研究式教學(xué)方法在“電工學(xué)”課程中的應(yīng)用

毛一之，張雪輝，黎 霞

(河北工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院，天津 300130)

當(dāng)前高等教育改革的時代背景是綜合化、信息化、終身化、國際化;大眾化、工業(yè)化、知識化、全球化。為了適應(yīng)知識經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢，需要培養(yǎng)一大批創(chuàng)新型人才;為了適應(yīng)工業(yè)化進(jìn)程和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級的需要，需要培養(yǎng)一大批實(shí)用型人才;為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化趨勢，需要培養(yǎng)具有國際競爭力的人才;為了適應(yīng)高等教育大眾化的要求，需要增強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)能力與創(chuàng)業(yè)能力。

1 精品課程建設(shè)教改要求

宏觀背景的變化對教學(xué)改革提出了更高的要求。國家精品課程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)(本科)是一流的師資隊(duì)伍，一流的教學(xué)內(nèi)容，一流的教學(xué)方法，一流的教材，一流的教學(xué)管理。高校要通過一系列舉措，使得重視教學(xué)、投入教學(xué)、研究教學(xué)成為大多數(shù)教師的自覺行動，推動一大批學(xué)術(shù)水平高、科研能力強(qiáng)的教師走上本科講臺，承擔(dān)大量核心課程、精品課程的教學(xué)工作。建設(shè)出一支教學(xué)與學(xué)術(shù)水平兼?zhèn)洌挲g結(jié)構(gòu)、知識結(jié)構(gòu)層次合理的高水平師資隊(duì)伍，中青年教師踴躍參與教學(xué)并成為教學(xué)的中堅(jiān)力量，為后續(xù)課程建設(shè)的持續(xù)發(fā)展打下基礎(chǔ)，即深層次地完成教學(xué)中堅(jiān)力量的新老交替，營造一種以人才培養(yǎng)為己任的氛圍。從而達(dá)到提高整體教學(xué)質(zhì)量的目的。

在不斷調(diào)整和完善課程結(jié)構(gòu)體系的前提下，重點(diǎn)加強(qiáng)課程內(nèi)涵建設(shè)和授課方式的改進(jìn)，使學(xué)生在獲取知識的同時，提高認(rèn)知能力和研究能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。結(jié)合國際相關(guān)學(xué)科的研究進(jìn)展及發(fā)展需要，不斷更新課程內(nèi)容，以保證課程的前沿性與先進(jìn)性。及時反映本學(xué)科領(lǐng)域最新的科技成果和實(shí)踐動態(tài)，更新并充實(shí)教學(xué)內(nèi)容;實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容的技術(shù)性、綜合性和探索性關(guān)系處理得當(dāng)，有效培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

采用能反映課程主講教師的教學(xué)思想和該課程教學(xué)特色的優(yōu)秀教材，注意吸收借鑒國際國內(nèi)同類型優(yōu)秀教材的成果，為學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)提供有效的文獻(xiàn)資料。開設(shè)綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，為本科生參與與課程有關(guān)的科研活動提供條件。加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源建設(shè)，要保證課程網(wǎng)站運(yùn)行良好，教學(xué)資源豐富，輔教、輔學(xué)功能齊全，并能有效共享。

2 深入進(jìn)行教學(xué)方法的研究

我們現(xiàn)有教學(xué)方法在培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，創(chuàng)新能力方面與世界發(fā)達(dá)國家的教育水平還存在相當(dāng)差距，因此我們必須在明確教學(xué)理念的基礎(chǔ)上，探索和改進(jìn)我們的教學(xué)方法。教學(xué)方法改革的關(guān)鍵是堅(jiān)持三個基本科學(xué)原則，第一個原則就是教學(xué)方法是要以實(shí)現(xiàn)教學(xué)理念為目標(biāo)，我們的理念是如何把應(yīng)試教育與純知識教育轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)新教育。第二個原則就是多樣化，教學(xué)方法一定要多樣化，不同的教學(xué)內(nèi)容、不同的教師、不同的學(xué)生對應(yīng)的教學(xué)方法應(yīng)該是多樣化的，沒有哪一個方法永遠(yuǎn)是最合適的，所以對教學(xué)方法的討論我們認(rèn)為重點(diǎn)應(yīng)放在你的教學(xué)方法是有利于實(shí)現(xiàn)什么樣的教學(xué)理念;第三個原則就是教學(xué)方法必須符合教育規(guī)律，必須經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn)，符合教育規(guī)律并有利于實(shí)現(xiàn)科學(xué)的教學(xué)理念的方法都是好方法。

我們必須進(jìn)行教學(xué)方法的研究與實(shí)踐，在這里先對研究式教學(xué)方法展開研究與實(shí)踐，為高校教師，特別是青年教師搭建一個教學(xué)方法研究的平臺。

現(xiàn)代國際主流教育教學(xué)理念采用“研究式教學(xué)”模式。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、工程意識、分析問題與解決問題的能力。在“研究式教學(xué)”方法中，在課程緒論里就要給出若干研究題目，這些題目是從工程實(shí)際和日常生活中提煉出來的，題目的研究多數(shù)是要通過整個課程的學(xué)習(xí)和研究，才可以得出研究結(jié)果。以此引導(dǎo)學(xué)生自發(fā)構(gòu)建學(xué)習(xí)平臺，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)的目的。研究型教學(xué)方法是以教師的課程內(nèi)容和學(xué)生的知識積累為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地應(yīng)用知識和能力，自主地發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題。在研討中積累知識、培養(yǎng)能力和鍛煉思維的新型教學(xué)模式。基于問題的學(xué)習(xí);案例研究;項(xiàng)目訓(xùn)練;指導(dǎo)性設(shè)計;小論文研究等都是“研究式教學(xué)”方法的例子。

3 研究式教學(xué)方法探討

3.1 研究型題目選題的宗旨

選題應(yīng)該是理論基礎(chǔ)與實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合;工程應(yīng)用與研究設(shè)計相結(jié)合;基本技能與創(chuàng)新意識相結(jié)合;能力培養(yǎng)與安全實(shí)踐相結(jié)合;趣味性與知識性相結(jié)合;漸進(jìn)提升與個性拓展相結(jié)合。引導(dǎo)學(xué)生思考、參與，激發(fā)學(xué)生的興趣、潛能。

例如題目:設(shè)計一個9-30V的直流穩(wěn)壓電源電路;220V、50Hz的電源經(jīng)變壓器降壓、全波整流、濾波和穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓，在輸出端得到9-30V的可調(diào)穩(wěn)壓直流電壓，運(yùn)行該電路，如有故障則需要分析原因并排除。

該題目任務(wù)之一為變壓器參數(shù)設(shè)計，任務(wù)之二為討論濾波電容C的大小與好壞對電路穩(wěn)定效果的影響，任務(wù)之三為討論電位器Rw調(diào)節(jié)的位置對電路輸出電壓的影響。該電路并不是一個完美的電路，運(yùn)行過程會出現(xiàn)故障，此時需要學(xué)生通過理論知識的分析，來分析故障產(chǎn)生的原因，并通過調(diào)節(jié)電路中的某些元件參數(shù)加以改正。完成這個問題需要加深了解變壓器設(shè)計時的參數(shù)選擇，需要學(xué)習(xí)有關(guān)穩(wěn)壓電源電路的理論知識，加深對串聯(lián)型穩(wěn)壓電路、集成穩(wěn)壓電路的理解，并提高電路故障的排除技能，掌握示波器、電壓表及萬用表的使用方法。

3.2 “基于問題”精心設(shè)計每堂課的教案

教師高提出研究的問題，結(jié)合啟發(fā)式教學(xué)方法，層層深入。設(shè)計互動的環(huán)節(jié)，據(jù)此再引出接下來要研究的問題。這就要求教師提出的問題要有水平:問題要有思考的空間，問題能引出有深度的思考，而不是簡單問題的羅列。

例如，講正弦穩(wěn)態(tài)電路的內(nèi)容是學(xué)生接觸正弦交流電的開始，很有必要在此環(huán)節(jié)介紹直流電和交流電的有關(guān)工程方面的內(nèi)容。

讓學(xué)生分析交流輸電與直流輸電的優(yōu)缺點(diǎn):交流輸電線路中，除了有導(dǎo)線的電阻損耗外還有交流感抗的損耗。為了解決交流輸電電阻的損耗，采用高壓和超高壓輸電來減小電流減小損耗，但是交流電感損耗不能減少，因此交流輸電的距離不能做到太遠(yuǎn)。如果線路過長，輸送的電能就會全部消耗在輸電線路上。交流輸電并網(wǎng)還要考慮相位的一致，如果相位不一致兩組發(fā)電機(jī)并網(wǎng)會互相抵消。

直流輸電是電力系統(tǒng)中近年來迅速發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)。直流輸電克服了上述電感的損耗，只有導(dǎo)線電阻的損耗。主要應(yīng)用于遠(yuǎn)距離大容量輸電、電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)距離海底電纜或大城市地下電纜送電、配電網(wǎng)絡(luò)的輕型直流輸電等方面。現(xiàn)在隨著電壓等級的升高，大系統(tǒng)互聯(lián)等等原因，直流輸電的前景越來越好。

在講節(jié)點(diǎn)電位法時，抓住KCL定律的應(yīng)用，用節(jié)點(diǎn)電壓寫出每一支路的電流，然后列出KCL方程，這樣減輕了學(xué)生死記硬背公式的負(fù)擔(dān)，加深了對基本定律的理解，免除了套用公式時由于條件不符時產(chǎn)生的錯誤。

3.3 在研究式教學(xué)方法的實(shí)施

在研究型教學(xué)方法的實(shí)施過程中，要求教師有工程眼界;有工程經(jīng)驗(yàn)。要讓學(xué)生了解工程師在創(chuàng)造設(shè)計新東西過程中的主要思路:模塊化思想(抽象的觀點(diǎn));只關(guān)心最影響性能的部分(近似簡化的觀點(diǎn));從不同角度思考問題(等效變換的觀點(diǎn));對功率、效率、靈敏度、可靠性的關(guān)注。要讓學(xué)生掌握分類方法:將問題分成相互并行的幾個方面(縱向);分層方法:將問題分成上下層次的幾個方面(橫向);分解方法:將問題分成相互關(guān)聯(lián)的幾個方面;分步方法:與分解類似，但更多地體現(xiàn)在時間過程中;合成方法:與分解相對應(yīng)，分解的逆過程;概括方法:對一個問題的精練描述，如論文摘要。

在研究式教學(xué)方法實(shí)施過程中，注重教學(xué)內(nèi)容的更新，要求任課教師結(jié)合自己的科研成果和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的趨勢，及時更新授課內(nèi)容。講授內(nèi)容突出“少而精”的原則，重在講思路、講線索、講重點(diǎn)和難點(diǎn)。要求任課教師充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，為學(xué)生提供自由提問、質(zhì)疑、探究、討論問題的機(jī)會。并建議任課教師在每次討論或講述前，向?qū)W生發(fā)放討論或講述內(nèi)容提綱，便于學(xué)生充分準(zhǔn)備。任課教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生課外閱讀，定期檢查學(xué)生的讀書筆記。課程的作業(yè)要有利于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。任課教師必須精心設(shè)計作業(yè)(包括習(xí)題、大作業(yè)、課程設(shè)計、專題研究報告等)。習(xí)題課、輔導(dǎo)課的課時不少于總學(xué)時的三分之一。習(xí)題課采取學(xué)生主講，輔導(dǎo)教師總結(jié)的方式進(jìn)行，以加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

3.4 研究性題目的選擇安排

我們選擇安排的電子技術(shù)相關(guān)題目如:電壓超限報警電路的設(shè)計可鞏固窗口比較器和555電路的知識以及各種邏輯門的使用;編碼電子鎖的設(shè)計可鞏固觸發(fā)器和門電路的學(xué)習(xí);多路數(shù)據(jù)巡回檢測電路會用到包括寄存器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)選擇器和數(shù)字分配器等多個中等規(guī)模集成電路的內(nèi)容;廣告燈控制電路包括了倒數(shù)計數(shù)、逐位顯示和蜂鳴報警電路等單元部分，會用到顯示譯碼器、計數(shù)器和555電路等電子知識。

我們的設(shè)計題目還包括一些傳統(tǒng)課題，如功能數(shù)字鐘的電路設(shè)計、數(shù)字頻率計的電路設(shè)計等題目。指導(dǎo)教師在告訴學(xué)生研究、設(shè)計題目的同時，還要把實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有資源給學(xué)生講清楚，學(xué)生可在這些限定的條件下進(jìn)行設(shè)計，比如:實(shí)驗(yàn)室可提供的觸發(fā)器只有JK觸發(fā)器，邏輯門只有與非門。這樣學(xué)生在設(shè)計過程中用到其它的觸發(fā)器和邏輯門時可以相應(yīng)的改成實(shí)驗(yàn)室已有的器件。這就要求他們要熟練的掌握課本上的理論知識，能夠隨機(jī)應(yīng)變。如果實(shí)驗(yàn)室確實(shí)無法提供的器件，我們也鼓勵學(xué)生自己去購買，這使得他們熟悉了更多新型電子器件的規(guī)格和功能，提高他們親力親歷的能力和學(xué)習(xí)興趣。

進(jìn)行預(yù)設(shè)計時要鼓勵學(xué)生用模塊化的分析和設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計。學(xué)生通過查閱資料，根據(jù)設(shè)計要求自行確定設(shè)計方案，給學(xué)生提供更大的自主權(quán)，使學(xué)生能夠相對獨(dú)立的進(jìn)行實(shí)踐，充分揚(yáng)其所長。

4 實(shí)驗(yàn)開設(shè)方式

4.1 實(shí)驗(yàn)方式和考核方式

實(shí)驗(yàn)開設(shè)方式為指導(dǎo)、自主、綜合、設(shè)計等逐步提高的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式;課內(nèi)、課外、必做、選做、開放、培訓(xùn)、競賽等多種實(shí)驗(yàn)開設(shè)形式;以及操作、答辯、撰寫小論文、完成小項(xiàng)目等多種考核方式。同時，建立分層次的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，根據(jù)加強(qiáng)培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識的宗旨，更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，自制與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相配套的實(shí)驗(yàn)箱。按照技術(shù)專業(yè)開設(shè)的課程優(yōu)化組合成三個層次的實(shí)驗(yàn)。在第一層次實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生按照教材的要求，完成實(shí)驗(yàn)。在第二層次的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生按照教材提出的設(shè)計要求，查閱資料，設(shè)計方案，完成實(shí)驗(yàn)。在第三層次的實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)一步加大實(shí)驗(yàn)難度，以便于更好地發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。

4.2 學(xué)生實(shí)驗(yàn)的自主性

為增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和參與性，在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中，設(shè)置了“四人搶答器電路”的綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。搶答器的電路主要有組合邏輯電路、時序控制電路、晶體管放大電路以及外圍電路組成。整個實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生從分析電路功能開始，到查閱相關(guān)資料，最后搭建電路進(jìn)行調(diào)試。涉及所學(xué)電工學(xué)中的知識有:直流;二極管、三極管的管腳判斷及性能分析;單管放大電路知識;數(shù)字電子技術(shù)方面的內(nèi)容(組合邏輯電路、時序邏輯電路、數(shù)碼顯示電路)。在綜合實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生獨(dú)立搭建電路，分析原理，教師在學(xué)生做實(shí)驗(yàn)中給與適當(dāng)指導(dǎo)，幫助學(xué)生進(jìn)行故障診斷，最后調(diào)試出結(jié)果。這樣學(xué)生可以從四人搶答器綜合實(shí)驗(yàn)中了解到如何應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題，并加深對電工技術(shù)和電子技術(shù)相關(guān)知識的理解。

4.3 學(xué)生實(shí)驗(yàn)的能力提高

基于工程和研究實(shí)踐的題目，使學(xué)生無法僅依靠教科書就能完成任務(wù)，必須翻閱雜志、上網(wǎng)查詢資料，甚至做市場調(diào)研，拉近了學(xué)生與社會的距離，提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新研究意識;大量的信息需要處理，鍛煉了學(xué)生的綜合分析能力;成本核算、產(chǎn)品研制的過程建立了學(xué)生的工程意識;分組分工的完成模式，大大提高了學(xué)生的交流和協(xié)作能力。這些工作對學(xué)生的專業(yè)品質(zhì)培養(yǎng)、工程思想樹立、操作能力鍛煉都有重要的意義。在對05、06、07、08、09級學(xué)生進(jìn)行的回訪中，大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為采用該教學(xué)方法不僅能學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論，還能擴(kuò)展知識，擴(kuò)展思路，同時提高了學(xué)習(xí)興趣，鍛煉了實(shí)際動手和語言表達(dá)能力，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作精神。

5 結(jié)語

面對合作和競爭的世界，創(chuàng)新能力決定勝利者。中國必須建設(shè)創(chuàng)新型國家，建設(shè)創(chuàng)新型國家，人才是關(guān)鍵，人才又直接與教育相連。科學(xué)、技術(shù)、工程教育是重要一環(huán)。工程包含研究到實(shí)際應(yīng)用的全周期，因此工程專業(yè)比其他專業(yè)更能傳播創(chuàng)新思想，弘揚(yáng)創(chuàng)新精神，創(chuàng)造新的解決方案來改進(jìn)我們的生活，把夢想變成現(xiàn)實(shí)，幫助我們滿足21世紀(jì)的需求。工程專業(yè)的學(xué)生肩負(fù)著建設(shè)“創(chuàng)新性國家”的重?fù)?dān)。

經(jīng)濟(jì)危機(jī)將催生技術(shù)革命，發(fā)達(dá)國家不斷更新和調(diào)整各自的科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略;把增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力作為調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的中心環(huán)節(jié);建設(shè)創(chuàng)新型國家是貫徹科學(xué)發(fā)展的必然要求;信息時代的創(chuàng)新能力比資本更決定國家核心競爭力;讓我們共同努力推動科學(xué)發(fā)展，著力自主創(chuàng)新，迎接新的國際競爭挑戰(zhàn)。

［1］ 李元杰，現(xiàn)代教學(xué)理念與教學(xué)方法的改革，第四屆電工電子論壇大會報告，2008.11.30，西安.

［2］ 劉時進(jìn)，基于研究型教學(xué)改革的“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)方法研究，第五屆電工電子論壇論文集，2009.11.30，杭州

［3］ 樊明武，工程基礎(chǔ)課程的特色與使命，第五屆電工電子論壇大會報告，2009.11.30，杭州.