创新性、挑战度的专业“金课”。通过一个学期的教学过程和实践过程，文章重点从三维结构展示、线下和线上混合学习、仿真分析研究、样品制作过程等方面，探索了“电机与拖动基础”的“金课”建设过程，并得出若干结论。

【关键词】“金课”;“电机与拖动基础”;课程建设

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）10-0083-03

0 引言

2018年，从教育部陈宝生部长在“新世代全国高等学校本科教育工作会议”首次提出“金课”和“水课”这一概念，到后来教育部高等教育司吴岩司长在“中国大学教学论坛”上详细阐述“金课”的三大标准，这为我国目前高等教育过程中亟待解决的“水课”课程教学改革问题指明了方向[1]。

什么是“金课”？吴岩司长概括得非常到位，指的是具备高阶性、创新性和挑战度的课程。具体来讲，高阶性就是提高学生对于知识能力素质的有机融合度和解决复杂问题的高级思维能力;创新性就是充分把握课程知识的前沿性，提高教学过程的先进性和互动性，以及开发学习过程的勇于探索潜力;挑战度就是增加课程的难度和拓展课程的深度，需要教师和学生共同“跳一跳”，从而完成课程的高标准教学和学习。至于何为“水课”？从教师的角度讲，主要指课堂内容乏味、教师跨专业教学、作业量少和课堂管理松;从学生的角度讲，主要指学生收获小、对课程不感兴趣、易于拿到学分和较高成绩[2]。

1“金课”课程体系的建设基础

在上述背景下，黄淮学院作为教育部第一批应用技术大学改革战略研究试点，应当兼顾地方本科院校实际和人才培养定位（服务于地方经济），建立与本地区水土相符的“金课”课程体系。具体来讲，黄淮学院是一所地方本科院校，办学经费有限，则专业课程的建设就要与当地特色的产业发展紧密融合，这样不仅节约了教学成本，也向学生提供了参与企业生产实习的机会，并提高了学生毕业后服务于地方经济的能力。以自动化专业的“电机与拖动基础”课程为例，由于本地区有一个我国中西部地区最大的电动车生产基地汝南新能源电动车产业园，则“电机与拖动基础”课程的“金课”建设过程，可以围绕电动车的电机结构、工作原理和运行控制等内容展开，而不是紧跟技术前沿，做电磁弹射电机的“金课”建设和教学[3]。

因此，本文围绕上述的地方本科院校实际和人才培养定位，以自动化专业的“电机与拖动基础”课程为例，從三维结构展示、线下和线上混合学习、仿真分析研究、样品制作过程等多步骤和角度，探索了“电机与拖动基础”的“金课”建设过程，并得出若干结论。

2 “电机与拖动基础”的“金课”建设过程

在诸多基础学科知识的授课过程中，均是遵循点、线、面的教学过程，讲究的是知识学习需要循序渐进，以点滴积累至汇成大海。而专业课程“电机与拖动基础”的授课过程中，必须采用面、线、点的教学过程，只有对电机的整体结构有一个清醒和真切的认识，才能充分掌握电机运行过程中的电、磁、力三要素之间的相互关系。因此，“电机与拖动基础”的“金课”建设过程，必须以其三维结构展示作为启程点。

2.1 三维结构展示

由于电机不可随意拆卸，且其重量较大，不易在理论课堂上进行实物演示和讲解，所以笔者在讲授“电机与拖动基础”这门课的首次课堂中，首先通过三维画图软件（Solid works）和实物图片，向学生们展示了三相感应电动机的结构组成。通过软件调整电机各个部件的三维图坐标位置，可以使学生们轻松地从各角度了解电机的结构组成;把电机结构的三维图和电机部件实物图做对比，可以加深学生的记忆和印象，使学生掌握电机各个部件的材料组成[4]。然后通过三维结构和实物图对比，并结合之前的电磁感应基础知识，可以引出电机在运行过程中的电、磁、力三个要素之间的联系。在这种情况下，学生们可以在学习本课程之前，对电机的整体结构和组成有一个清晰的认识，这为后续理论课程讲解和实验操作奠定了扎实的感性基础。图1是“电机与拖动基础”课程的电机三维结构展示分析过程。

从学生们的课堂反馈和实验操作概况，验证了电机三维结构演示作为“电机与拖动基础”课程讲学的首堂课，是完全正确的和切实有必要的。

2.2 线下和线上混合学习

“电机与拖动基础”是一门有着较高学习难度的专业课，其包含的电场、磁场和力场，以及三者之间的相互关系逻辑分析，具有很强的抽象性和复杂性。因此，针对课堂学习时间不足、无法兼顾每个学生学习能力和进度的情况，可以采用线下和线上的混合学习模式，从而促进师生在教和学方面的充分交流，进而增强学生作为学习主体的参与度和理解度[5]。

所谓线下学习，主要指课前预习、课堂学习、课后复习和课后实践等学习过程。事实证明，养成良好的课前预习模式，有利于学生在课堂学习过程中分析和解决具有针对性的问题，提高课堂学习质量和效果。此外，针对“电机与拖动基础”课程而言，课后复习和课后实践（实验），有利于巩固和加深学生们对于电机工作原理的深入了解。所谓线上学习，指的是学生们通过慕课（MOOCS）、云课堂、学习强国等网络平台，了解国内外优秀教育工作者对于“电机与拖动基础”这门课的独到授课过程，弥补线下学习过程中的不足，从而增强学生们在课程学习过程中的主动性和创新性。

综合线下学习和线上学习的各自优点，则线下和线上学习的混合学习模式应运而生，这也是打造“电机与拖动基础”这门“金课”的核心。线下和线上混合学习模式（如图2所示），充分体现了教师和学生的双主体角色，实现课堂教学和课外教学的有机融合，使学生成为教学过程的“登山者”，教师成为学生学习的“登山台阶”。

上述几种教学流程，极大地改变了“电机与拖动基础”的传统教学流程，改变了教学始终以教师作为主体的陈旧观念，真正实现了以教师和学生作为教学过程中的双主体思想。

2.3 仿真分析研究

随着当前计算机的数据处理能力大幅度提高，一些电机仿真分析的软件应运而生，譬如ANSYS公司的Maxwell电磁场模拟软件、Motor Design Ltd公司的Motor-CAD电机热计算，以及Infolytica公司的MagNet电机电磁场模拟分析软件等，这些软件不仅能够精确地计算瞬态磁场分布、电场分布、损耗分布、感应电动势变化、力矩变化、负载特性等，也能够完成电极结构的应力分析和温度场分析，完全满足电机运行状态的仿真分析研究工作[6]。尤其重要的是，电机的仿真分析研究，可以为电机结构和性能的优化设计奠定完善的理论基础。

图3是电机运行性能的二维结构仿真分析过程。首先，可以通过动态和静态的二维平面，分析电机的磁力线分布和磁密分布，查看电机整体结构的初步合理性;其次，查看和分析电机的感应电动势、电磁力、磁链等电磁参数，并分析这些参数的特点，譬如感应电动势和磁链的谐波分析、电磁力的幅值分析等;最后，基于上述电机电磁参数的分析，进行电机结构尺寸和材料的优化设计，并加以仿真分析验证，从而确定待加工的电机样品结构尺寸和材料。

电机仿真分析研究，是打造“电机与拖动基础”这门“金课”的要素之一。该要素在很大程度上缓解了“电机与拖动基础”这门课的枯燥难学困境，使教师在教授这门课的过程中延伸了教学时间和空间，同时也给予学生们一些诸如眼睛愉悦和心灵震撼的感受。所以，仿真分析研究丰富了教学生态，为学生们的创新思维和实践提供了诸多软件环境。

电机仿真研究也是电机设计和加工制造的先遣环节之一。譬如，通过仿真分析研究，可以得到电机尺寸与电机性能之间的逻辑关系，从而可以寻找到基于最优电机性能的电机尺寸结构。诸如此类的研究工作，已经在很多文献资料中得到验证。

2.4 样品制作过程

经过了电机的三维结构展示、线下和线上混合学习、仿真分析研究之后，就是电机样品的机械加工和组装过程了。电机样品制作过程，考查了学生理论学习和实践是否合理统一。电机样品制作过程需要注意以下几个方面。

（1）避免电机的尺寸和结构过于高精密。电机结构过于复杂或尺寸精度过高，将会导致无法进行电机样品的机加工，从而使先前的仿真分析和优化设计徒劳无功。因此非常有必要让学生认识到这一点的重要性，既要仰望天空，又要脚踏实地。

（2）电机材料的物理特性差异。电机的材料主要由铜制材料的绕组、导磁材料的定子硅钢片和转子硅钢片、永磁材料（永磁电机）、外部结构框架组成。由于各个公司的生产工艺特点，导致硅钢片和永磁材料的实际物理特性与理论物理特性有差别。大多数时候，电机材料的实际物理特性略低于其理论物理特性，因此学生们应该在电机加工过程中学会适时调整理论数据，做到理论与实践的高度有机统一。

（3）电机的装备过程。电机的装备过程中，最容易出现错误的就是其绕组的绕制问题。由于电机的绕组有相数和匝数的区别，并且其匝数众多，一不小心将会使绕组的绕制方向发生错误，或者是各个相绕组的串联发生错误，因此电机的装备过程，可以提高学生在实践过程中的精力集中度和认真度。

（4）通过电机的样品制作过程，可以加深学生对于电机结构的理解，并为后续的电机控制过程学习和实操奠定扎实的实践基础。

3 结论

本文基于地方本科院校和應用技术大学改革试点的特点，阐述了自动化专业“电机与拖动基础”课程的“金课”建设之路：以三维结构展示作为“金课”建设的开端;把线下和线上学习当做“金课”建设的核心;强调课程学习后续环节的仿真分析研究和样品制作过程，从而提高“电机与拖动基础”这门课程的高阶性和挑战度，并激发学生在学习过程中的创新能力。

“电机与拖动基础”是一门学生普遍反映难度较大的专业课，其“金课”建设过程需要着重注意以下几点：一是要调动学生的积极性，祛除学生的短期功利性心态;二是要培养学生的学习兴趣，因为兴趣是学习效果提升的第一驱动力;三是提高课程实践的安全性，这门课程的实践过程中会涉及电和力的因素，一旦出现安全事故，所有的“金课”建设过程将会毁于一旦。

参 考 文 献

[1]吴岩.建设中国“金课”[J].中国大学教学，2018（12）：4-9.

[2]李志义.“水课”与“金课”之我见[J].中国大学教学，2018（12）：24-29.

[3]朱晓吾，杨守珍.150多亿元是怎样引进来的——河南省汝南县“新能源电动车产业园”诞生记[J].决策探索（下半月），2015（8）：87-88.

[4]李军利.基于SolidWorks的电机控制器水冷散热器热分析[J].汽车与驾驶维修（维修版），2018（10）：86-91.

[5]徐晓丹，刘华文，段正杰.线上线下混合式教学中学习评价机制研究[J].中国信息技术教育，2018（8）：95-97.

[6]赵九峰.基于ANSYS Workbench自控飞机回转机构驱动功率的计算及电机选型[J].机械，2019，46（4）：30-33.