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摘要:以创新能力培养为目标,以创新人才培养为教育理念,结合重点课程建设,以学生为主体,在课程体系、教学内容、教学方法及手段、考核方式及实验教学等方面对“电机与拖动”课程进行教学改革,并取得了一定的成果。
关键词:电机与拖动;创新能力;课程建设;教学改革
作者简介:厉虹(1960-),女,浙江温州人,北京信息科技大学自动化学院,教授,工学硕士,主要研究方向:电机与电器、电力电子与电力传动;张巧杰(1978-),女,山东烟台人,北京信息科技大学自动化学院,讲师,工学博士,主要研究方向:电力电子与电力传动。(北京100192)
基金项目:本文系北京信息科技大学2008年重点建设课程项目、北京信息科技大学高教研究重点项目(项目编号:2009GJZD10)的研究成果。
中国特色社会主义建设事业蓬勃发展,社会对高素质创新人才的需求十分迫切。在高校进行的教育教学改革中,实施素质教育是国家教育方针规定必须遵循的教育方向,培养创新精神和实践能力是素质教育的重点。进行素质教育的目的之一,就是要培养大学生的创新能力,提高大学生的创新素质,这已成为教育领域的共识。
高校是培养创新人才的地方。创新人才是指具有创新精神的创造型人才,也就是具有创新能力,从而能取得创造性成果的人才。创新能力是指人们推陈出新、创造新事物的能力。包括创新思维能力、创新想象能力、创新实践能力。[1]学生在大学学习期间,这些能力需要在各门课程学习及其他教学环节中培养。
“电机与拖动”是自动化和电气工程类专业的主干课程之一,在电气工程和自动化专业人才培养过程中具有非常重要的作用。该课程既有理论基础课的性质,又有技术专业课的特点。理论概念抽象、电磁关系复杂、涉及的知识面广。为了使学生更好地掌握本课程的知识,必须根据课程特点进行教学方法的改革。同时,由于课程具有很强的实践性,因此摆脱传统教育模式的束缚,以创新能力培养为目标,按照创新教育的思路,培养学生正确的学习方法和创新意识也是开展教学改革的目的。
一、具有创新理念的教育观念和教师队伍
创新能力培养的关键在于学生自主意识的复苏和升华。为此高校应当明确坚定培养创新型人才的办学宗旨,重视学生的主体性,弘扬学生的主体精神,尊重学生的个性自由。首先要认清教育的本质是培养人,并非培养盛装知识的机器;其次强化以学生为主体的教育观念,充分发挥其主观能动性,开拓其创新的潜质;第三要认识到学生各有所长、千差万别,学校应因材施教、扬长避短,使之找到各自可能创新的方向。因此树立培养创新人才的教育理念是极其重要的。
在教学工作中学生是主体,教师是主体的灵魂。要培养创新人才,教师本身应具有强烈的创新意识。从职业道德角度讲,教师应当有敬业、乐教、无私奉献的精神境界和真挚的教育情感;从专业学术水平看,教师要有渊博的知识,通过不断学习,了解本学科的前沿技术与发展动向,注重其他学科知识对本学科的影响及在本学科领域中的应用。近年来,“电机与拖动”课程组的主讲教师积极承担科研项目,通过科研工作提高自己的学术水平,时刻关注电机的理论和设计、工艺和制造方面的成果;新型磁材料以及新型电机的问世;各种先进控制理论在电气传动领域的应用,并把自己的科研成果和先进的控制技术带入课堂,与基本工作原理结合讲授。虽然“电机与拖动”是专业基础课,其中所涉及的电磁定律和原理都是百年经典,但教师决不能一套教案用多年,而应当结合电机技术、电力电子技术,计算机技术以及控制理论的发展,不断更新教案。在知识经济时代,新知识、新技术、新成果层出不穷,充分利用信息资料,辅佐教材,互相阐释,以求发现问题,这样才能拓宽学生的视野,开阔学生的思路,激励学生的科学探索精神。
二、具有创新形态的课程体系和教学内容
创新能力的培养必须在以知识体系为中心的课程中设置相应的课程体系。多年来,“电机与拖动”基本沿用了前苏联教材的课程体系,在课程教学中过于强调理论的系统性和完整性,而对电机特别是其各种工作特性和机械特性在工程实际中的应用却较少涉及。但社会对技术人员的要求是,具有较强的解决实际工程问题的能力,能较好地分析和处理实际工作中遇到的相关技术问题。显然,单一的“理论教学+验证实验”的教学模式已不能适应社会对工程技术人员的要求。因此在课程建设中,以“应用和创新”为主线,转变教学观念,将 “理论教学+验证实验”的教学模式转变为“应用性理论教学+验证设计实验+综合实验”的课程教学体系,逐步形成以应用能力培养为核心的课程体系,达到通过该课程的学习,培养学生具有工程设计能力、工程应用能力和创新能力的目的。
笔者从事“电机与拖动”教学20余年,几乎所有的学生都反映这门课程难学,特别是近些年来,这样的反应更为强烈。究其原因,首先,随着教学改革的不断深入,工科大多数专业基础课的教学学时都被大大压缩,“电拖”也不例外。以北京信息科技大学自动化专业为例,“电拖”课程64学时,理论课只有50学时,在如此少的课时内要将“电机学”及“电力拖动”的内容讲解透彻,显然勉为其难。其次,“电拖”课程概念抽象、理论繁琐、公式和结论多、有独特的解题思路和分析方法,这使学生在学习时常常感到太抽象和难以理解。第三,由于连年大幅扩招,生源素质整体下降,学生的文化基础、接受能力以及学习积极性等都比过去相对降低,部分学生在“高等数学”、“大学物理”、“电路”等前期课程中学得不够扎实,这些都给本课程的教与学带来了很大的困难。[2]另外,部分教材仍然存在着只追求理论深度而忽视应用广度的问题,对不断更新变化的电机拖动新技术反应不够及时,内容陈旧,与实际应用脱节。针对上述情况,在教学中,对一些与专业学习联系不多且用处不大的理论问题作适当的精简、压缩、整合,加强对先进的科学知识及应用性较强的知识点的讲解与介绍。本着“必需够用,注重应用”的原则,统筹考虑、合理选取教学内容。删减了电机学中部分繁琐的公式推导和电机绕组内部连接方法,对于电机换向理论、电枢反应、交流电磁场等抽象难学的理论分析等则只讲授主要结论及其应用。在电力拖动部分,随着电气传动技术的进步,减少直流拖动的课时,增加交流拖动的内容,随着电力电子技术和数字控制技术的发展,一批高效高性能的新型电机相继问世,如永磁同步电动机、永磁无刷直流电动机、开关磁阻电动机、直线电机等,在教学过程中对这些新内容进行了补充。
由于创新具有超前性和新颖性的特点,因此让学生掌握最新的知识内容,了解最新的发展动态,以开放性、兼容性学习促进知识的全面发展,对培养学生的探索精神和创新思维是十分有利的。
三、具有创新倾向的教学方法和教学手段
当前,国家提出走新型工业化道路,各种先进的工业技术不断涌现,要使未来的工程技术人员始终走在新技术应用的前沿,在创新教育中,对学生自主学习能力的培养是极其重要的。当代教育越来越趋向终身学习,所以教师应当教会学生如何学习,如何思考,如何获取所需知识的方法。授之以渔而不是授之以鱼。课程组对传统的以教师主要讲、学生被动听的教学方式进行了改革。
采用开放式教学方法。部分学时采用上讨论课的方式进行,讨论的内容不局限于教科书,也有结合工程实际的题目,例如在讲完异步电动机的工作原理后,提出了为什么三相鼠笼式异步电动机直接启动电流只有额定电流?三相绕线式异步电机能否短接转子绕组直接启动?电动机启动后,定子缺相能否运行?三相绕线式异步电机定子绕组与转子绕组接反,电机是否能转起来等问题,这类问题是理论知识与生产、生活实际结合的典型实例。在教师的主持下,学生走上讲台谈自己的分析和认识,同学热烈讨论得出结论。教师在讲授基本理论的同时,还鼓励学生利用互联网查资料,找出电机拖动原理在生产和生活中应用的实例,例如,结合洗衣机频繁正反转的工作过程学习电动机的起动、制动原理,结合变频空调如何省电学习异步电动机变频调速原理及其在节能技术中的应用等等。
采用对比式教学方法。“电机与拖动”涉及到电学、磁学、力学及热学等方面的定律。具有知识点多、综合性强的特点,但在教学中如果能采取对比式方法,把各种不同的电机联系起来比较,就可以达到事半功倍的效果。例如:异步电动机和变压器在磁场结构、磁场性质、绕组、能量形式等方面可以进行对比;异步电动机和直流电动机在功率传递方面可以进行对比;直流电动机和直流发电机可以在能量转换、电路和功率传递方面进行对比;直流电机和交流电机可以在结构上进行对比等等。这些对比有的由教师总结,有的则由学生自己提出和归纳。
开放式和类比式教学方法能充分发挥学生学习的主动性、积极性,促使学生学会独立思考问题,有助于激发学生在教学过程中的主体意识,有助于学生自主学习能力的培养。同时也加强了教师与学生、学生与学生之间的信息交流,在这种师生互动的氛围中,教师积极鼓励引导学生敢于提出问题,加强学术交流活动,帮助学生树立不唯书,不唯师,只为“实”的求实求是精神,学生们的反响是非常热烈的。
围绕创新能力培养,除了在课程体系、课程内容和教学方法上进行改革外,在教学手段上,还可以利用现代化的计算机技术丰富教学手段、拓展教学方式,让多媒体技术、图像界面技术、三维动画技术、数字智能技术在课堂上得到应用,引导学生进行主动性学习。
利用Microsoft的PowerPoint,依据教学思路,采用“文字”+“图形”的形式,制作最基本的教学课件,形成一个方便的能不断更新的电子板书;对复杂的、难以理解的电机结构、电机装配过程、磁场的形成等利用Flash动画和MATLAB编程,设计制作了视觉效果良好的控件插入到电子板书中,进行动画模拟分解和显示,将一些复杂的公式推导变成形象的动态过程;用VB编程制作了课件界面,“电机与拖动”多媒体教学课件的应用,大大增加了学生的学习兴趣,使教师的教学过程更精彩、更直观,学生更容易理解,也使教学手段变得更加丰富。教学实践证明:课件的界面友好、互动性强, 教学内容优化,取得了良好的教学效果。这项工作的开展还吸收了对计算机很感兴趣的学生参加,也提高了学生对软件开发和应用的能力。
四、具有创新意识的实验教学和实践能力
“电机与拖动”是一门实践性、技术性都很强的专业主干课,学生创新意识和创新精神的培养也应在实验教学过程中得到体现。实验课教学的改革主要从以下几方面入手。
方法一是合理使用计算机仿真工具解决电机与拖动系统中的复杂问题。在电机与拖动课程中使用MATLAB这一仿真工具能大大简化学习过程中的数学推导和演算,有效缓解学生对学习该课程的畏难情绪,激发其学习热情和兴趣,也为对电机实现进一步的控制奠定基础。课程组对电机拖动进行了建模和仿真,利用虚拟实验准确地研究各种电机的工作特性和电路的动态特性,可以帮助学生理解课上的难点,使课程中许多抽象概念和原理形象化。仿真结果和计算结果的动画式显示,使学生对电力拖动系统的认识、系统中各种因素的相互作用和影响有较全面的理解。[3]由于MATLAB/Powersystem 中有很多电机模型,学生可以利用其中的模块自主提出实验方案,建立虚拟实验项目,对培养学生的创造能力有很大的帮助。
方法二是减少验证性实验,增加设计性实验。从培养学生的实验能力以及后续课程多以控制为主的情况考虑,减少电机学部分的验证性实验,增加拖动部分的实际应用实验。
在验证性实验中,指导教师为学生提供较为详细的实验指导材料,学生在实验前一天提交实验预习报告,在实验过程中教师通过提相关问题考察学生的预习情况,并为预习情况打分;辅导学生连接实验线路;验收学生实验结果;为学生实验操作打分。
在设计性实验中,学生根据教师下达的实验任务书,查阅有关技术资料,独立进行实验方案设计、实验步骤的规划,并绘制实验线路,然后到实验室进行线路连接、调试和测量工作,最后按要求写出实验报告。实验过程中,教师主要进行启发式辅导,为学生提供自由空间,按他们自己的想法进行实验,这样做充分调动了学生的自学积极性,培养了学生独立思考、分析问题和解决问题以及动手能力。
方法三是结合科研课题开设综合性实验。结合教师的科研课题,开设了异步电动机综合实验。在综合实验中,利用变频器和PLC控制电机运转,利用旋转编码器检测电机转速,采用模糊PID控制算法完成三相异步电机的计算机控制。学生在这个实验中可以接触到硬件如变频器、电机、PC机、旋转编码器,磁粉制动器,软件如FORCECONTROL组态软件,CX-PROGRAMMER,接触到的计算机语言有C、QB语言等。对学生掌握电机拖动系统的构成、建立电机拖动系统的完整概念和综合运用所学知识起到了极大的作用。
五、具有创新意向的考核方式和评价标准
课程考核方式是教学过程的重要环节,是引导学生树立正确的学习态度,建立良好学习习惯的重要标尺。传统的考试是以考课本知识点和习题为主要内容的单纯闭卷形式,这样做既不利于创新人才的培养,也不能完全反映学生的真实成绩。课程考试应以重能力培养、重素质提高为原则,以促进学生独立思考为目的。因此对考核方式和手段进行了改革。课程总成绩计算为:平时成绩+试卷成绩+实验成绩。平时成绩以学生在讨论课上的能力表现和素质体现为主,实验成绩以实验操作和自主创新能力为主。试卷成绩主要考核学生对基础理论知识的掌握和运用。期末考试改变了过去主要以计算题为主的方式,出题形式为简答题、分析题、综合题、画图题和应用题,考试试卷由原来的全闭卷改为了半闭卷,所有计算公式全部印在考卷上。考核内容减少计算题比重,加大综合分析回答问题的比重,减少了大量机械背诵的负担,使学生把复习重点放在应用和解决实际问题能力的训练上,有利于引导学生从死记硬背向重知识运用、重能力培养的方向发展,以提高综合运用知识解决问题的能力和创新意识,对端正考风有一定的帮助。
六、结语
创新型人才的培养是高等学校的重要任务之一。高素质的人才不仅要具备坚实宽广的理论基础,更要具备前瞻性的思维以及创新意识和创新能力。近年来,结合“电机与拖动”重点课程建设,根据“90后”学生的特点,从教育理念、教育内容、育人机制、实践载体等方面入手开展教学改革,在有效地促进大学生创新能力的提高方面进行了积极的探索,学生的实践动手能力和创新积极性得到极大提高,在多项科技竞赛中取得优异的成绩。在2008年中国机器人大赛暨RoboCUP公开赛比赛中,有5名学生获得了FIRA小型组3:3项目二等奖;5:5项目二等奖,在2009年飞思卡尔智能车竞赛华北赛区比赛中,又有4名学生获得了二等奖的好成绩。这些成果促使我们围绕创新能力的培养目标,继续深化课程教学改革,并将在今后的教学实践中进一步总结经验,不断完善。
参考文献:
[1]乔海曙,李远航.大学生创新能力培养研究综述[OL].2009. http://www.lunwenda.com.
[2]杨道驰,冯根生,等.对“电机及拖动基础”课程教学方法的探讨[J].电气电子教学学报,2004,26(1):98-100.
[3]李正,杨文焕.“电机与拖动基础”虚拟实验的教学研究[J].中国电力教育,2008,(11):147-148.
(责任编辑:苏宇嵬)
关键词:电机与拖动;创新能力;课程建设;教学改革
作者简介:厉虹(1960-),女,浙江温州人,北京信息科技大学自动化学院,教授,工学硕士,主要研究方向:电机与电器、电力电子与电力传动;张巧杰(1978-),女,山东烟台人,北京信息科技大学自动化学院,讲师,工学博士,主要研究方向:电力电子与电力传动。(北京100192)
基金项目:本文系北京信息科技大学2008年重点建设课程项目、北京信息科技大学高教研究重点项目(项目编号:2009GJZD10)的研究成果。
中国特色社会主义建设事业蓬勃发展,社会对高素质创新人才的需求十分迫切。在高校进行的教育教学改革中,实施素质教育是国家教育方针规定必须遵循的教育方向,培养创新精神和实践能力是素质教育的重点。进行素质教育的目的之一,就是要培养大学生的创新能力,提高大学生的创新素质,这已成为教育领域的共识。
高校是培养创新人才的地方。创新人才是指具有创新精神的创造型人才,也就是具有创新能力,从而能取得创造性成果的人才。创新能力是指人们推陈出新、创造新事物的能力。包括创新思维能力、创新想象能力、创新实践能力。[1]学生在大学学习期间,这些能力需要在各门课程学习及其他教学环节中培养。
“电机与拖动”是自动化和电气工程类专业的主干课程之一,在电气工程和自动化专业人才培养过程中具有非常重要的作用。该课程既有理论基础课的性质,又有技术专业课的特点。理论概念抽象、电磁关系复杂、涉及的知识面广。为了使学生更好地掌握本课程的知识,必须根据课程特点进行教学方法的改革。同时,由于课程具有很强的实践性,因此摆脱传统教育模式的束缚,以创新能力培养为目标,按照创新教育的思路,培养学生正确的学习方法和创新意识也是开展教学改革的目的。
一、具有创新理念的教育观念和教师队伍
创新能力培养的关键在于学生自主意识的复苏和升华。为此高校应当明确坚定培养创新型人才的办学宗旨,重视学生的主体性,弘扬学生的主体精神,尊重学生的个性自由。首先要认清教育的本质是培养人,并非培养盛装知识的机器;其次强化以学生为主体的教育观念,充分发挥其主观能动性,开拓其创新的潜质;第三要认识到学生各有所长、千差万别,学校应因材施教、扬长避短,使之找到各自可能创新的方向。因此树立培养创新人才的教育理念是极其重要的。
在教学工作中学生是主体,教师是主体的灵魂。要培养创新人才,教师本身应具有强烈的创新意识。从职业道德角度讲,教师应当有敬业、乐教、无私奉献的精神境界和真挚的教育情感;从专业学术水平看,教师要有渊博的知识,通过不断学习,了解本学科的前沿技术与发展动向,注重其他学科知识对本学科的影响及在本学科领域中的应用。近年来,“电机与拖动”课程组的主讲教师积极承担科研项目,通过科研工作提高自己的学术水平,时刻关注电机的理论和设计、工艺和制造方面的成果;新型磁材料以及新型电机的问世;各种先进控制理论在电气传动领域的应用,并把自己的科研成果和先进的控制技术带入课堂,与基本工作原理结合讲授。虽然“电机与拖动”是专业基础课,其中所涉及的电磁定律和原理都是百年经典,但教师决不能一套教案用多年,而应当结合电机技术、电力电子技术,计算机技术以及控制理论的发展,不断更新教案。在知识经济时代,新知识、新技术、新成果层出不穷,充分利用信息资料,辅佐教材,互相阐释,以求发现问题,这样才能拓宽学生的视野,开阔学生的思路,激励学生的科学探索精神。
二、具有创新形态的课程体系和教学内容
创新能力的培养必须在以知识体系为中心的课程中设置相应的课程体系。多年来,“电机与拖动”基本沿用了前苏联教材的课程体系,在课程教学中过于强调理论的系统性和完整性,而对电机特别是其各种工作特性和机械特性在工程实际中的应用却较少涉及。但社会对技术人员的要求是,具有较强的解决实际工程问题的能力,能较好地分析和处理实际工作中遇到的相关技术问题。显然,单一的“理论教学+验证实验”的教学模式已不能适应社会对工程技术人员的要求。因此在课程建设中,以“应用和创新”为主线,转变教学观念,将 “理论教学+验证实验”的教学模式转变为“应用性理论教学+验证设计实验+综合实验”的课程教学体系,逐步形成以应用能力培养为核心的课程体系,达到通过该课程的学习,培养学生具有工程设计能力、工程应用能力和创新能力的目的。
笔者从事“电机与拖动”教学20余年,几乎所有的学生都反映这门课程难学,特别是近些年来,这样的反应更为强烈。究其原因,首先,随着教学改革的不断深入,工科大多数专业基础课的教学学时都被大大压缩,“电拖”也不例外。以北京信息科技大学自动化专业为例,“电拖”课程64学时,理论课只有50学时,在如此少的课时内要将“电机学”及“电力拖动”的内容讲解透彻,显然勉为其难。其次,“电拖”课程概念抽象、理论繁琐、公式和结论多、有独特的解题思路和分析方法,这使学生在学习时常常感到太抽象和难以理解。第三,由于连年大幅扩招,生源素质整体下降,学生的文化基础、接受能力以及学习积极性等都比过去相对降低,部分学生在“高等数学”、“大学物理”、“电路”等前期课程中学得不够扎实,这些都给本课程的教与学带来了很大的困难。[2]另外,部分教材仍然存在着只追求理论深度而忽视应用广度的问题,对不断更新变化的电机拖动新技术反应不够及时,内容陈旧,与实际应用脱节。针对上述情况,在教学中,对一些与专业学习联系不多且用处不大的理论问题作适当的精简、压缩、整合,加强对先进的科学知识及应用性较强的知识点的讲解与介绍。本着“必需够用,注重应用”的原则,统筹考虑、合理选取教学内容。删减了电机学中部分繁琐的公式推导和电机绕组内部连接方法,对于电机换向理论、电枢反应、交流电磁场等抽象难学的理论分析等则只讲授主要结论及其应用。在电力拖动部分,随着电气传动技术的进步,减少直流拖动的课时,增加交流拖动的内容,随着电力电子技术和数字控制技术的发展,一批高效高性能的新型电机相继问世,如永磁同步电动机、永磁无刷直流电动机、开关磁阻电动机、直线电机等,在教学过程中对这些新内容进行了补充。
由于创新具有超前性和新颖性的特点,因此让学生掌握最新的知识内容,了解最新的发展动态,以开放性、兼容性学习促进知识的全面发展,对培养学生的探索精神和创新思维是十分有利的。
三、具有创新倾向的教学方法和教学手段
当前,国家提出走新型工业化道路,各种先进的工业技术不断涌现,要使未来的工程技术人员始终走在新技术应用的前沿,在创新教育中,对学生自主学习能力的培养是极其重要的。当代教育越来越趋向终身学习,所以教师应当教会学生如何学习,如何思考,如何获取所需知识的方法。授之以渔而不是授之以鱼。课程组对传统的以教师主要讲、学生被动听的教学方式进行了改革。
采用开放式教学方法。部分学时采用上讨论课的方式进行,讨论的内容不局限于教科书,也有结合工程实际的题目,例如在讲完异步电动机的工作原理后,提出了为什么三相鼠笼式异步电动机直接启动电流只有额定电流?三相绕线式异步电机能否短接转子绕组直接启动?电动机启动后,定子缺相能否运行?三相绕线式异步电机定子绕组与转子绕组接反,电机是否能转起来等问题,这类问题是理论知识与生产、生活实际结合的典型实例。在教师的主持下,学生走上讲台谈自己的分析和认识,同学热烈讨论得出结论。教师在讲授基本理论的同时,还鼓励学生利用互联网查资料,找出电机拖动原理在生产和生活中应用的实例,例如,结合洗衣机频繁正反转的工作过程学习电动机的起动、制动原理,结合变频空调如何省电学习异步电动机变频调速原理及其在节能技术中的应用等等。
采用对比式教学方法。“电机与拖动”涉及到电学、磁学、力学及热学等方面的定律。具有知识点多、综合性强的特点,但在教学中如果能采取对比式方法,把各种不同的电机联系起来比较,就可以达到事半功倍的效果。例如:异步电动机和变压器在磁场结构、磁场性质、绕组、能量形式等方面可以进行对比;异步电动机和直流电动机在功率传递方面可以进行对比;直流电动机和直流发电机可以在能量转换、电路和功率传递方面进行对比;直流电机和交流电机可以在结构上进行对比等等。这些对比有的由教师总结,有的则由学生自己提出和归纳。
开放式和类比式教学方法能充分发挥学生学习的主动性、积极性,促使学生学会独立思考问题,有助于激发学生在教学过程中的主体意识,有助于学生自主学习能力的培养。同时也加强了教师与学生、学生与学生之间的信息交流,在这种师生互动的氛围中,教师积极鼓励引导学生敢于提出问题,加强学术交流活动,帮助学生树立不唯书,不唯师,只为“实”的求实求是精神,学生们的反响是非常热烈的。
围绕创新能力培养,除了在课程体系、课程内容和教学方法上进行改革外,在教学手段上,还可以利用现代化的计算机技术丰富教学手段、拓展教学方式,让多媒体技术、图像界面技术、三维动画技术、数字智能技术在课堂上得到应用,引导学生进行主动性学习。
利用Microsoft的PowerPoint,依据教学思路,采用“文字”+“图形”的形式,制作最基本的教学课件,形成一个方便的能不断更新的电子板书;对复杂的、难以理解的电机结构、电机装配过程、磁场的形成等利用Flash动画和MATLAB编程,设计制作了视觉效果良好的控件插入到电子板书中,进行动画模拟分解和显示,将一些复杂的公式推导变成形象的动态过程;用VB编程制作了课件界面,“电机与拖动”多媒体教学课件的应用,大大增加了学生的学习兴趣,使教师的教学过程更精彩、更直观,学生更容易理解,也使教学手段变得更加丰富。教学实践证明:课件的界面友好、互动性强, 教学内容优化,取得了良好的教学效果。这项工作的开展还吸收了对计算机很感兴趣的学生参加,也提高了学生对软件开发和应用的能力。
四、具有创新意识的实验教学和实践能力
“电机与拖动”是一门实践性、技术性都很强的专业主干课,学生创新意识和创新精神的培养也应在实验教学过程中得到体现。实验课教学的改革主要从以下几方面入手。
方法一是合理使用计算机仿真工具解决电机与拖动系统中的复杂问题。在电机与拖动课程中使用MATLAB这一仿真工具能大大简化学习过程中的数学推导和演算,有效缓解学生对学习该课程的畏难情绪,激发其学习热情和兴趣,也为对电机实现进一步的控制奠定基础。课程组对电机拖动进行了建模和仿真,利用虚拟实验准确地研究各种电机的工作特性和电路的动态特性,可以帮助学生理解课上的难点,使课程中许多抽象概念和原理形象化。仿真结果和计算结果的动画式显示,使学生对电力拖动系统的认识、系统中各种因素的相互作用和影响有较全面的理解。[3]由于MATLAB/Powersystem 中有很多电机模型,学生可以利用其中的模块自主提出实验方案,建立虚拟实验项目,对培养学生的创造能力有很大的帮助。
方法二是减少验证性实验,增加设计性实验。从培养学生的实验能力以及后续课程多以控制为主的情况考虑,减少电机学部分的验证性实验,增加拖动部分的实际应用实验。
在验证性实验中,指导教师为学生提供较为详细的实验指导材料,学生在实验前一天提交实验预习报告,在实验过程中教师通过提相关问题考察学生的预习情况,并为预习情况打分;辅导学生连接实验线路;验收学生实验结果;为学生实验操作打分。
在设计性实验中,学生根据教师下达的实验任务书,查阅有关技术资料,独立进行实验方案设计、实验步骤的规划,并绘制实验线路,然后到实验室进行线路连接、调试和测量工作,最后按要求写出实验报告。实验过程中,教师主要进行启发式辅导,为学生提供自由空间,按他们自己的想法进行实验,这样做充分调动了学生的自学积极性,培养了学生独立思考、分析问题和解决问题以及动手能力。
方法三是结合科研课题开设综合性实验。结合教师的科研课题,开设了异步电动机综合实验。在综合实验中,利用变频器和PLC控制电机运转,利用旋转编码器检测电机转速,采用模糊PID控制算法完成三相异步电机的计算机控制。学生在这个实验中可以接触到硬件如变频器、电机、PC机、旋转编码器,磁粉制动器,软件如FORCECONTROL组态软件,CX-PROGRAMMER,接触到的计算机语言有C、QB语言等。对学生掌握电机拖动系统的构成、建立电机拖动系统的完整概念和综合运用所学知识起到了极大的作用。
五、具有创新意向的考核方式和评价标准
课程考核方式是教学过程的重要环节,是引导学生树立正确的学习态度,建立良好学习习惯的重要标尺。传统的考试是以考课本知识点和习题为主要内容的单纯闭卷形式,这样做既不利于创新人才的培养,也不能完全反映学生的真实成绩。课程考试应以重能力培养、重素质提高为原则,以促进学生独立思考为目的。因此对考核方式和手段进行了改革。课程总成绩计算为:平时成绩+试卷成绩+实验成绩。平时成绩以学生在讨论课上的能力表现和素质体现为主,实验成绩以实验操作和自主创新能力为主。试卷成绩主要考核学生对基础理论知识的掌握和运用。期末考试改变了过去主要以计算题为主的方式,出题形式为简答题、分析题、综合题、画图题和应用题,考试试卷由原来的全闭卷改为了半闭卷,所有计算公式全部印在考卷上。考核内容减少计算题比重,加大综合分析回答问题的比重,减少了大量机械背诵的负担,使学生把复习重点放在应用和解决实际问题能力的训练上,有利于引导学生从死记硬背向重知识运用、重能力培养的方向发展,以提高综合运用知识解决问题的能力和创新意识,对端正考风有一定的帮助。
六、结语
创新型人才的培养是高等学校的重要任务之一。高素质的人才不仅要具备坚实宽广的理论基础,更要具备前瞻性的思维以及创新意识和创新能力。近年来,结合“电机与拖动”重点课程建设,根据“90后”学生的特点,从教育理念、教育内容、育人机制、实践载体等方面入手开展教学改革,在有效地促进大学生创新能力的提高方面进行了积极的探索,学生的实践动手能力和创新积极性得到极大提高,在多项科技竞赛中取得优异的成绩。在2008年中国机器人大赛暨RoboCUP公开赛比赛中,有5名学生获得了FIRA小型组3:3项目二等奖;5:5项目二等奖,在2009年飞思卡尔智能车竞赛华北赛区比赛中,又有4名学生获得了二等奖的好成绩。这些成果促使我们围绕创新能力的培养目标,继续深化课程教学改革,并将在今后的教学实践中进一步总结经验,不断完善。
参考文献:
[1]乔海曙,李远航.大学生创新能力培养研究综述[OL].2009. http://www.lunwenda.com.
[2]杨道驰,冯根生,等.对“电机及拖动基础”课程教学方法的探讨[J].电气电子教学学报,2004,26(1):98-100.
[3]李正,杨文焕.“电机与拖动基础”虚拟实验的教学研究[J].中国电力教育,2008,(11):147-148.
(责任编辑:苏宇嵬)