李建文 李永刚 武玉才 董淑惠
(华北电力大学(保定) 电力工程系， 保定 071003)
“电机学”是电气工程学科一门重要的专业基础课，电机是依据电磁感应定律和电磁力定律，实施电能生产、传输和使用的机电能量转换的机械，该课程理论性强、概念多、内容抽象难懂但又与工程实际联系紧密[1]。华北电力大学“电机学”课程是国家资源共享课，2020年12月又获评“国家级一流线下课程”，在该课程的建设中，课题组积累了丰富的教学资源，教授方式不断地探索改进，课堂教学引入了典型工程案例，并采用形象生动的PPT、动画、虚拟现实等技术，但学生学习效果仍不太理想，该课程仍是学生心目中的“天书”。
通过教授方法改进来提高学生的学习兴趣，达到理论知识融会贯通的目的，收效甚微。新工科教育理念下，如何在这样一门难学的专业基础课程中提高学生对电气工程学科学习的兴趣，主动掌握专业的知识，同时锻炼学生的创造力呢？大连理工大学冯林教授给出的创造力公式“创造力=K×(创造性人格+创造性思维+思考方法)×知识量2”[2]，基于此，教研组挖掘、吸收、应用“电机学”中涵盖的思政元素，培养学生创造性的人格及学习的兴趣；
探究获取“电机学”知识的科学方法，提高学生的知识量；
归纳应用“电机学”思考解决问题的方法，促进学生创造性思维的发展，由此锻炼学生解决新问题，提出新设想、创造新事物的能力。
“课程思政”是贯彻和践行习近平总书记“要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人”殷切要求的重要举措。美国心理学家特尔曼对800成才人物几十年跟踪调查，差别在于动机、兴趣、意志、性格和自我意识不同，关键在于责任心、进取心、求知欲、自信心、坚持性。清华大学张慕葏教授总结创新性人才中非智力因素包含：热爱祖国、造福人类的崇高理想，追求真理、刚正不屈的态度，专心致志且持之以恒，永葆好奇与求知欲，实践检验真理，继承与发展的自信心。两位教授所提出的塑造创造性人格与课程思政要达到的目标一致[3]。
“电机学”是以数学、物理等基础科学为原理，结合生产实践所积累的技术经验而发展起来的课程，它以解释自然规律，研究工程特性为主要特点，以培养实际应用能力的科技人员为目的，属于自然科学部分。科学技术的研究与发现通常与本国国情和需求相伴而生，它的主旨是为人民服务、实现人类的可持续发展，学习内容中含有丰富的思政元素，如图1所示，因此从绪论部分、四种类型的电机以及实验与仿真教学中锤炼出专业课程与思政元素的融合点，润物细无声地将新时代中国特色社会主义思想、社会主义核心价值观、中华优秀传统文化、法制与职业道德系统化融入到专业内容中。
图1 “电机学”课程中的思政元素框架梳理图
着眼于学生的能力培养与可持续性发展，“电机学”由单纯强调知识点与技能点，转向重视知识框架的构建、素质能力的培养、专业技能的训练。根据现代心理学认知规律将“电机学”知识分为陈述性知识，即获得语义；
程序性知识，即掌握一套关于办事的操作步骤和过程；
策略性知识，即使用陈述性与程序性知识去解决问题的一般性方法[4]。具体如图2所示。
图2 “电机学”知识技能分类
“电机学”中陈述性知识：电机学物理概念、参数名词、结构部件。四种典型电机结构部件可采用直观方式通过动画、视频以及实物模型展示，从而使学生通过形象记忆习得；
电机的物理概念比如磁动势、磁场、磁通、磁阻等较抽象，可以通过与电路概念对比的方式，加深理解；
电机学参数名词众多，激磁阻抗、短路阻抗、漏阻抗、互感系数、短路比、电压调整率、传导容量、效益系数、绕组系数、分布因数、节距因数、保梯电抗、功角、同步转矩系数等，可通过对其定义、所表征的意义去分析识记。
“电机学”中程序性知识：定理、定律以及所要遵守的原则繁多，对磁路定理、功率平衡、联结组别、并联条件、负载分配、空载特性、短路特性、零功率因素特性、电枢反应等的分析应结合具体应用，归纳出分析步骤和方法。
“电机学”中策略性知识：实际工程问题复杂难解，需要基于基本概念、遵循基本原则，进行深入思考，比如参数的测定、磁场的波形、正常运行电磁关系、非正常运行分析、同步电机有功无功的调节等，采用知识迁移等手段，运用多种思维方式，融汇贯通达到灵活应用知识的目的。
遵循学习的规律，“电机学”课程知识技能学习过程也分为习得阶段、巩固和转化阶段以及提取和应用阶段，如图3所示。
图3 “电机学”课程知识技能学习过程
3.1 习得阶段
识记是记忆的第一环节[4]，学生通过对电机相关视频、动画、课件以及教材反复感知形成比较巩固的暂时联系的过程，感知越深刻，识记效果越好。
①课前自学：学生通过对所学电机内容进行多重编码和组块化编码，加深对概念意义的理解，识别内容之间的联系，鼓励学生与自身知识结构、过去经验相联系。②课中教师教授：教学内容根据学生反馈，重新规划，抓住学生的“薄弱点”与“痛点”；
教授以引导性为主，包含学习目的、框架性的逻辑关系、前备知识与后续应用、难点问题的思维思考过程等。③课中学生自学：精读教材，链接知识点、沉淀出各自难点，利用弹幕提问，充分调动学生的主观能动性，主动汲取知识营养。④课末解惑：教师提炼问题，有的放矢，学生或者教师答疑解惑，给学生留白思考，教师教授内容正是学生疑惑，想学的，这样学生才能真正学会。
在课程学习中将新知识进入短时记忆，与长时记忆中被激活的知识建立联系，从而出现新的意义的建构，有意识地识记，明确记忆的目的和任务，提高学习的效率。
3.2 巩固和转化阶段
遵循遗忘规律，遗忘速度为先快后慢，遗忘内容先多后少，到一定时间遗忘不再发展，因此新建构的知识需要储存于长时间记忆中，通过复习等手段来巩固与转化，采用空间组织、系列组织、联想组织、网络组织、更替组织等保持知识规律和知识存储组织形式，或更简略、更概括，或更具体、更详细地纳入已有知识架构中[4]。
典型电机的结构的学习，可与前面已学习的电机结构进行对比，加深理解吸收；
通过“电生磁、磁生电”的基本规律去系列分析四种典型电机的基本工作原理；
针对电机中具有广泛联系的概念或参数，例如空载特性曲线、T型等效电路、短路阻抗、转差率、电磁转矩等将知识，通过联想与网络组织形式生成思维导图，并随新知识习得不断更新知识图谱，以达到巩固并纳入已有知识体系中的目的。
3.3 提取和应用阶段
提取与应用阶段，学生运用所获得的知识解决同类或相似的问题，所学知识产生迁移。学习迁移指一种学习对另一种学习的影响，作用在于使习得的经验得以概括化，系统化，形成一种稳定的整合的心理结构，从而更好地调节人的行为，并能动地作用于客观世界。学习的迁移也是促进学生心理发展的关键，是使习得的知识、技能与道德规范向能力与品德转换的关键[4]。
掌握知识的同时，掌握解决问题的认知技能和策略，以促进学习的迁移。知识的迁移离不开思考，而有序科学的思考方式促使提取与应用知识的能力增强。思考主要是从具体到抽象，再从抽象到具体的过程，这个过程包含分析、综合、比较、分类、抽象、概括、具体化、系统化等操作方式。
分析与综合：比如电机的结构分为定子铁心、定子绕组、转子铁心、转子绕组、机座等部件，对各部分结构分别进行分析，然后再构成一个电机整体，各部分的参数变化都会影响电机的整体性能，同时电机的整体性能又规范约束各部分的制作工艺。
比较与分类：对于同步电机与异步电机、旋转电机与静止电机、交流电机与直流电机，通过不同的维度对电机特点进行比较、分类，虽然电机具有相同的运行原理，但经过比较、分类可以快速区分不同类电机的异同点，以更好地认识电机。
抽象与概括：抽象是高级的分析，概括是高级的综合。例如通过铁磁材料的特性分析，获取与铁磁材料具有相同属性的方法，从而抽象出磁的本质属性，更好概括磁场的产生。抽象与综合分析方法还可以应用在磁阻、激磁阻抗、漏阻抗等抽象概念以及磁动势守恒、全电流定律、磁路基尔霍夫第一第二定律等抽象定律的理解中。
具体化与系统化：绪论涉及到的电机基本概念能够具体化应用到某一类型电机的工作原理、运行原理分析中，而深度理解分析具体电机的工作过程，系统化地验证电机理论精髓；
具体化地把电机理论与电机实验结合起来，把抽象与具体结合起来，更好促进学生对知识理解的不断深化。通过分析、综合、比较和分类形成系统，才能真正在不同条件下灵活运用知识。
创新源于实践，始于问题[4]。“电机学”知识逻辑性强，分析过程复杂，学习电机学过程中，要不断主动思考与学习材料互动，不断问问题：“为什么要提出该理论，引出这个新概念，推理过程符合逻辑吗，论证结论是否能够解决问题？”发挥学生的主观能动性，从而使学生发现有意义的问题并寻找解决问题的方法。
问题是创新思维的源泉，需求产生问题，锻炼学生解决问题的能力，要不断加强学生归纳、演绎、抽象逻辑推理的训练[5]。推理是由已知推出新知的思考方法。“电机学”中涵盖大量的思考题，调动学生的积极性与求知欲，通过基础知识积累，发现问题，明确问题，认清问题的关键，提出假设，利用已有经验，找到解决问题的途径，并检验假设。通过这个过程不断强化解决问题的能力，在新型电机的设计、电机新的应用等一些实际工程中的问题，也通过发问能够获得启发，从而促进学生创新思维的发展，如图4所示。
图4 解决“电机学”问题的各类分析方法
解决问题的方法1，要培养学生多角度观察问题，尝试提出不同的假设，拥有发散思维。例如同步电机无功有功的调节问题，可以采用几何法也可以采用复数计算法进行有效的分析，磁场的合成可以采用解析法、时域波形、矢量分析等手段进行剖析，殊途同归，在分析过程中不断归纳总结，寻找问题的本质，从而达到举一反三的效果。
解决问题的方法2，培养学生收敛思维，从已知知识经验出发，围绕既定核心进行全方位的思考，运用比较、排除、综合、概括等方法最终确定一个解决问题的最佳方案的思考方式。有利于从各路思考中选取精华，使问题的解决取得突破性进展。例如同步电机并网运行的方案的设计，要充分分析比较各种方案的利弊，从而根据具体工况合理选择并网方案。
解决问题方法3，要培养学生横向与纵向思考的能力，例如分析异步电机的气隙设计大小的问题，可以通过纵向思考，从磁路到磁阻，再到磁通与磁动势的角度去分析，也可以与变压器横向对比空载电流的大小去分析。横向与纵向的思维使得学生能够更全面地认识到问题的本质，从而面对工程问题也能通过该思维方式，横向移入、移出以及对比的思维方法获得创新的解决方法。
解决问题方法4，形象思维与抽象思维，采用解析法与矢量分析磁场的合成，方法简便，但得出地结论不能直观地看到磁场变化的曲线，而通过时域波形分析可以形象地感知磁场的变化规律，但该方法计算量却很大，因此可以对比形象思维与抽象思维，使得问题化繁为简，归纳出其规律，同时应用两种思维更好地感知“电机学”的魅力。
通过挖掘课程中思政元素，遵循科学的学习方法，使学生获取“电机学”陈述性、程序性与策略性知识；
通过学生全面掌握思维的方法，锻炼学生解决复杂问题的创新性思维；
探寻提高学生主动性、锻炼学生创造力的“电机学”教学方法，从而不断提升学生的创造力。
通过近两个学期的教学应用，学生学习兴趣显著提高，自主绘制了大量解决电机学问题的思维导图，参与了多项与电机有关的大创项目，后续任课教师对这两届学生的电机学基础给予了肯定。实践表明：锻炼学生创造力的“电机学”学习方法的有效应用，使得学生学习主动性、解决问题的创新能力得到了有效提高。
“电机学”作为国家级精品资源共享课与省级精品开放慕课资源已作为辅助手段应用于教学，亦服务于广大师生和电力行业从业者，网上学习累计已超5.4万人，在同类课程中具有一定的影响力和较强的示范性，课程社会服务成效卓著。
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