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ＣＡＩ课件在《电机学》教学中的应用及效果分析
作者：陈建华
关键词：电机学；CAI；试卷分析；教学效果比较
《电机学》是电气工程及自动化专业一门极其重要的专业基础课，是学习后续专业课如《自控原理》、《发电厂电气部分》、《电力系统分析》、《发电厂动力部分》等课程的基础。对学生来说，《电机学》课程是所有专业课程中学分和学时最多的课程，也是公认的难度较大的课程。究其原因有：（1）该课程内容多、涉及面广，既有电的问题，又有磁的问题；既涉及正弦量，又涉及非正弦量；既要解决稳态的问题，又要解决瞬态的问题；既要遇到时间向量，又要遇到空间向量。这就要求学生的相关基础知识要扎实。（2）该课程要求学生在学习过程中有一定的空间想象能力，因为电和磁是看不见、摸不着的，所研究的问题较为抽象，必须具有较强的空间想象能力才能理解各类问题的本质。（3）该课程涉及计算的知识点多，习题量大，有的计算相当复杂。（4）该课程实验学时比较多，要求学生有较强的动手实验能力，能将课堂所学的理论知识融会贯通，将理论和实践相结合。针对《电机学》课程的特点，我们制作了《电机学》CAI课件并运用到课程教学中去。
电机学CAI课件的简介
该课件的制作旨在探讨一种符合教育心理学的教学思路，同时利用各种多媒体元素诠释电机学中的知识点，内容丰富、重点突出、手段多样化，有以下特点：
内容丰富，涵盖面广该课件包括五大模块的内容：基本理论篇、同步电机篇、异步电机篇、仿真实验室、模拟考场。其中，基本理论篇、同步电机篇、异步电机篇每篇内容下都包含电子教案、要点分析、你问我答、同步练习及课外知识五项内容：（1）“电子教案”的设计主要根据任课教师多年积累的教学经验，由教学内容和经验浓缩而成，尤其注意重点、难点的突出，特别是配置了许多实物照片，让学生对电机结构一目了然。此外，电子教案还配置电机学资深教师的同步解说，非常有利于学生自学及课堂演示。（2）“要点解析”则是利用模型和Flash动画来动态演示教学内容中的重点、难点部分，尤其是电磁关系、空间向量等比较抽象的概念，学生比较容易接受。（3）“你问我答”对学生在学习过程中遇到的疑难问题进行讨论，同时还开辟了一个“留言簿”专栏，学生可以通过发电子邮件的方式与课件组或任课教师取得联系，以解答疑难问题。（4）“同步练习”模块设置了多种题型供学生练习。（5）“课外知识”这项内容主要是为了拓宽学生知识面，比如各类电机图片展、各类电机型号汇总、新型电机、最新资讯、英语百科等。
科学设计，方便自学考虑到使用该课件的对象既有教师、又有学生，因此在结构设计和内容编排上考虑了符合使用者的特点，内容和结构上循序渐进，由课堂内引向课堂外，符合教育心理学的特点。
理论与实践相结合本课件除了有一套精心设计的理论体系外，还有一大特色，即仿真实验，其目的是让学生在进行具体实验之前事先模拟一下，从而增强对实验的理解，以达到良好的实验效果，同时有的实验由于实验室条件所限无法开展，也可以通过仿真实验来达到一定的效果。
交互性强，界面友好课件开发采用了Authorware软件，并在其他软件如3Dmax、Flash等辅助下制作完成，具有友好的操作界面。课件采用了多种交互方式，课件具备较好的交互性。图1为课件的流程图，图2、图3、图4为课件中的几个界面。
电机学CAI课件在2004级教学中的应用
笔者所在教研组决定在2004级两个班中使用《电机学》CAI课件作为辅助教学工具进行教学。在具体教学中，CAI课件的应用主要体现在以下几个方面：
利用电子教案进行课前预习和课后复习课件的电子教案模块以电机学教师的教案为蓝本制作而成，包含了教师授课的思路和计划，也包括了本课程的知识点。学生以此进行课前复习，不仅目的明确、要点突出，而且可以紧随教师上课的思路，比起自行翻阅教材预习的效果要好得多。此外，还可以利用电子教案进行课后复习、篇章复习和期末复习，因为教师上课的所有要点都在其中。
重点、难点在教学中动态演示电机学被认为是难度较大的专业课，主要由于课程中有很多三维的、抽象的概念在黑板上不易讲清楚。比如，有关脉振磁势和旋转磁势的理解、交流绕组的绕制等都是电机学中有相当教学难度的内容，上课时教师往往要画大量的图，并且要求画图相当准确，才能推导出相应结论。如果没有CAI课件，该内容至少需要20课时，并且有很多学生往往不能真正理解。应用CAI课件，这部分内容只用了16学时，加快了教学进度，并且将脉振磁势和旋转磁势随空间位置和时间的变化情况做成动态演示，使教学内容更加具体化和形象化，也加深了学生的理解，为后续内容的学习打下了坚实的基础。
利用习题库进行复习，模拟考场进行模拟测验所制作的习题库题量大，题型丰富，包含了电机学几百个知识点，有近千道题，包含填空、单选、多选、判断、简答、计算等多种题型，既有针对章节复习的，又有针对全篇复习甚至全书复习的。此外，在模拟考场中通过设定题量、题型、章节范围及分布后由习题库随机出一套试卷进行模拟测试。
仿真实验室用以实验前的预演在每一次具体的实验之前，教师将利用课件中的仿真实验室模块指导学生预习实验，了解实验要求和目的，熟悉实验设备，预演实验接线和操作，为在实验室的具体操作做好准备。
教学效果的比较及分析
为了比较教学效果，在理论教学及实验等多个环节上将2004级两个班与未使用过辅助教学课件的2003级两个班作对比，并进行了试卷分析。
2003级两个班合班上课，共计65人，计划学时90课时，《电机学》课程总学分5个学分，实验课时10学时。2004级两个班合班上课，共计83人，计划学时80课时，《电机学》课程总学分4.5学分，实验课时10学时。学生所用教材和开出实验相同，在课时数上2004级比2003级少10课时，但是实验课时不变，而教学大纲及实际授课内容变化不大。两届学生期末考试的成绩分布情况见表1。
从两届学生的成绩来看，成绩的分布规律基本相同，但2004级学生80分以上的高分分布比例较高，不及格率较低，成绩要好于2003级。并且考虑到2004级在教学内容相同的情况下，实际授课时数较2003级学生少10学时，因实验课时不变，只能减少了理论课、习题课和复习课的时数，由此可见，CAI辅助教学收到了一定的成效。
此外，从实验考察的情况来看，2004级学生在每次电机实验中一次接线准确率高，实验所用时间缩短，实验设备报警率大大低于2003级学生。例如，在难度最大的直流电机拖动实验中，2003级学生8组一次接线准确的为4组，而2004级学生8组一次接线准确的为6组。在期末考试中，从实验类题目的正确率也能看出，2004级学生对实验的理解和掌握程度较好。
在2003级和2004级的电机学教学中，我们对2004级采用了多媒体辅助教学课件，通过试卷分析和实验效果比较，CAI课件对教学的促进作用还是比较明显的，也取得了比较好的教学效果。当然，目前只是在两个年级间进行了比较，考试对照参数较少，分析结果也存在一定片面性。今后应进一步推进教学改革，在更多的年级和班级进行比较，考试也应分章节或专题进行多向测试，增加对比参数，使分析结果更具代表性。
参考文献：
[1]魏建华.Authorware5.1高级教程[M].北京:北京希望电子出版社，2001.
[2]谢明琛，等.电机学[M].重庆:重庆大学出版社，1995.
作者简介：
陈建华（1976—），男，硕士，南京工程学院讲师，研究方向为电气工程自动化。
（本栏责任编辑：周秀峰）