林厚健 王小增 黄杰贤

嘉应学院物理与电子工程学院 广东梅州 514015

1 课程教学改革背景

2018 年9 月17 日，教育部办公厅印发了《教育部、工业和信息化部、中国工程院关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0 的意见》（教高〔2018〕3 号），指明以新工科建设为重要抓手，持续深化工程教育改革，加快培养适应和引领新一轮科技革命和产业变革的卓越工程科技人才，打造世界工程创新中心和人才高地，提升国家硬实力和国际竞争力。新兴学科不断涌现，学科交叉融合加速的新工科时代背景下，深入开展新工科教学研究与实践，创新工程教育教学组织模式，强化工科教师工程实践能力，培养新型工科学生是我国工程教育改革的方向，是高校和科研院所加快培养未来重点领域紧缺人才、主动布局面向未来技术和产业的重要举措。

电机与拖动课程作为工科背景浓厚的自动化专业的一门专业基础课，其教学实践对工科学科建设的优化再造和内容升级以及高校自动化专业学生的培养目标、培养模式、培养内容的探索至关重要，电机与拖动课程的教学要求学生掌握常用交直流电机、变压器的工作原理、基本结构及其电力拖动运行性能等知识，课程教学注重训练学生的创新思维意识和工程实践能力，注重培养学生提出、分析、解决实际工程问题的能力。该课程的教学可为学生将来从事自动化工程技术工作和科学研究奠定理论基础，在自动化专业课程体系中具有举足轻重的地位[1]。因此，新工科时代背景下提升电机与拖动课程教学质量成为高校自动化专业教师首要解决的问题。

1.1 学情分析

电机与拖动课程是电气工程及自动化等传统工科专业的一门专业基础课，课程内容涵盖交直流电机本体及电力拖动部分[2]。课程知识点涉及机、电、磁、力、热等多学科知识，是广大师生公认难教难学的课程[3]。其先修课程包括电路、模拟电子技术、工程数学、自动控制原理等，是后续运动控制、电气传动等课程的理论基础。根据嘉应学院自动化专业学生本门课程学习情况的调研结果，学生普遍反映该课程不好学，学生对抽象理论的推导感到晦涩难懂，实践不深入，难以学以致用，考试一头雾水成为常态。

1.2 存在问题

导致上述结果的原因有学生层面的，有教师层面的，也有人才培养方案更新不及时和教学软硬件资源方面不足等。通过查阅电机与拖动课程教学实践相关文献，纵观嘉应学院现行自动化专业人才培养方案及课程教学大纲和实验设备等课程教学资源，对在学学生进行层次抽样问卷调查和当面访谈，发现当前电机与拖动课程教学存在以下问题：

1）授课形式单一，传统授课主要以课堂PPT授课、实验授课、课后作业和期末考试为主，学生缺乏直观认识电机结构与理解电机原理的机会，导致理论学习与工程应用的脱节[4-5]；

2）课程思政元素的缺失导致学生学习兴趣低，学生对电机与拖动课程的地位和作用认识不足，对该课程的核心知识在国民经济中的广泛应用理解不深刻；

3）学生面对晦涩难懂的公式推导表现出畏难情绪，特别是先修课程学的较差的学生，学习本课程的积极性不高[6]；

4）高校教学实验设备陈旧、课程理论内容过多导致实验课时压缩，在实验课时内学生难以完成全部实验，难以通过实验过程深入理解理论知识。

2 教学改革目标与设计思路

针对以上电机与拖动课程教学中存在的问题，在认真研读新工科背景下卓越工程师教育培养计划2.0 的意见的前提下，秉承高校立德树人的根本任务[7]，对自动化专业学生开展电机与拖动课程“五位一体”混合式教学改革与实践。

2.1 教学改革目标

根据电机与拖动课程工科属性强的特点，课程教学确定了以知识探究、能力培养、课程思政（素质）三位一体协同育人的教学目标。知识探究旨在教学过程中对课程内容中交直流电机、变压器等基本工作原理、基本结构及交直流电机的电力拖动运行性能等核心知识点进行重点教学，使学生能够运用电机及其拖动技术解决实际工程问题；能力培养旨在通过课程教学训练学生分析、解决问题的创新思维意识和工程实践能力，通过小组合作开展实验提高学生的团队协作、表达与沟通能力，增强学生解决复杂工程问题的能力；课程思政是在教学过程中有形无形地融入价值观、方法论等元素，培养学生的爱国奉献精神并饱含社会责任感的大国工匠素养。

2.2 教学设计思路

考虑本科三年级学生学习方式趋于稳定、具有一定批判精神的特点，结合电机与拖动课程教学内容繁多、章节知识点紧密联系的特点，根据前述确定的教学改革目标，教学设计思路按照课前、课中、课后进行规划，如图1 所示。课前利用学习通教学平台进行课程教学资源开发，包括问卷调查、视频资源（课程思政元素融入）、预习通知、作业发布（待对应章节知识授课完成后发放）四个环节；课中由课堂讲解、翻转课堂、学生讨论总结、教师点评四个环节组成；课后由知识回顾、作业批改、答疑互动、团队互评、学生评价反馈、课程滚动改进六个环节组成。

图1 教学设计思路

以三相感应电动机的工作原理这一小节教学内容为例进行说明。课前发布关于学生对三相感应电动机这一节教学内容教学期待的调查问卷，学习通平台同步发布三相感应电动机在国民经济中广泛应用的实例视频，该视频的震撼将激起学生学习课程知识的自豪感，让学生树立“强国有我、砥砺奋进、锤炼品德、担当时代责任”的远大理想。同时发布预习通知要求学生提前观看课程资源，提醒学生认真观看，课中将进行预习情况抽检。

课中首先引导学生明确本节内容的教学目标及重点难点，提醒学生回顾直流电机的工作原理，让学生思考即将学习的三相感应电动机基本原理和已经学习的直流电机的基本原理的异同点，然后通过动画演示及原理讲解开展三相感应电动机基本原理内容的教学，包括理论知识讲解及对应理论知识的例题讲解。接着由学生进行分组讨论及总结，明确本节知识点讲解前学生的猜想哪些是对的，哪些是需要更正或完善的，最后由教师点评学生的讨论结果，同时听取学生对教师点评的反馈意见。

课后由学生自主回顾本节知识点思维导图、学生提交作业后教师及时批改、部分章节作业由学生进行互评，学生作业提交后可随时进行线上提问，教师每周定时答复学生疑问，利用线上平台随时随地进行答疑讨论，该章节内容完成后学生进行教学评价反馈，教师根据学生反馈情况开展滚动优化备课，在后续章节授课中及时调整教学策略，实现本门课程教学的在线持续滚动改进。图2 为学习通平台课堂讨论及随堂练习情况。

图2 电机与拖动课程学习通平台课堂讨论及随堂练习情况

3 教改特色与创新

以上教学设计思路及教学实施方案是课程教学的一部分，在包括实验教学的整个课程教学过程中，笔者有机开展了课程思政融入、理论基础夯实、工程实践训练、教学科研融合、学科竞赛创新“五位一体”的教学实践。

“五位一体”的教学实践即：在课程的每一个章节融入课程思政元素，目的是勉励学生努力学习课程知识，学好专业知识，练就过硬本领，为中华民族伟大复兴贡献自己的青春力量；通过每一章节课程内容的课前、课中、课后教学实践，学生能够夯实理论基础；实验课程内容的教学以及安排学生到企业见习能够让学生的工程实践能力得到训练；授课过程中与学生分享教师科研项目中所用到的本课程知识可使学生明白科教共生的道理；通过指导学生参加“中国互联网+大学生创新创业大赛”、国家级、省级大学生电子设计竞赛、“挑战杯”“攀登计划”等大学生科技竞赛项目，实现学科竞赛促进学生创新思维意识和工程实践能力的提升。以上“五位一体”的教学改革实践可以归纳为以德筑教、以识筑学、以践促练、教研协同、以竞促创五大特色。

4 教学效果评估

教学效果评估不能局限于传统的纸质作业及期末考试成绩，自2020 年新冠肺炎疫情以来，线上+线下混合式教学成为全国各大高校普遍采用的教学新形态，本文所提教改实践评估除了采用平时作业和传统期末试卷成绩以外，也关注过程性考核（含实践技能测评）。为了更好地验证教改实践的效果，本课程的教学效果评估主要通过学习通平台课程学习数据、期末考试成绩、科技竞赛（学生参加科技竞赛或申报项目）、学生评教四个方面呈现。图3为学习通平台2019 级自动化专业学生的学习数据（综合成绩前10 名）。

图3 2019 级自动化专业班级电机与拖动课程学生学习数据

如图3 所示，表格中章节学习次数所在列数据为教师上传的视频、课件等教学资源学生的学习情况；课堂互动所在列统计了学生课堂讨论次数、随堂测验成绩等数据；线下（30%）所在列数据即为学生实践技能测评得分，是学生课内实验、实验报告、见习表现三环节综合评定的结果。图3 学习数据呈现的是综合成绩总分前10 名的学生，据统计，授课班级学生过程性考核综合成绩平均分达到90.7 分，相比教学改革前的75.6 分提高了近15 分。

作为衡量学生学习效果的传统方式之一，期末考试成绩在一定程度上反映了课程教学质量，笔者统计了电机与拖动课程学生期末考试成绩。近两年来，自动化专业学生的电机与拖动课程期末考试班级平均分提高约10 分，考试成绩不及格率（卷面60 分及以下）从10%降低至2%左右，优秀率（卷面90 分及以上）从3%提升到11%。随着教改实践的持续滚动改进，学生学习本课程的积极性不断提高，更多学生深度参与了教与学的环节，期末考试成绩的提升也验证了本次教改实践取得较大实效。

作为课程教学的增色项目，笔者在授课过程中巧妙分享各类大学生科技竞赛项目，号召学生积极参与学科相关科技竞赛，引导学生学以致用、以赛促创。笔者在教学之余会指导自动化专业学生参加各类大学生科技竞赛项目，并取得了一定成绩，例如：学生参加第十六届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛获得省级二等奖、学生参加广东省大学生电子设计竞赛获得省级一等奖。同时，笔者2020 年指导学生申报“攀登计划”广东省科技创新战略专项资金项目获得重点项目立项、2022年指导学生申报“大学生创新创业训练计划”项目获得国家级立项，此外，也有一些其他省级、校级项目立项或获奖。

教学质量评估中非常重要的一项就是学生评教，学生作为教学对象的第一受众，其评教结果一定程度上体现了课程教学质量。根据笔者所在学校教务系统评教数据，学生对电机与拖动课程任课教师的评分为90.35 分（总分为92 分），图4 所示内容为教务系统上学生主观评语的截图，从评教得分和学生评语来看，电机与拖动课程的教学得到了大部分学生比较认可的评价。此外，笔者自开展课程教学工作以来，连续三年课堂教学质量被评为优秀（占授课教师参评人数的30%）。

图4 教务系统上学生对任课教师的授课评价

5 结束语

综上所述，新工科时代背景下，作为传统工科自动化专业非常重要的专业基础课电机与拖动的教学亟待进行改革创新。笔者对“五位一体”的教学改革方案进行了两届学生的实践。教学改革以知识探究、能力培养、课程思政为目标，教学设计思路贯穿课前、课中、课后三大环节，通过过程性考核（含实践技能测评）、期末考试成绩、科技竞赛、学生评教四个模块对所提教改实践进行了评估，四个模块的评估结果验证了“五位一体”教改实践的有效性，教改实践中对电机与拖动课程核心知识点的精心选取、课程知识体系的优化、教学实施过程的滚动改进做了大量工作，目的是将讲授课程知识向提升学生工程实践能力转化，同时培养学生勇于创新、甘于奉献的大国工匠精神，为学生毕业后步入社会更好地应对新科技、新经济、新产业发展需求固本强基。