工程背景下“電路”教學(xué)中創(chuàng)新思維的培養(yǎng)

摘要：從提高學(xué)生創(chuàng)新思維能力角度出發(fā)，在工程教育的背景下進(jìn)行“電路”課程的教學(xué)改革。將創(chuàng)新思維方法從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法兩個(gè)重要的方面融入到“電路”課程的教學(xué)活動(dòng)中，開(kāi)展科學(xué)思維層面的教學(xué)改革，形成“電路”課程的創(chuàng)新思維模式的典型案例，培養(yǎng)工科學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)思維，同時(shí)提高學(xué)生的工程素養(yǎng)及分析實(shí)際問(wèn)題的能力和面對(duì)新情況勇于挑戰(zhàn)的信心，初步改革實(shí)踐證明教學(xué)效果良好。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新思維；教學(xué)改革；電路；工程背景

作者簡(jiǎn)介：張蛟龍（1977-），男，河南洛陽(yáng)人，河南理工大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，實(shí)驗(yàn)師；張偉（1978-），女，遼寧鞍山人，河南理工大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，副教授。（河南 焦作 454000）

基金項(xiàng)目：本文系“三電”基礎(chǔ)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)“2009年國(guó)家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)”（批準(zhǔn)號(hào)：教高函[2009]18號(hào)）、“三電”基礎(chǔ)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)“2009年河南省教學(xué)團(tuán)隊(duì)”（批準(zhǔn)號(hào)：教高[2009]483號(hào)）的研究成果。

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2012）22-0049-02

中國(guó)工程教育的任務(wù)是大量培養(yǎng)工程師，少量培養(yǎng)工程學(xué)家，以工程素質(zhì)和能力的培養(yǎng)為目標(biāo)，要培養(yǎng)學(xué)生具備系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)、熟練的工程實(shí)踐能力、全面的社會(huì)認(rèn)知和積極的創(chuàng)新追求精神。[1]而創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，是國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力。創(chuàng)新能力的核心因素是創(chuàng)新思維能力，它主要指科學(xué)思維中的非邏輯思維。在目前的高等教育過(guò)程中，科學(xué)思維基本上以人文素質(zhì)教育為主，且以闡述理論為主，自成課程體系。如何用創(chuàng)新思維去指導(dǎo)課程教學(xué)是教學(xué)改革中急待解決的問(wèn)題，因此探索和研究課程中的創(chuàng)新思維教育是實(shí)施人才素質(zhì)教育的一個(gè)重要課題。

據(jù)統(tǒng)計(jì)：大學(xué)教育中工科學(xué)生占45％，而其中電氣類(lèi)學(xué)生占工科學(xué)生總數(shù)的50％。在電類(lèi)專(zhuān)業(yè)中，“電路”是其最為重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程之一，其理論性強(qiáng)，集數(shù)學(xué)、物理、電學(xué)和工程于一體，理論精辟，分析方法靈活多樣，在整個(gè)課程體系中起承上啟下的關(guān)鍵性作用，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程素養(yǎng)具有十分重要的作用。

河南理工大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我校”）以國(guó)家級(jí)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心為平臺(tái)，在國(guó)家級(jí)“三電”基礎(chǔ)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)的過(guò)程中，積極進(jìn)行包括“電路”、“電子技術(shù)”和“電機(jī)學(xué)”的“三電”基礎(chǔ)課程教學(xué)改革和實(shí)踐活動(dòng)。在“電路”課程建設(shè)方面，積極改革、大膽推進(jìn)，探索工程背景下該課程教學(xué)中創(chuàng)新思維方法融入教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革實(shí)踐活動(dòng)，改革效果良好，受到了學(xué)生的普遍認(rèn)可。

一、“電路”課程教學(xué)活動(dòng)中存在的問(wèn)題

工程教育背景下的“電路”課程教學(xué)內(nèi)容無(wú)論在理論上的還是在實(shí)踐上都缺乏工程背景，同時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)中創(chuàng)新思維培養(yǎng)的考慮體現(xiàn)不夠到位。如課程教學(xué)中更注重理論知識(shí)的傳授，與工程實(shí)際聯(lián)系很少，具有工程背景內(nèi)容的引入比較少，學(xué)生即便學(xué)會(huì)了知識(shí)，也不知道怎么用；在新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)的今天，學(xué)生認(rèn)為所學(xué)內(nèi)容沒(méi)有實(shí)用性的氛圍下，對(duì)課程的興趣逐漸降低。電路理論來(lái)源于電路的實(shí)踐，而理論知識(shí)的運(yùn)用最后也是應(yīng)該為實(shí)踐服務(wù)的。現(xiàn)有課程內(nèi)容在工程應(yīng)用能力培養(yǎng)上也沒(méi)有更多地考慮與設(shè)計(jì)。比如學(xué)生做電路實(shí)驗(yàn)，做完后還是只停留在“認(rèn)知”階段，綜合能力很難提高，難以解決實(shí)際中所涉及的具體問(wèn)題，更談不上創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。長(zhǎng)期以來(lái)，教師在授課時(shí)基本采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法：闡述理論－證明－舉例應(yīng)用－階段性總結(jié)，雖然在某種程度上應(yīng)用了一些科學(xué)思維中的邏輯思維方法，但是應(yīng)用不夠深入，對(duì)于非邏輯思維中的發(fā)散式思維、靈感思維等幾乎沒(méi)有涉及，從而導(dǎo)致學(xué)生知識(shí)不成系統(tǒng)，工程意識(shí)淡薄，解決實(shí)際問(wèn)題能力欠缺等實(shí)際問(wèn)題，更談不上具有創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，和培養(yǎng)目標(biāo)明顯不相適應(yīng)。

二、“電路”教學(xué)的改革探索

理論知識(shí)和工程應(yīng)用的統(tǒng)一是工程師應(yīng)具備的基本素質(zhì)。教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法是教學(xué)互動(dòng)過(guò)程中關(guān)鍵的方面。根據(jù)“電路”課程的特點(diǎn)，主要從教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法兩方面進(jìn)行了教學(xué)改革和實(shí)踐，探索創(chuàng)新思維方法與課程教學(xué)的結(jié)合點(diǎn)。主要圍繞如何在教學(xué)過(guò)程中不斷提升科學(xué)思維和科學(xué)方法的應(yīng)用水平，有計(jì)劃地結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，并恰如其分地將創(chuàng)新思維方法貫穿于教學(xué)環(huán)節(jié)中對(duì)理論內(nèi)容、實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)行改革；選用具有工程性的問(wèn)題引導(dǎo)教學(xué)內(nèi)容；把科學(xué)思維和科學(xué)方法融入教學(xué)過(guò)程，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力。

1.教學(xué)內(nèi)容改革

教學(xué)內(nèi)容改革中首先要重視“電路”課程中的工程應(yīng)用背景，需要重新梳理教學(xué)內(nèi)容，將更多相關(guān)的實(shí)際工程應(yīng)用問(wèn)題引入到教學(xué)內(nèi)容中來(lái)。例如介紹電阻元件時(shí)，引入超導(dǎo)、熱敏電阻、光敏電阻、降低設(shè)備溫升措施的內(nèi)容；學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)電路時(shí)，引入電力系統(tǒng)過(guò)電壓、過(guò)電流問(wèn)題的討論；學(xué)習(xí)電容元件時(shí)，引入雷電沖擊實(shí)驗(yàn)；學(xué)習(xí)交流電路部分，引入交直流輸電爭(zhēng)論，我國(guó)當(dāng)代的高壓輸電工程等。[2]教師也可將自己的科研成果總結(jié)后做為實(shí)際例子，在教學(xué)過(guò)程中多與實(shí)際聯(lián)系，注意工程問(wèn)題的探討，可以很好地解決學(xué)生為何學(xué)、學(xué)何用的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的興趣，有利于工程素養(yǎng)的培養(yǎng)和能力的提高。而對(duì)傳統(tǒng)的經(jīng)典內(nèi)容，應(yīng)合理地安排教學(xué)內(nèi)容，做到詳略得當(dāng)，讓學(xué)生能夠抓住內(nèi)容的主線脈絡(luò)。

教學(xué)內(nèi)容上的創(chuàng)新直接影響教學(xué)效果的好壞。而“電路”中的創(chuàng)新需要老師善于發(fā)現(xiàn)、用腦思考，用“創(chuàng)新思想和方法”去講授教學(xué)內(nèi)容，并精心設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)才能收到不錯(cuò)的效果。比如經(jīng)典的基爾霍夫定律揭示了科學(xué)真理的有界性；相量法（變換法）是轉(zhuǎn)移經(jīng)驗(yàn)和側(cè)向思維的好例子等。同時(shí)也應(yīng)注意在當(dāng)今知識(shí)爆炸的時(shí)代需要在教學(xué)上有思想上的轉(zhuǎn)變。孔子曰：“少則得，多則惑。”教師要教的內(nèi)容越來(lái)越多，知識(shí)量又不斷增加，如果什么都講了，學(xué)生不一定都學(xué)會(huì)，教師應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣、科學(xué)的能力和素養(yǎng)。此外，在“電路”理論的傳統(tǒng)內(nèi)容基礎(chǔ)上，注重反映現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)理論的內(nèi)容和計(jì)算機(jī)輔助分析的基礎(chǔ)知識(shí)也是必要的。[3]

2.教學(xué)方法改革

教學(xué)方法改革主要以解決怎么教，在教的過(guò)程中如何體現(xiàn)創(chuàng)新教育、工程性和以創(chuàng)新思維為中心，來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)他們的工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力。教學(xué)方法可以通過(guò)合理的教學(xué)設(shè)計(jì)體現(xiàn)創(chuàng)新性，教學(xué)活動(dòng)中采用多種教學(xué)方法相結(jié)合的形式，[4]以啟發(fā)式教學(xué)思想為指導(dǎo)，通過(guò)設(shè)計(jì)和提出能體現(xiàn)工程背景又涵蓋重要理論內(nèi)容，與先進(jìn)的科技發(fā)展同步的小項(xiàng)目引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。比如請(qǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)宿舍樓的供電電路，討論動(dòng)態(tài)電路在家電中的應(yīng)用，布置超導(dǎo)體的特性與應(yīng)用等項(xiàng)目。學(xué)生在收集資料、完成項(xiàng)目過(guò)程中，積極參與、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、主動(dòng)思考，并且鍛煉了團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，從而變被動(dòng)接受為主動(dòng)參與、主動(dòng)學(xué)習(xí)，更加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)的效果和工程素質(zhì)的培養(yǎng)。在教學(xué)中多提一些有深度的提問(wèn)，提煉有一定挑戰(zhàn)性的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，通過(guò)合理設(shè)計(jì)載體，配合教學(xué)方案設(shè)計(jì)，為學(xué)生提供一個(gè)有意義的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，更為培養(yǎng)他們學(xué)習(xí)、探索、參與的積極性開(kāi)了個(gè)好頭，也有助于提高培養(yǎng)對(duì)象的智力、創(chuàng)造力和實(shí)用能力。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方面，在保證基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的前提下，減少驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)設(shè)計(jì)有意義的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、選擇實(shí)驗(yàn)方法并做實(shí)驗(yàn)，掌握理論到實(shí)踐再到理論的研究性學(xué)習(xí)方法。如利用電橋原理設(shè)計(jì)電阻溫度計(jì)，感性負(fù)載斷路保護(hù)的研究等此類(lèi)具有意義的、有應(yīng)用背景的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，真正提高學(xué)生理論知識(shí)的工程應(yīng)用能力。在課外作業(yè)中增加具有工程應(yīng)用背景的大作業(yè)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)也收到了不錯(cuò)的效果。對(duì)給定的一個(gè)項(xiàng)目，同學(xué)分組討論方案，分析和設(shè)計(jì)，驗(yàn)證仿真或?qū)嵨镏谱鳎詈髮W(xué)生陳述總結(jié)、教師驗(yàn)收點(diǎn)評(píng)等都可作為培養(yǎng)創(chuàng)新能力且具有工程背景的較好的教學(xué)方式。

三、結(jié)論

“電路”是電類(lèi)專(zhuān)業(yè)中最為重要的一門(mén)課程，其教學(xué)效果對(duì)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)有較為深遠(yuǎn)的影響。[5]在國(guó)家級(jí)“三電”基礎(chǔ)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)過(guò)程中，著力進(jìn)行了“電路”課程教學(xué)改革的探索和實(shí)踐工作。在面向工程、培養(yǎng)卓越工程師的教育大環(huán)境下，從提高學(xué)生創(chuàng)新思維能力角度出發(fā)進(jìn)行課程改革，將創(chuàng)新性教育結(jié)合工程應(yīng)用融入電路課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法中，通過(guò)教學(xué)相關(guān)環(huán)節(jié)配合，加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)思維意識(shí)的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張來(lái)斌.大工程觀視野下高等工程教育改革的探索與思考[J].中國(guó)高教研究，2009，(8):8-10.

[2]羅先覺(jué).電路課程建設(shè)和教材建設(shè)的思考[A].第6屆全國(guó)高等學(xué)校電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)教學(xué)改革研討會(huì)論文集(上冊(cè))[C].2009.

[3]張霞，宋淑然，許利霞，等.電類(lèi)基礎(chǔ)課平臺(tái)——電路教學(xué)改革與實(shí)踐[J].高教論壇，2007，(6):36-37.

[4]王義遵.關(guān)于教學(xué)方法改革的幾點(diǎn)思考[R].首屆“中國(guó)大學(xué)教學(xué)論壇”，2008.

[5]邱關(guān)源.電路(第五版)[M].北京:高等教育出版社，2006.

（責(zé)任編輯：宋秀麗）