基于卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)的電工學(xué)教學(xué)方法研究

謝芳 趙吉文 張燕

摘 要： 隨著各大高校卓越工程師培養(yǎng)計劃的不斷擴(kuò)大深入，勢必會引發(fā)高等院校電工學(xué)課程的相應(yīng)改革。本文詳細(xì)分析了在以培養(yǎng)卓越工程師為目標(biāo)的前提下，現(xiàn)有的電工學(xué)教學(xué)中存在的問題，給出了運(yùn)用EDA、MOOC等現(xiàn)代化教學(xué)手段改進(jìn)課程及提高實驗教學(xué)質(zhì)量的解決方案。事實證明，現(xiàn)代教學(xué)方法結(jié)合工程實踐，不僅加強(qiáng)了學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，而且進(jìn)一步增強(qiáng)了學(xué)生的工程師自我培養(yǎng)意識，充分開發(fā)了學(xué)生自身的學(xué)習(xí)潛力。

關(guān)鍵詞： 電工學(xué) EDA MOOC 教學(xué)改革

1.引言

電工學(xué)課程主要針對機(jī)械設(shè)計制造及其自動化等非電類專業(yè)，該課程對學(xué)生的培養(yǎng)絕不能沿襲電類課程。另外，隨著各大高校卓越工程師培養(yǎng)計劃的不斷擴(kuò)大和深入，針對此類學(xué)生開設(shè)的課程做相應(yīng)改革創(chuàng)新迫在眉睫[1]-[4]。

目前電類課程都引入了EDA（Electronic Design Automation）技術(shù)用以輔助實驗教學(xué)，但各門課程所使用的軟件各不相同，比如電路使用PSpice，Protel，模擬電子和數(shù)字電子使用Multisim，微型計算機(jī)原理使用tpc-usb，PLC使用cx-one，除此之外，還有專門用于開發(fā)FPGA和CPLD的EDA工具。這些軟件功能雖然相近，但操作大相徑庭，需要較長的學(xué)習(xí)時間，電類學(xué)生學(xué)習(xí)時候尚且應(yīng)接不暇，更不要提對非電類專業(yè)學(xué)生展開。針對這種情況，本次改革基于Multisim軟件建立統(tǒng)一的EDA平臺，相關(guān)課程都選取該軟件的特定模塊進(jìn)行重點講解并開展實驗，當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)完相關(guān)課程后，就能熟練掌握Multisim軟件，做到“一通百通”。Multisim軟件功能全面強(qiáng)大，完全可滿足群內(nèi)課程實驗需要。該軟件集電路設(shè)計、仿真、調(diào)試于一體，獨有的3Dvirtual器件和虛擬儀器，使得軟件與實際硬件高度一致，通過“軟硬結(jié)合”、“虛實結(jié)合”，即虛擬軟件操作和實驗室實際硬件操作相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生實驗技能和動手能力的提高。

MOOC是目前世界上非常流行的一種教學(xué)手段，是計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展到今天對教育的貢獻(xiàn)。其以一種大規(guī)模開放的在線課程教學(xué)形式進(jìn)行傳播，沒有“門檻”限制，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，真正實現(xiàn)無校界、無國界的資源共享。但是，針對繁雜的MOOC課程，在校學(xué)生如何更有效地利用其資源、應(yīng)對工程問題的復(fù)雜性，則需要專業(yè)教師的引導(dǎo)。

借助現(xiàn)代化的教育手段，利用EDA和MOOC等先進(jìn)的教學(xué)工具，使學(xué)生從深奧枯燥的理論學(xué)習(xí)中解脫出來，使學(xué)生在充分掌握扎實的理論知識的同時，具備電子設(shè)計創(chuàng)新的熱情；從不斷的實踐中發(fā)現(xiàn)問題，將學(xué)習(xí)從一種被動變成一種需要，充分開發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛力，有意識地培養(yǎng)學(xué)生成為一名卓越工程師所必須具備的學(xué)習(xí)能力。

2.現(xiàn)階段教學(xué)存在的主要問題

電工學(xué)作為非電類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)電類技術(shù)的基礎(chǔ)課，其教學(xué)內(nèi)容包含電路理論、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)等，其中多是與模電、數(shù)電理論教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)的實驗，往往是學(xué)生真正接觸各種電子器件和測試儀器的最初體驗，也是培養(yǎng)學(xué)生“工程師意識”基礎(chǔ)的重要環(huán)節(jié)。然而，根據(jù)電工學(xué)理論教學(xué)和實驗教學(xué)現(xiàn)狀和教學(xué)效果調(diào)查，其中存在諸多問題。

1.純理論教學(xué)內(nèi)容過于繁雜且枯燥，學(xué)生學(xué)習(xí)起來費(fèi)勁，容易產(chǎn)生厭學(xué)感。

2.實驗學(xué)時偏少：重理論、輕實踐現(xiàn)象比較普遍，理論/實驗課時比過大。按照國家“教指委”的教學(xué)指導(dǎo)意見：模電教學(xué)64～72，模電實驗24～34，取平均，理論課68/實驗28：約2.43∶1；數(shù)電教學(xué)56～64，數(shù)電實驗32～40，取平均，理論課60/實驗42：約1.43∶1。而在實際教學(xué)安排上，由于電工學(xué)包含內(nèi)容繁多，電子技術(shù)實驗課時安排往往嚴(yán)重不足。

3.理論與實踐教學(xué)分離。由于理論課教師不參加實驗，對電工學(xué)的實驗內(nèi)容也不了解，導(dǎo)致學(xué)生做實驗時發(fā)覺理論和實踐不大一樣，實驗課只是消極、被動地“配合”，以完成教學(xué)課時內(nèi)容為任務(wù)，使得實驗課教師缺乏積極性。

4.實驗設(shè)備設(shè)置和實驗內(nèi)容安排不合理。實驗技術(shù)強(qiáng)度大，教師工作量比較大，特別是數(shù)字電路實驗，往往要連接十幾乃至幾十根線，出了故障短時間很難排查。

另外，電子實驗設(shè)備的設(shè)置往往沒有從學(xué)習(xí)者的角度考慮問題，要么使用“AUTO”鍵（傻瓜鍵），要么需要按各種菜單進(jìn)行選擇，使用起來很不方便。

5.學(xué)生大多會做題、能考試，但實踐能力差，為了好的成績，只會按老師的要求步驟做實驗，而不知道為什么這樣做，實驗做完也就忘了，沒有思考，教學(xué)效果不好，遇到實際問題時存在“學(xué)了不會用”的情況。

3.解決方案

1.保證合理的實踐教學(xué)課時。除了要安排跟課程進(jìn)度匹配的實驗教學(xué)外，可以通過增加課程設(shè)計、工程實訓(xùn)等增加實踐環(huán)節(jié)的課時。學(xué)生通過自主設(shè)計電路、元件焊裝、整體電路的安裝調(diào)試三個階段，完成給定的設(shè)計任務(wù)要求。通過動手實踐，初步培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，接觸生產(chǎn)實際中電工電子電路的設(shè)計與安裝要求。

2.利用EDA等教學(xué)手段優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。在實驗教學(xué)中，模擬電子實驗——以硬件調(diào)試為主、虛擬仿真為輔；而在數(shù)字電子實驗中，除了一些需要做技術(shù)指標(biāo)測量的硬件實驗外，可采用電子仿真軟件把數(shù)電實驗布置為課外作業(yè)，一方面可大大減少驗證性的硬件實驗，另一方面可減少數(shù)電實驗的“非技術(shù)性勞動”，解決實驗課時偏少的矛盾。另外，利用EDA等先進(jìn)教學(xué)工具，可以有效驗證電路的正確性，使學(xué)生更直觀、迅速地得到實驗結(jié)果，并可隨時改進(jìn)自己的設(shè)計，以得到正確的設(shè)計方案。從設(shè)計到仿真，修改設(shè)計，再仿真……如此良性循環(huán)，使學(xué)生從工程設(shè)計過程中得到較大滿足感，提高學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生作為一名優(yōu)秀的工程師所必須具備的基本思路和素質(zhì)。

3.指導(dǎo)學(xué)生充分利用MOOC的網(wǎng)絡(luò)資源。每個學(xué)生對課堂所學(xué)的要求是不同的，根據(jù)學(xué)生的不同需要，可以有選擇地讓他們利用課余時間在MOOC上學(xué)習(xí)。對不同層次學(xué)生進(jìn)行分組，布置相應(yīng)難度的設(shè)計課題，讓學(xué)生自主地在MOOC中尋找解決問題的方法，然后以小組匯報模式進(jìn)行統(tǒng)一答辯，實現(xiàn)“翻轉(zhuǎn)課堂”，提高學(xué)生自我培養(yǎng)的意識。最后由教師將這些分散的知識點整合起來，深入講解教學(xué)重點、難點，讓學(xué)生形成一整套完整的知識體系。

4.選擇合適的電子實驗設(shè)備，提高硬件實驗效率。模擬電子實驗屬于基礎(chǔ)性實驗，盡量采用“實驗單元模塊”方式，便于實驗中損壞的及時更換，減少占用實驗課內(nèi)時間。采用多種“實驗單元模塊”的組合，可構(gòu)筑成技術(shù)要求較高的“電子系統(tǒng)”實驗，培養(yǎng)學(xué)生多方案解決實踐問題的思維能力。同時，在新建、擴(kuò)建或改建實驗室，增添電子儀器設(shè)備時，適當(dāng)從使用者的角度考慮，減少不必要的“儀器調(diào)整耗費(fèi)時間”，摒除一些高性能指標(biāo)的復(fù)雜電子儀器。

4.結(jié)語

從整個教學(xué)系統(tǒng)環(huán)節(jié)入手，進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；將枯燥的電工學(xué)理論知識變?yōu)閯赢?，讓學(xué)生把課本的靜態(tài)圖形象成動態(tài)電路，增強(qiáng)學(xué)生對電類知識的學(xué)習(xí)熱情和動力；充分利用已有的EDA和MOOC等現(xiàn)代化教學(xué)手段，培養(yǎng)學(xué)生的“工程師思維”，全面提高學(xué)生解決實際問題的能力；踐行學(xué)做結(jié)合、項目帶動、個性發(fā)展的實踐教學(xué)模式；同時加強(qiáng)師生互動，豐富教師知識，使教學(xué)相得益彰。

當(dāng)然，予人一碗水，先備一桶水。為了做好應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，教師自己首先必須是應(yīng)用型教師。讓學(xué)生從興趣出發(fā)，在與教師的交往、互動中學(xué)習(xí)，在實際訓(xùn)練中成長是高校教師的職責(zé)，如何培養(yǎng)造就創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才，還需要不斷探索。

參考文獻(xiàn)：

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[3]陳遇春，王軍.高等學(xué)校教學(xué)任務(wù)約定制度的實踐探索[J].中國高教研究，2011（3）：89-90.

[4]教育部關(guān)于批準(zhǔn)第一批“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”高校的通知[Z].中華人民共和國教育部，教高函[2010]7號，2010，6.

本文系安徽大學(xué)教學(xué)項目（JYXM201343）階段性成果，受安徽省重大教學(xué)改革研究項目（2013zdjy038）資助。