電工技術課程的建設與實踐

趙文山 聞 躍 高 巖 余晶晶

北京交通大學電子信息工程學院 北京 100044

電工技術是北京交通大學面向非電類工科專業新開的一門工程基礎課程，主要介紹電工電子技術所涉及的物理概念、基本理論、原理和分析方法，是后續專業課程的引導性課程。本課程與高等數學等科學類課程聯系緊密，又為后續專業課程的學習提供必要的基礎知識，在非電類工科專業課程體系中起著承前啟后的作用。因此，電工技術課程的建設與實踐效果對于非電類工科人才的培養具有重要的作用。

電信學院電路教研室主要承擔計算機和軟件學院的電工技術課程教學工作，在教學內容設置、教學過程設計以及教學資源建設等方面進行了初步的探索與嘗試，取得了良好的教學效果。

1 電工技術課程教學內容設置

隨著現代科技的不斷進步，電工電子技術不斷發展，電工技術課程的教學內容也不斷擴充[1-5]。然而，各專業培養計劃的總學時數卻在不斷減少。電工技術課程共32學時，如何在有限學時內覆蓋各工科專業學生所需掌握的電工技術基礎知識是亟待解決的問題。

鑒于此，筆者根據專業需求和培養目標，重新整合電工技術課程的教學內容，主要包括直流分析、暫態分析、交流分析、變壓器及三相異步電動機5個知識模塊，具體內容如圖1所示。通過本課程的學習，非電類工科專業學生能夠掌握電工技術必要的基本概念、基本理論和基本方法，能運用分解與疊加、等效替換等多種方法分析直流、正弦交流和一階動態等簡單線性無源電路，掌握變壓器的電磁特性和分析方法，了解電動機的工作原理方法，為未來從事相關工程技術工作奠定必要的理論基礎。

圖1 電工技術課程知識模塊

2 電工技術課程教學過程設計

電工技術課程通過課堂教學，對電工技術知識體系中的各主要單元給出基礎和引導性的介紹，講解基本概念和基礎分析方法。此外，本課程通過拓展學習環節培養學生自主學習的能力，開闊學生的專業視野，幫助學生了解專業領域技術發展前沿。

2.1 課內講授

在課堂講授中，著重介紹電工電子技術所涉及的物理概念、基本理論、原理和分析方法，注重培養學生掌握模型化、分解與疊加、等效替代等工程學科的普適性思維方法，使學生能夠觸類旁通。

在教學方法的設計上，注重以面向問題的引導式教學為手段，以案例教學為載體，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。電工技術的誕生與發展源于工程實際，內容蘊涵工程概念。因此，電工技術課程教學案例的編寫不能憑空虛構，應從貼近學生生活的工程實例中簡化、提煉出蘊含概念和知識點的典型案例，使其難度和綜合程度與學生的認知水平相適應。與實際生活密切相關的案例可以烘托課堂氣氛，吸引學生的注意力，激發學生探究未知世界的好奇心，培養學生從工程設計的角度正確理解和運用理論知識的能力。

筆者根據教學大綱的要求，以“知行合一”的教學理念為指導，緊扣教學內容，初步開發了一些教學案例，嘗試了理論講授與案例教學相融合的教學模式。例如，在《直流分析》知識單元引入汽車啟停的車載電壓不穩定原理，進而引出超級電容；在《暫態分析》知識單元引入氙氣閃光燈的工作原理；在《交流分析》知識單元引入功放的最大功率傳輸；在《變壓器》知識單元引入揚聲器負載的阻抗變換。

此外，在課堂教學的實施過程中，注重以電路理論發展的歷史背景為載體，運用歷史追溯和角色代入的教學手法將學生引入到歷史情境中，提高學生探究新知識的興趣，將學生吸引到課堂上來。例如，在戴維南定理的講解中，創設歷史情境，將學生的思緒引導至19世紀思想迸發的年代，借助角色扮演讓學生以親歷者的身份審視定理的推導，使學生成為學習活動的主體，鼓勵學生利用已學電路分析方法推導戴維南定理的證明過程，增強學生的創新熱情。

2.2 拓展學習

拓展學習要求學生運用數據搜索和文獻查找工具自主學習與課程相關的工程背景知識，解釋工程問題中的物理現象，描述和分析實際工程問題，了解專業知識在相關領域的前沿應用。通過拓展學習，鍛煉學生的自主學習能力，激發學生探究新知識的興趣，培養良好的科學研究態度，并通過工程實踐反哺理論知識學習，幫助學生在理論與實際之間建立“映射”，形成相互關聯、彼此融合的基礎理論與專業知識體系。

對于拓展學習，給出若干參考題目，題目內容主要包括對某方面知識、方法或技術的歸納總結、實際工程案例的描述和原理分析、課程知識和相關技術的應用調研等，要求學生自主完成文獻查閱、數據收集、分析歸納等，提交拓展學習報告。

筆者結合教學內容，初步編寫了一些拓展學習的參考題目。例如，簡單介紹人體的生物電信號，并簡述這些生物電信號的監測與分析在人類疾病診斷與治療中的應用；查閱資料，歸納人體電阻的測量方法，并簡述人體電阻的測定在科學研究中的應用；以旋轉式異步電動機的工作原理為基礎，簡述直線異步電動機的工作原理，介紹直線異步電動機在磁懸浮列車和航空母艦電磁彈射裝置中的應用和發展歷程。

2.3 課程考核

完善的學生成績評價制度是課程教學效果的有力保證。電工技術課程的考核采用平時成績、拓展學習、結課考試成績相結合的辦法。

(1)平時成績占25%，包括習題作業成績(15%)及階段測驗成績(10%)。

(2)拓展學習占5%，根據讀書報告評定成績。

(3)結課考試占70%，考核內容體現電工技術的基本原理與基本方法，內容覆蓋本課程在教學內容和要求中給出的理論知識點，著重考查對各單元原理和方法的掌握程度，兼顧各知識點和方法的綜合運用，考試題型以分析計算題為主。

3 電工技術課程教學資源建設

豐富的課程教輔資料可為學生提供有效的課外輔導，有利于學生自主開展課程學習。課程組根據教學大綱編寫了電工技術課程講義[6]、教學日歷、電子課件、結課考試樣卷等。

電工技術課程包含相量、磁路等內容，需要歐拉公式、復數運算等數學基礎以及物理學電磁學相關知識。然而，本課程的授課對象為大學一年級本科生，數學和物理課程的進度滯后于電工技術課程，因此在電工知識的傳授中，如何穿插講解數學、物理等基礎知識對于保證課程教學質量至關重要。為此，筆者編寫了數學與物理的相關預備知識。

此外，在變壓器和電動機2個知識模塊的講授中，變壓器和電動機的結構復雜，單靠文字和語言難以描述清楚。為此，筆者通過互聯網獲取一些變壓器、電動機結構和工作原理的講解視頻以及演示動畫，使枯燥乏味的理論講授變成生動有趣的視頻演示，在有限的時間內既增加了信息量又提高了教學效率。

依托學校網絡課程平臺，課程組初步構建了電工技術課程的網絡資源，包括課程大綱及簡介、教學日歷、課件、重要知識點討論、習題庫、多媒體視頻庫、讀書報告題目庫、仿真軟件、答疑討論、常見問題庫、課程問卷、教學筆記及考試資料等。

4 實踐效果及反思

2017年，電工技術課程已在計算機學院和軟件學院進行了第一輪試講。在授課過程中，任課教師在“知行合一”的教學理念指導下進行教學實踐，充分運用專業知識，結合工程實際，以教學案例為切入點講解電工技術的基本概念和原理。

學生普遍反映結合案例的啟發式教學方法效果較好，能夠提高學習過程中的趣味性、激發學習熱情；能夠理論聯系實際，使課堂所學知識與生活息息相關，初步培養學生運用所學知識分析問題、解決問題的能力。結課考試和課程作業的考核成績表明，學生能夠較好掌握課程教授的基礎知識；拓展學習報告的考核情況表明，學生展現出一定的自主學習以及運用信息和文獻工具撰寫報告的能力。

通過調查問卷，筆者也發現電工技術課程教學中存在的一些問題。例如，在教學案例的設計上沒有過多考慮與學生專業相關聯；在理論知識的講授中缺乏實物演示，增加了學生理解的難度。

5 結語

目前，電工技術課程建設還處于探索階段，仍存在諸多亟待解決和研究的問題。相信隨著教學資源的不斷補充、教學方法的不斷改善、教學經驗的不斷積累，電工技術課程教學的預期目標終將實現。