面向卓越計(jì)劃的“電工學(xué)”教學(xué)改革探索

張冠英 顧俏麗 王堯 牛峰

摘要：“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”是高等教育重大改革計(jì)劃，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)需要貫穿學(xué)生的每個(gè)學(xué)習(xí)階段。“電工學(xué)”作為非電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課程，對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有著重要作用。在分析傳統(tǒng)教學(xué)模式弊端的基礎(chǔ)上，對(duì)不同知識(shí)模塊的教學(xué)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和綜合運(yùn)用，并以案例的方式指導(dǎo)學(xué)生完成理論設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，提高學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力，取得了初步成果。

關(guān)鍵詞：卓越工程師;電工學(xué);教學(xué)設(shè)計(jì);案例法，實(shí)踐教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2016）40-0077-02

教育部制定的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”是國(guó)家振興工程教育進(jìn)行的一次重大探索。“卓越計(jì)劃”旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類(lèi)型工程技術(shù)人才，促進(jìn)我國(guó)由工程教育大國(guó)邁向工程教育強(qiáng)國(guó)[1]。其重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力和工程創(chuàng)新能力，因此各工科院校均在研究和探索與之相對(duì)應(yīng)的新的培養(yǎng)體系，將卓越工程師教育培養(yǎng)理念融入到專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)之中[2-5]。“電工學(xué)”系列課程是針對(duì)非電類(lèi)工科專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)關(guān)于電氣工程領(lǐng)域基本概念與應(yīng)用的工程技術(shù)類(lèi)通識(shí)教育課，包含電路理論、電機(jī)、控制、數(shù)字電路、模擬電路等幾部分內(nèi)容。為了配合實(shí)施“卓越計(jì)劃”，“電工學(xué)”的教學(xué)需要不斷完善教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，從而逐步提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力以及各項(xiàng)綜合素質(zhì)。

一、傳統(tǒng)電工學(xué)課程教學(xué)模式及存在的問(wèn)題

現(xiàn)行的“電工學(xué)”課程教學(xué)模式下大部分任課教師的教學(xué)理念是：通過(guò)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解電氣工程學(xué)科的基本概念、原理與應(yīng)用及其發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)，具備一定的安全用電能力，理解節(jié)能環(huán)保的意義，建立電氣工程的基本概念和素養(yǎng)。該課程具有系統(tǒng)性的理論和嚴(yán)密的邏輯結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的授課模式教師是教學(xué)活動(dòng)的主體，過(guò)分強(qiáng)調(diào)講授的重要性，有著固定的教學(xué)模式，學(xué)生很少主動(dòng)參與，大都是被動(dòng)地接受，甚至排斥學(xué)習(xí)。沒(méi)有將理論和專(zhuān)業(yè)或?qū)嶋H進(jìn)行聯(lián)系，不利于學(xué)生知識(shí)面的擴(kuò)展。由于“電工學(xué)”在非電專(zhuān)業(yè)中的地位及課程設(shè)置的原因，多數(shù)學(xué)生認(rèn)為這門(mén)課程對(duì)于以后的專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)、職業(yè)規(guī)劃沒(méi)有幫助，因而在學(xué)習(xí)過(guò)程中興趣不高。實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容大部分都是驗(yàn)證課本定理、定律的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生沒(méi)有運(yùn)用所學(xué)知識(shí)親自設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試電路的機(jī)會(huì)，這也就使得學(xué)生不能將在課堂上學(xué)到的知識(shí)很好地與實(shí)際相聯(lián)系，并加以運(yùn)用。因此，如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣以及怎么培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)是教學(xué)改革中面臨的一大問(wèn)題。

二、面向卓越計(jì)劃的教學(xué)改革

以?xún)?yōu)秀工程技術(shù)人員為目的的卓越工程師培養(yǎng)，其主要表現(xiàn)在先進(jìn)工程方法的應(yīng)用和先進(jìn)工程技術(shù)的掌握。通過(guò)理論教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)鍛煉學(xué)生分析推理和解決問(wèn)題的能力，引發(fā)他們對(duì)實(shí)驗(yàn)探究的興趣，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題提出新方法的創(chuàng)新精神以及嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、負(fù)責(zé)的工作態(tài)度[6-8]。結(jié)合各專(zhuān)業(yè)的卓越工程師培養(yǎng)方案，“電工學(xué)”課程進(jìn)一步細(xì)化了理論教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，強(qiáng)化應(yīng)用型知識(shí)模塊的學(xué)習(xí)，邀請(qǐng)學(xué)生參與到教研活動(dòng)中并組織專(zhuān)題討論課作為課堂教學(xué)的有益補(bǔ)充;針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)方向建立常見(jiàn)工程設(shè)備的演示模型，增加貼近日常生活的演示實(shí)驗(yàn)裝置提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力。引導(dǎo)學(xué)生將電學(xué)知識(shí)與本專(zhuān)業(yè)結(jié)合，初步樹(shù)立學(xué)科交叉的意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生從工程的觀點(diǎn)分析問(wèn)題。以期達(dá)到提高學(xué)生的電氣應(yīng)用能力，使得各專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的卓越工程師未來(lái)能夠協(xié)助電氣工程師進(jìn)行一些電氣設(shè)備的安裝調(diào)試與日常維護(hù);能進(jìn)行相關(guān)行業(yè)電氣設(shè)備及自動(dòng)化系統(tǒng)的故障分析和簡(jiǎn)單的故障排除。

1.教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的優(yōu)化。案例教學(xué)法是建構(gòu)主義和多元智能理論在現(xiàn)代教學(xué)中的科學(xué)運(yùn)用，體現(xiàn)了學(xué)生在整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中的主體地位[9]。分專(zhuān)業(yè)進(jìn)行工程型案例的教學(xué)設(shè)計(jì)，這樣既迎合學(xué)生未來(lái)的就業(yè)方向，又沒(méi)有超出本門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容，且實(shí)現(xiàn)了多個(gè)知識(shí)點(diǎn)融合的案例設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生“電工學(xué)”課程的學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)生的職業(yè)發(fā)展提供電工電子技術(shù)方面的基本能力和技術(shù)儲(chǔ)備，也符合“卓越計(jì)劃”對(duì)人才培養(yǎng)模式的要求。集成運(yùn)放知識(shí)模塊的學(xué)習(xí)過(guò)程，為了讓學(xué)生更好掌握運(yùn)放的線(xiàn)性與非線(xiàn)性應(yīng)用的工程設(shè)計(jì)方法，給出任務(wù)要求學(xué)生分組進(jìn)行電路設(shè)計(jì)并用EDA軟件進(jìn)行仿真。任務(wù)：利用電壓比較器設(shè)計(jì)一個(gè)散熱風(fēng)扇的自動(dòng)控制電路。一些大功率器件在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量使溫度升高，可以采用散熱片加風(fēng)扇冷卻以保證其正常工作。將熱敏電阻粘貼在散熱片上檢測(cè)功率器件的溫度，采用電壓比較器比較檢測(cè)信號(hào)和預(yù)設(shè)閾值，輸出端連接繼電器線(xiàn)圈，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)扇的控制。

圖1是學(xué)生所設(shè)計(jì)的控制電路，該設(shè)計(jì)方案綜合利用了電工學(xué)上、下冊(cè)教材中的繼電控制系統(tǒng)、半導(dǎo)體器件和集成運(yùn)放三個(gè)模塊的知識(shí)，在熟悉集成運(yùn)放非線(xiàn)性應(yīng)用的基礎(chǔ)上又對(duì)上冊(cè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了復(fù)習(xí)，起到了溫故知新的作用。

2.實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革。實(shí)踐是工程的靈魂與根本，是工程教育的本質(zhì)，“卓越計(jì)劃”將強(qiáng)化學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)作為一項(xiàng)根本要求。[5]電工學(xué)作為一門(mén)專(zhuān)業(yè)技術(shù)課程，具有知識(shí)面廣、理論性和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直占有非常大的比例。[6]因此，對(duì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革是教改的一個(gè)重要方面。在實(shí)踐教學(xué)中，按照實(shí)驗(yàn)難易程度進(jìn)行了分層次教學(xué)：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)學(xué)生獨(dú)立動(dòng)手做;復(fù)雜的演示實(shí)驗(yàn)先觀摩后分組討論工作原理;設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)先提交設(shè)計(jì)思路，分組討論確立方案，由老師指導(dǎo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

以集成運(yùn)放教學(xué)案例的任務(wù)為例，學(xué)生首先按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)要求獨(dú)立完成指定的比例、加減法和微積分運(yùn)算電路的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。任務(wù)分組后進(jìn)行討論、提出設(shè)計(jì)思路;在教師的輔導(dǎo)下對(duì)提出的方案總結(jié)歸納，對(duì)確定的最終方案進(jìn)行仿真分析;按照仿真的參數(shù)搭建電路完成實(shí)驗(yàn)測(cè)試;將測(cè)試數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果比較，分析誤差。整個(gè)過(guò)程由學(xué)生自主完成，教師指導(dǎo)為輔。通過(guò)這種設(shè)計(jì)類(lèi)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的實(shí)踐積極性，鍛煉了學(xué)生分析、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生協(xié)作意識(shí)和創(chuàng)新能力。

三、改革的效果

就教改效果進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查，從調(diào)查結(jié)果看，81.9%的學(xué)生同意“電工學(xué)”課程的時(shí)間能夠得到充分地利用;97.1%的學(xué)生認(rèn)為課程的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)難度、進(jìn)度計(jì)劃安排的基本合理;77.4%的學(xué)生認(rèn)為“電工學(xué)”課程有助于培養(yǎng)和提高自己的實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)?？梢钥闯觯半姽W(xué)”課程教學(xué)改革的成果到了學(xué)生的肯定，分層次教學(xué)的實(shí)驗(yàn)方式，提高了實(shí)驗(yàn)效果，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高了實(shí)踐能力。90%以上的學(xué)生同意通過(guò)教改提高了對(duì)“電工學(xué)”課程的學(xué)習(xí)興趣;75.1%的學(xué)生認(rèn)為周?chē)耐瑢W(xué)都能夠積極地參與到課程中去;70%的學(xué)生認(rèn)為教改的課程難度能夠充分調(diào)動(dòng)自己的學(xué)習(xí)積極性。由此可以看出，教改激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生們敢于表達(dá)自己的看法，更加積極地主動(dòng)地參與到了課程的學(xué)習(xí)中。

四、改革中遇到的問(wèn)題

工程案例的選取是理論教學(xué)過(guò)程能否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的關(guān)鍵，需要教師對(duì)各專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)、學(xué)生基礎(chǔ)及當(dāng)今工程技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行綜合考慮，才能夠提出貼近工程實(shí)際又和專(zhuān)業(yè)知識(shí)緊密結(jié)合的案例，給任教不同專(zhuān)業(yè)的教師增大了工作難度。討論課和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)都需要學(xué)生在課下完成大量的材料準(zhǔn)備工作，一部分同學(xué)覺(jué)得負(fù)擔(dān)偏重;分組討論占用學(xué)時(shí)較多對(duì)授課進(jìn)度有些影響，在針對(duì)教學(xué)改革情況進(jìn)行的問(wèn)卷調(diào)查中，部分學(xué)生也認(rèn)為課上時(shí)間的利用率不高。以上這些問(wèn)題將是進(jìn)一步教學(xué)改革需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。

依照“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的要求和“電工學(xué)”課程的特點(diǎn)，筆者在理論教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)“電工學(xué)”課程傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行了改革并實(shí)踐，取得了初步的成果。教改工作不是一蹴而就，而是需要持續(xù)進(jìn)行，在以后的理論教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)中，還需要有意識(shí)地啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，使他們體會(huì)到每個(gè)人都具有創(chuàng)新潛力，在案例設(shè)計(jì)和實(shí)踐中逐步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程意識(shí)，也可以更好地促進(jìn)課程建設(shè)。

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