基于學生創(chuàng)新能力拓展的“電機及其調速系統(tǒng)”課程群體系化教學

王宇

摘要：針對電氣工程學科方向電機領域新技術的發(fā)展以及新時期下培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的教學目標，提出“電機及其調速系統(tǒng)”課程群系統(tǒng)化、一體化、連續(xù)化教學理論與模式，從宏觀角度明確“電機及其調速系統(tǒng)”課程群各課程的內在聯(lián)系，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維以及發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題的科研能力。

關鍵詞：創(chuàng)新人才;課程群;科研能力

中圖分類號：G642.41? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）52-0180-02

針對電氣工程學科方向電機領域新技術的發(fā)展以及新時期下培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的教學目標，本文提出研究基于創(chuàng)新能力拓展的“電機及其調速系統(tǒng)”課程群（《電機學》、《功率電子學》、《現(xiàn)代電機調速技術》、《電氣工程與自動化軟件實訓》、《特種電機》和《電機控制元件》）的體系化教學。

一、教學主要目標和重點

1.提出“電機及其調速系統(tǒng)”課程群系統(tǒng)化、一體化、連續(xù)化教學理論與模式，從宏觀角度明確“電機及其調速系統(tǒng)”課程群各課程的內在聯(lián)系，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維以及發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題的科研能力，包括《電機學》、《功率電子學》——建立和增強學生對電力電子與電力傳動學科的感性認識;《特種電機》和《電機控制元件》——鞏固已有基礎知識;《現(xiàn)代電機調速技術》、《電力拖動》——提高其理論分析能力[1];《電氣工程與自動化軟件實訓》——夯實基礎，提高實際動手能力和解決實際問題的能力;《電機工程實訓平臺》——結合在研基礎研究項目和自己的研究興趣，安排相關課題：具有一定的前沿性（重要的理論意義和實際應用前景）;具有一定的探索性;具有一定的系統(tǒng)性;有利于發(fā)揮學生的創(chuàng)造力。

2.在“1.”）的基礎上，讓學生在掌握具體創(chuàng)新實例的基礎上，通過仿真軟件進行原理實現(xiàn)，再進行初步的實驗驗證，在培養(yǎng)學生動手能力的同時，加深對創(chuàng)新思維“類比、融合、提高”分析方法的感性認識。

解決的主要問題如下：（1）解決“專業(yè)課”、“實訓課”、“創(chuàng)新實踐課”、“專業(yè)選修課”、“創(chuàng)新實踐平臺”之間的脫鉤問題，切實提高教師的系統(tǒng)化教學能力[2]。例如，學生在“專業(yè)課”中學習了“交流電機調速技術”，但不知其物理本質;學生在“創(chuàng)新實踐課”了解了“矢量控制”的創(chuàng)新思路，但不知如何實現(xiàn)，沒有感性認識;學生在“實訓課”中學會了Matlab軟件，但只會課上例程，雖學會改軟件卻一直無主動使用的機會。本項目提出的“電力電子”與“電機控制”創(chuàng)新思維的“類比、融合、提高”分析方法與工程實踐，就是讓學生在了解物理本質和創(chuàng)新思路的前提下，帶著好奇心和求知欲，利用軟件搭建系統(tǒng)的數(shù)學模型和電氣模型，做到對軟件的靈活掌握和使用，并為系統(tǒng)實現(xiàn)做好準備，最后進行實驗驗證，有效地解決“專業(yè)課”、“實訓課”、“創(chuàng)新實踐課”等的脫鉤問題，完成本科生到研究生的過渡。（2）解決學生在科技創(chuàng)新中既會“得魚”又會“漁”的問題。例如，電氣工程專業(yè)的本科生在學習了一定的專業(yè)課程和參加了一些科技創(chuàng)新活動后，對于“電力電子”領域的“功率校正技術”和“電機控制”領域的“矢量控制技術”有了初步的理解和掌握，但未能掌握其創(chuàng)新本質和內在聯(lián)系，通過對學生講解兩者的相同創(chuàng)新本質——“用最小的損耗產(chǎn)生最大的能量或者功率并同時使得能量或者功率的脈動最小”，進一步將該本質簡化成一張圖、一個公式，讓學生了解共性的創(chuàng)新本質，可以為將來的科研創(chuàng)新和創(chuàng)造打下堅實的基礎。

二、任務完成情況、主要改革成果和實踐效果

要系統(tǒng)地建立“專業(yè)課”、“實訓課”、“創(chuàng)新實踐課”、“專業(yè)選修課”、“創(chuàng)新實踐平臺”之間的綜合教學設計理念和聯(lián)系式教學方法，切實提高教師的系統(tǒng)化教學能力[3]。

學生明白“專業(yè)課”、“實訓課”、“創(chuàng)新實踐課”、“專業(yè)選修課”、“創(chuàng)新實踐平臺”之間的內在聯(lián)系和邏輯關系，可以合理地設計課程體系，選課和學習有的放矢，學習興趣大大提高。以每門課為“點”，經(jīng)過教師的系統(tǒng)化教學，學生會將課程群聯(lián)系成“線”，提升為“面”，融合成“體”，對學科前沿有深入的了解，并提出自己的科研創(chuàng)新和創(chuàng)造[4]。

以“新能源汽車電氣系統(tǒng)”為例，其課程群體系化教學具體方案如下：

學生學習了《電機學》、《功率電子學》專業(yè)課，對電力電子與電力傳動學科有了一定的感性認識;教師會在《電氣工程與自動化軟件實訓》中給出兩個典型的仿真實例——“電機磁鏈積分”和“Buck變換器閉環(huán)控制”，讓學生利用相關軟件仿真實現(xiàn)《電機學》中的電機磁鏈的辨識以及《功率電子學》中的變換器電壓收斂、變換器電流的閉環(huán)。

接著，仿真實現(xiàn)以后，學生會直覺地考慮到具體的電機驅動系統(tǒng)要實現(xiàn)“電機磁鏈積分”和“變換器閉環(huán)控制”的硬件實現(xiàn)，這時教師會在《特種電機》和《電機控制元件》課程中具體講解特種電機的原理和電機控制元件，鞏固已有基礎知識。

然后，具體電機控制元件控制不同類型電機采用什么算法，在《現(xiàn)代電機調速技術》、《電力拖動》中詳細講解，學生這時會明白：（1）《電氣工程與自動化軟件實訓》中的“電機磁鏈積分”是《現(xiàn)代電機調速技術》矢量控制算法反饋環(huán)節(jié)中的必要環(huán)節(jié);（2）《電氣工程與自動化軟件實訓》中的“Buck變換器閉環(huán)控制”是《現(xiàn)代電機調速技術》矢量控制算法電流閉環(huán)環(huán)節(jié)中的簡化。此時，學生會有一種“如釋重負”的感覺，半年前學習的仿真知識在這里用上了，提高了理論分析能力。

之后，利用《現(xiàn)代電機調速技術》實驗平臺讓學生接觸實物，編程實現(xiàn)《現(xiàn)代電機調速技術》矢量控制算法和直接轉矩控制算法，提高學生的實際動手能力和解決實際問題的能力，并對理論教學內容進行反思。至此，學生本質上已經(jīng)掌握了一個小型的“新能源汽車電驅動系統(tǒng)”的編程和調試，有了一定的成就感和更強的求知欲。

三、展望

如前所述，在將“電機及其調速系統(tǒng)”課程群體系化教學進行推廣和孵化，建立“風力發(fā)電系統(tǒng)”、“航空電力系統(tǒng)”等課程群體系化教學這一橫向舉措之后，縱向上進行拔高、歸納和總結，建立大課程群、大交叉學科的體系化教學，如“電氣與自動化”課程群體系化教學、“電氣與電子”課程群體系化教學、“電氣與力學”課程群體系化教學。

參考文獻：

[1]郝雯娟，陳傳德.對"現(xiàn)代調速技術"課程改革的幾點思考[J].電氣電子教學學報，2010，32（1）：34-36.

[2]郝雯娟，任嚴煒.大學生創(chuàng)新課程實例—智能小車平臺實現(xiàn)[J].電氣電子教學學報，2018，40（1）：129-133.

[3]胡瑞，許春霞.機械工程專業(yè)實踐教學引入任務驅動模式研究[J].教育教學論壇，2018，374（32）：51-52.

[4]朱海霞，王恒，張卉，等.以學科競賽驅動獨立學院應用型人才培養(yǎng)[J].教育教學論壇，2018，（38）：48-49.