復(fù)雜工程問題想定教學(xué)設(shè)計(jì)

冷愛蓮， 段 斌， 王永才

(湘潭大學(xué) 信息工程學(xué)院， 湖南 湘潭 411105)

0 引言

解決復(fù)雜工程問題的能力培養(yǎng)是工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中專業(yè)畢業(yè)要求的核心內(nèi)容，12項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)要求有8項(xiàng)與復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)直接相關(guān)[1]。課程目標(biāo)與主要教學(xué)內(nèi)容決定課程與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)支撐關(guān)系，直接影響畢業(yè)要求達(dá)成。復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)集中在實(shí)踐教學(xué)的課程體系，導(dǎo)致部分課程對(duì)畢業(yè)要求支撐較弱。復(fù)雜工程問題對(duì)知識(shí)、方法和能力的需求是泛在的，更適合映射在課程群而不是某一門具體的課程。復(fù)雜工程問題想定教學(xué)設(shè)計(jì)有利于增強(qiáng)課程對(duì)畢業(yè)要求的實(shí)際支撐強(qiáng)度。我校信息工程學(xué)院課題組教師進(jìn)行了相關(guān)實(shí)踐。

1 復(fù)雜工程問題想定教學(xué)模式

圍繞解決復(fù)雜工程問題所需的能力，對(duì)專業(yè)畢業(yè)要求細(xì)化分解，得到多個(gè)量化指標(biāo)點(diǎn)，使專業(yè)畢業(yè)要求可實(shí)施、可衡量。為協(xié)同培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題的能力，根據(jù)多個(gè)畢業(yè)要求量化指標(biāo)點(diǎn)，按照復(fù)雜工程問題在畢業(yè)要求中的具體體現(xiàn)和解決復(fù)雜工程問題能力的形成過程，遵循“認(rèn)識(shí)-實(shí)踐-再認(rèn)識(shí)”的認(rèn)知規(guī)律，設(shè)計(jì)一批具有代表性的復(fù)雜工程問題，對(duì)應(yīng)專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)要求，分解成若干復(fù)雜工程問題特征點(diǎn)想定，以解決每個(gè)復(fù)雜工程問題所需的支撐課程組建課程群[2]，每個(gè)課程群的全體任課教師圍繞課程目標(biāo)，認(rèn)領(lǐng)相關(guān)復(fù)雜工程問題想定，撰寫教案和組織教學(xué)活動(dòng)。通過復(fù)雜工程問題想定配置到課堂教學(xué)，實(shí)現(xiàn)分布式培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的基本能力。

2 復(fù)雜工程問題想定教學(xué)模式實(shí)例

本文以電源管理復(fù)雜工程問題為例進(jìn)行說明。

2.1 電源管理復(fù)雜工程問題關(guān)聯(lián)課程群

以分析和解決電源管理復(fù)雜工程問題這一項(xiàng)目穿針引線，將相關(guān)的課程串聯(lián)起來，建立“關(guān)聯(lián)課程群”的支撐模型，最終形成科學(xué)的課程群支撐體系。電源管理復(fù)雜工程問題關(guān)聯(lián)課程群包涵基礎(chǔ)課程子群和相關(guān)課程子群。

基礎(chǔ)課程子群由“電路分析”、“模擬電子技術(shù)”、“電力電子技術(shù)”、“自動(dòng)控制原理”組成，相關(guān)課程子群由“電源技術(shù)”、“信息安全”、“單片機(jī)技術(shù)”、“DSP技術(shù)”、“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”、“電路仿真”、“電子測(cè)量”等組成。其魚骨架圖如圖1所示。

圖1 電源管理課程群魚骨架圖

2.2 電源管理復(fù)雜工程問題特征點(diǎn)想定

遵循工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)復(fù)雜工程問題7個(gè)特征要求，提煉出一系列電源領(lǐng)域的科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)定為電源復(fù)雜工程問題特征點(diǎn)想定[3]。為了清晰地理解復(fù)雜工程問題特征點(diǎn)想定，這里給出工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)(2016版)中復(fù)雜工程問題的特征[1](見表1)。

依據(jù)復(fù)雜工程問題特征點(diǎn)設(shè)計(jì)若干電源管理復(fù)雜工程問題特征點(diǎn)想定，一個(gè)想定可以包涵一個(gè)或多個(gè)特征點(diǎn)。為方便計(jì)算課程對(duì)畢業(yè)要求的支撐強(qiáng)度，特征點(diǎn)想定按規(guī)則編定代碼，想定代碼由復(fù)雜工程問題項(xiàng)目名稱、特征序號(hào)、想定號(hào)和批次區(qū)別符四部分構(gòu)成。各部分組成如圖2所示。

表1 復(fù)雜工程問題的特征

圖2 想定代碼構(gòu)成圖

電源管理復(fù)雜工程問題部分想定編碼示例見表2：電源復(fù)雜工程問題想定編碼示例表。

表2 電源復(fù)雜工程問題想定編碼示例表

編碼想定名稱說明PCEC401AN通道MOSFET通流器件在線性區(qū)中的運(yùn)行特性分析采用不同的方法進(jìn)行壓差測(cè)量:反饋引腳電壓強(qiáng)制設(shè)定為外部直流信號(hào)發(fā)生器施加的值。如果我們將此值設(shè)置為略低于0.8V基準(zhǔn)電壓,就可以模擬低于標(biāo)稱電壓的輸出電壓所帶來的影響,這時(shí)內(nèi)部誤差放大器會(huì)強(qiáng)制讓通流器件在線性區(qū)工作,因此可測(cè)量與N通道MODFET相關(guān)的最小壓差

2.3 復(fù)雜工程問題特征點(diǎn)想定配置

理出電源管理復(fù)雜工程問題-關(guān)聯(lián)課程群-課程的三層級(jí)多對(duì)多映射關(guān)系；構(gòu)建復(fù)雜工程問題特征點(diǎn)與“關(guān)聯(lián)課程群”知識(shí)點(diǎn)矩陣，用作教師培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的重要依據(jù)和選題引導(dǎo)。大量的特征點(diǎn)想定給任課教師講解例題或布置作業(yè)時(shí)以教學(xué)案例抽象主題；以復(fù)雜工程問題為線索，以培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題的能力為目標(biāo)實(shí)施教學(xué)活動(dòng)。通過前后銜接的關(guān)聯(lián)課程完成復(fù)雜工程問題想定教學(xué)，按照從分立到聯(lián)合的機(jī)制，系統(tǒng)地培養(yǎng)學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問題的能力。知識(shí)點(diǎn)與特征點(diǎn)想定可根據(jù)課程目標(biāo)設(shè)基本配置加任課教師認(rèn)領(lǐng)的模式，課程目標(biāo)決定基本配置。附表一給出電源管理復(fù)雜工程問題配置表設(shè)計(jì)示例(此處省略具體配置細(xì)節(jié))。

3 結(jié)語

復(fù)雜工程問題課程群是以分析專業(yè)領(lǐng)域一個(gè)相對(duì)完整的復(fù)雜工程系統(tǒng)為核心，以解決復(fù)雜工程問題為主線，將與該復(fù)雜工程問題相關(guān)的課程串聯(lián)起來，形成的“關(guān)聯(lián)課程群”。復(fù)雜工程問題對(duì)知識(shí)、方法和能力的需求是泛在的，更適合映射在課程群而不是某一門具體的課程。復(fù)雜工程問題課程群中多門核心課程分布式體現(xiàn)復(fù)雜工程問題，實(shí)現(xiàn)以復(fù)雜工程問題為主線的前后鋪墊承轉(zhuǎn)、融會(huì)貫通的分布式教學(xué)模式。改變學(xué)一門考一門丟一門的離散學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，通過最廣泛的核心課程學(xué)習(xí)而不是查漏補(bǔ)缺的講座式教學(xué)活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問題能力，真正達(dá)成工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中畢業(yè)要求的各項(xiàng)指標(biāo)點(diǎn)。在評(píng)估課程與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系時(shí)，可查閱特征點(diǎn)想定與課程知識(shí)點(diǎn)的配置表，統(tǒng)計(jì)該課程對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐強(qiáng)度[4]。

附表一 電源管理復(fù)雜工程問題特征點(diǎn)想定與課程知識(shí)點(diǎn)的配置表示例