基于学生创新能力拓展的“电机及其调速系统”课程群体系化教学

王宇

摘要：针对电气工程学科方向电机领域新技术的发展以及新时期下培养创新型人才的教学目标，提出“电机及其调速系统”课程群系统化、一体化、连续化教学理论与模式，从宏观角度明确“电机及其调速系统”课程群各课程的内在联系，培养学生的创新思维以及发现问题、提出问题、解决问题的科研能力。

关键词：创新人才;课程群;科研能力

中图分类号：G642.41     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）52-0180-02

针对电气工程学科方向电机领域新技术的发展以及新时期下培养创新型人才的教学目标，本文提出研究基于创新能力拓展的“电机及其调速系统”课程群（《电机学》、《功率电子学》、《现代电机调速技术》、《电气工程与自动化软件实训》、《特种电机》和《电机控制元件》）的体系化教学。

一、教学主要目标和重点

1.提出“电机及其调速系统”课程群系統化、一体化、连续化教学理论与模式，从宏观角度明确“电机及其调速系统”课程群各课程的内在联系，培养学生的创新思维以及发现问题、提出问题、解决问题的科研能力，包括《电机学》、《功率电子学》——建立和增强学生对电力电子与电力传动学科的感性认识;《特种电机》和《电机控制元件》——巩固已有基础知识;《现代电机调速技术》、《电力拖动》——提高其理论分析能力[1];《电气工程与自动化软件实训》——夯实基础，提高实际动手能力和解决实际问题的能力;《电机工程实训平台》——结合在研基础研究项目和自己的研究兴趣，安排相关课题：具有一定的前沿性（重要的理论意义和实际应用前景）;具有一定的探索性;具有一定的系统性;有利于发挥学生的创造力。

2.在“1.”）的基础上，让学生在掌握具体创新实例的基础上，通过仿真软件进行原理实现，再进行初步的实验验证，在培养学生动手能力的同时，加深对创新思维“类比、融合、提高”分析方法的感性认识。

解决的主要问题如下：（1）解决“专业课”、“实训课”、“创新实践课”、“专业选修课”、“创新实践平台”之间的脱钩问题，切实提高教师的系统化教学能力[2]。例如，学生在“专业课”中学习了“交流电机调速技术”，但不知其物理本质;学生在“创新实践课”了解了“矢量控制”的创新思路，但不知如何实现，没有感性认识;学生在“实训课”中学会了Matlab软件，但只会课上例程，虽学会改软件却一直无主动使用的机会。本项目提出的“电力电子”与“电机控制”创新思维的“类比、融合、提高”分析方法与工程实践，就是让学生在了解物理本质和创新思路的前提下，带着好奇心和求知欲，利用软件搭建系统的数学模型和电气模型，做到对软件的灵活掌握和使用，并为系统实现做好准备，最后进行实验验证，有效地解决“专业课”、“实训课”、“创新实践课”等的脱钩问题，完成本科生到研究生的过渡。（2）解决学生在科技创新中既会“得鱼”又会“渔”的问题。例如，电气工程专业的本科生在学习了一定的专业课程和参加了一些科技创新活动后，对于“电力电子”领域的“功率校正技术”和“电机控制”领域的“矢量控制技术”有了初步的理解和掌握，但未能掌握其创新本质和内在联系，通过对学生讲解两者的相同创新本质——“用最小的损耗产生最大的能量或者功率并同时使得能量或者功率的脉动最小”，进一步将该本质简化成一张图、一个公式，让学生了解共性的创新本质，可以为将来的科研创新和创造打下坚实的基础。

二、任务完成情况、主要改革成果和实践效果

要系统地建立“专业课”、“实训课”、“创新实践课”、“专业选修课”、“创新实践平台”之间的综合教学设计理念和联系式教学方法，切实提高教师的系统化教学能力[3]。

学生明白“专业课”、“实训课”、“创新实践课”、“专业选修课”、“创新实践平台”之间的内在联系和逻辑关系，可以合理地设计课程体系，选课和学习有的放矢，学习兴趣大大提高。以每门课为“点”，经过教师的系统化教学，学生会将课程群联系成“线”，提升为“面”，融合成“体”，对学科前沿有深入的了解，并提出自己的科研创新和创造[4]。

以“新能源汽车电气系统”为例，其课程群体系化教学具体方案如下：

学生学习了《电机学》、《功率电子学》专业课，对电力电子与电力传动学科有了一定的感性认识;教师会在《电气工程与自动化软件实训》中给出两个典型的仿真实例——“电机磁链积分”和“Buck变换器闭环控制”，让学生利用相关软件仿真实现《电机学》中的电机磁链的辨识以及《功率电子学》中的变换器电压收敛、变换器电流的闭环。

接着，仿真实现以后，学生会直觉地考虑到具体的电机驱动系统要实现“电机磁链积分”和“变换器闭环控制”的硬件实现，这时教师会在《特种电机》和《电机控制元件》课程中具体讲解特种电机的原理和电机控制元件，巩固已有基础知识。

然后，具体电机控制元件控制不同类型电机采用什么算法，在《现代电机调速技术》、《电力拖动》中详细讲解，学生这时会明白：（1）《电气工程与自动化软件实训》中的“电机磁链积分”是《现代电机调速技术》矢量控制算法反馈环节中的必要环节;（2）《电气工程与自动化软件实训》中的“Buck变换器闭环控制”是《现代电机调速技术》矢量控制算法电流闭环环节中的简化。此时，学生会有一种“如释重负”的感觉，半年前学习的仿真知识在这里用上了，提高了理论分析能力。

之后，利用《现代电机调速技术》实验平台让学生接触实物，编程实现《现代电机调速技术》矢量控制算法和直接转矩控制算法，提高学生的实际动手能力和解决实际问题的能力，并对理论教学内容进行反思。至此，学生本质上已经掌握了一个小型的“新能源汽车电驱动系统”的编程和调试，有了一定的成就感和更强的求知欲。

三、展望

如前所述，在将“电机及其调速系统”课程群体系化教学进行推广和孵化，建立“风力发电系统”、“航空电力系统”等课程群体系化教学这一横向举措之后，纵向上进行拔高、归纳和总结，建立大课程群、大交叉学科的体系化教学，如“电气与自动化”课程群体系化教学、“电气与电子”课程群体系化教学、“电气与力学”课程群体系化教学。

参考文献：

[1]郝雯娟，陈传德.对"现代调速技术"课程改革的几点思考[J].电气电子教学学报，2010，32（1）：34-36.

[2]郝雯娟，任严炜.大学生创新课程实例—智能小车平台实现[J].电气电子教学学报，2018，40（1）：129-133.

[3]胡瑞，许春霞.机械工程专业实践教学引入任务驱动模式研究[J].教育教学论坛，2018，374（32）：51-52.

[4]朱海霞，王恒，张卉，等.以学科竞赛驱动独立学院应用型人才培养[J].教育教学论坛，2018，（38）：48-49.