新工科背景下電工電子學課程改革的思考與探索

瞿曉　孫月蘭　鄭玉珍　孫麗慧　董桂麗

摘? 要：新工科課程改革對于我國本科高校工科專業提出了更高的要求。文章結合應用型本科教育的特點，以電工電子學課程的教學改革作為主要研究對象。分析了當前存在的問題，探討課程改革的策略，以各專業學生的畢業要求為導向確定課程目標，使教學模式不斷完善、全面，做好基礎工作，以使學生更好地學習之后的專業課程。

關鍵詞：新工科;MOOC;教學改革

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）16-0139-05

Abstract： For engineering majors in undergraduate universities in China， the implementation of the new engineering curriculum reform has improved its requirements. Combining with the characteristics of applied undergraduate education， the research object is the teaching reform of Electrical and Electronics. The original analyzes the problems that arise and discusses the contents of curriculum reform， the course objectives are determined according to the graduation requirements of students of various majors， so that the teaching mode is constantly improved and comprehensive， and the basic work is done well， so that students can learn the professional courses better.

Keywords： new engineering course; MOOC; teaching reform

為了應對新一輪的產業升級和工業革命，提升我國工科教育水平迫在眉睫。《關于開展新工科研究與實踐的通知》和《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》，是國家教育部為了使國內高等院校工科課程的改革得到促進于2017年2月發布的。新工科建設就是指在國家戰略的角度上以滿足未來發展需求為目標，在“卓越工程師培養計劃”的基礎上提出的一項改革計劃，面向國內高校工科教育進行深化變革。該計劃具有影響范圍大、學科交叉多、持續時間長的特點，為國內高校的工科教育帶來了深遠影響。

電工電子學是理工科專業的一門重要的必修基礎課，該課程主要由電路的基礎知識、常用電氣設備、模擬和數字電子技術等內容組成。課程具有授課對象多（面向多個非電類專業）、知識覆蓋面廣、基本原理比較抽象、涉及的內容概念多、應用性強等多項特點，而很多專業的授課課時卻往往比較有限。要求同學們在有限的課時內對這門課程進行理解、掌握和應用是比較困難的，隨著各工科專業工程認證要求的不斷提高，延用傳統的教學模式和教學方法，課程很難完成對專業認證各項指標和畢業要求達成度的支撐。因此，有必要對這門課程的教學模式進行改革和優化。

一、課程目前存在的主要問題

有許多共性問題存在于傳統的電工電子學課程教學中，具體表現為以下四點：

1. 教學對象涉及多個工科專業，各專業對電類基礎知識的需求側重點大不相同。大部分普通工科非電類專業如車輛工程，機械制造及自動化要求學生具備基本而全面的電工電子知識和能力，為后續專業課程打好堅實的基礎，而工業工程、工業設計等少量專業僅要求學生對相關電類知識有初步的了解。現有的教學體系和授課內容傳統而復雜、涉及知識全面但理論較為抽象，千篇一律，不能有效體現各專業特點，對畢業要求的支撐不夠明確。而且傳統講授式為主的教學方法往往還會使同學們在較為枯燥的理論為主的學習中喪失對課程的學習興趣，影響教學的效果。

2. 核心為教師、課本、課堂的教學模式是傳統模式，教師的教學目的主要是向學生傳授知識，而學生則是要接受知識的灌輸。這種模式在當今獲取、搜索知識非常便捷的情況下，學生自主地進行學習受到了阻礙，而在教學過程中學生需要培養的問題分析、解決以及創新的能力也受到了限制。

3. 受實驗臺（套）數和實驗指導師資的限制，我校的電工電子學課程理論和實驗存在時間無法同步，內容脫節的現象。而且傳統的電工電子教學內容本身側重于理論的分析和推導，實驗也是側重原理的驗證，給學生們思考的空間很小，實驗訓練往往采用的是專門的教學儀器設備，與實際應用結合程度偏低。各個實驗項目及內容之間往往相互獨立，學生的實驗技能無法得到系統的訓練，更無法開展專業背景相關的綜合設計性實驗，更談不上解決實際工程的應用問題。

4. 考核是對學生課程學習成果的檢驗，其最終目的就是深化和加強學生對知識點的理解和掌握，實現學習和實踐能力的提升。盡管通過長時間教學實踐經驗才形成傳統的考試模式，具有合理性和必然性，但這種模式，極易使學生形成不良習慣，如死記硬背，考前復習，平時不用功等。還會制約學生的開放性思維，限制學生培養分析解決問題的能力。電工電子學課程要求學生具有良好的抽象思維能力和分析理解能力。對于不同專業的培養目標，所要求的課程學習側重點也有所不同。

二、課程教學改革的思路

在工科非電類專業的課程中，電工電子學為基礎課程，且十分重要，該課程有很強的實踐性，學生多，且涉及多方面的內容，建立一套適應當前教育需求的科學合理的信息化課程教學體系尤為重要。我們必須通過加強建設和不斷完善信息化資源、構建信息化教學體系、更新課程教學理念來克服傳統教學模式存在的問題。這不僅能對各類優質教學資源的開放和共享進行推動，還能彌補課堂內師生討論交流時間的不足，有利于加強師生之間以及學生相互之間的溝通和交流。為培養應用型、創新型人才提供更好的學習模式和訓練平臺。本課程的改革目標思路是利用先進的信息技術進行課程MOOC的建設，重新組織調整教學內容，改進教學模式、調整教學方法、調整考核模式、加強對學生學習主動性的培養，以工程教育認證的學生畢業要求為指導，確定課程目標，基于工程應用背景，進行具有設計性、綜合性實驗項目的開發，對利用技術手段來解決工程問題的能力進行著重培養，同時還要加入思政教育、人文素質的培養，進行具有一定人文素養、創新精神、復合知識和工程實踐能力的復合型人才的培養。

三、課程教學改革的具體實施方案

針對課程目前存在的問題，我們對電工電子學課程的教學改革主要在以下幾個方面進行了探索：

（一）調整教學內容，構建電工電子學課程新體系

對教學理念的革新，對新教學體系的建立，是對學生自主學習能力進行培養的首要任務。以培養應用型本科人才的要求為依據，重組整合與電工電子學有關的專業知識，將教學內容分為三個部分，即基礎理論、常用電子器件和介紹常用電氣設備與新技術。基礎理論全部專業都需學習，教學模式使用的是傳統的講授型。常用的電子器件適當減少內部原理的講解，注重其功能性和實用性，例如簡單介紹二（三）極管，著重對它們的功能、特點以及具體應用進行講解。常用電氣設備部分針對不同的專業將相關的電氣設備采用實物展示（視頻）、仿真實驗模擬、多媒體、動畫等形式展開。實物展示增加設備器件的介紹，理論內容方面通過動畫與仿真實驗進行演示與補充，講解基本原理、數學公式的推導分析等內容可通過多媒體進行展示。例如， 在熱繼電器教學中，利用視頻展示實物外形、內部結構，利用動畫方式演示繼電器的內部構造和工作過程，用多媒體介紹熱繼電器的原理圖和符號，加強學生的認識和理解。最新的專業技術和工藝的介紹由于現有教材的局限和不足，我們一方面針對不同的專業采用補充講義的形式擴展學生知識面，另一方面通過網絡資源共享要求學生自學了解相關內容。同時把教學內容分解成若干個模塊，根據各個專業的畢業要求，課程目標的不同，靈活選擇教學內容。

（二）將信息技術進行合理的利用，創新教學方法

我們根據不同專業人才培養的改革需求確定課程的教學目標， 以加強學生各方面能力培養為核心，整合資源， 結合線上線下教學，實現課程信息化教學體系“多維、開放、立體”的建立，來解決學生原先自主學習能力不足，無明確學習目標等問題。將浙江省高等學校作為試點學校，我們將線上MOOC課程創建到在線開放課程共享平臺上，全部實驗及全部知識點都建設相應的微課課程，把較難理解的內容如電動機內部電磁耦合的工作原理等用動畫模擬、仿真實驗等形式生動形象地展示出來。線上課程內容有84個視頻，總時長723.97分鐘。包含知識點講解的微課視頻48個，實驗演示視頻8個，補充工程應用資料28個，內容涵蓋所有的主要知識點，所有的課程實驗和大量的工程應用輔助學習資料。題庫737道題，12次作業，1次期末考試，各進行1次期末、期中測驗。還將整套教學資料進行了完善，包括教學日志、教材電子版等，隨時供學生們在線利用電腦或者手機自主學習。以教學要求為依據，任課教師按照專業的不同進行有關內容的選擇，要求學生做好課前、課后預復習，同時配合課后習題、在線答疑、難題課堂討論等線上線下結合的形式開展教學。針對實驗環節存在的與理論課脫節的問題，要求學生實驗前通過網絡課程平臺做好相關知識點的學習和鞏固，同時學生必須完成實驗前相關知識點的測試，通過的才能進入實驗操作環節，同時發布思考題，讓學生帶著問題來做實驗，并在實驗報告中回答相關問題。

（三）加強實驗、實踐技能的培養和訓練

培養應用型本科人才是我校的教學目標，那么要注重在所有課程中對學生專業技能的培養。電工電子學課程設置了獨立的實驗實踐學分，28個學時。實驗實訓中心根據各專業的工程認證及對實驗課程的要求，按照電工電子學課程的內容劃分，從基本概念點切入、以交（直）流電路的分析方法為基礎、總體思路圍繞典型電路、常用電氣設備展開，將實驗內容設定為元器件特性及參數測試、戴維寧定理、串聯諧振電路、三相交流電路等八個模塊。各模塊都需進行具體教學單元和實驗的設置。與新工科教育改革意見相比，獨立設課為所體現的優勢，將綜合性實驗項目的特點充分利用，對實驗的工程應用背景進行了重申，對學生的系統工程實踐能力進行培養，使他們的工程服務意識得到強化，基于基本操作規范的訓練，側重培養電工電子技術服務各專業領域的能力，按照驗證性、綜合性、設計性要求，再次創設和規劃實驗項目。增加設計性與綜合性實驗項目至五成，如TTL性能測試等內容，強調課程所涉及的知識點和相關內容間的連貫性、整體性和系統性，將電工電子實驗教學中的實物演示與虛擬仿真、實踐與理論、電氣控制與電子線路有機地結合起來，目標明確有層次地從單一技術知識點的掌握到基本實驗技能的熟練再到提升應用工程技能的轉化。我們還將主要實驗內容，原理知識點的講解，設備介紹，基本操作要求等內容錄制成微課視頻，要求同學們做好實驗前的預習，同時還要求必須完成線上相關測試，達到要求后方可進入實驗操作環節。實驗操作是對學生動手能力、思維方法及實驗結果的分析等效果進行的核查，具體包括實驗表現、結果和報告評價。

（四）加強過程監督，完善考核模式

應用型本科教育需要建立起一系列能夠突出專業教育特點的考核體系。對問題理解分析以及具有較好的抽象思維能力，這是對電工電子學課程學生提出的要求。各個專業，學生的培養目標和畢業要求也不同，考核的側重點也應該有所區分。新工科課程改革對國內高校工科畢業生的應用實踐能力提出了更高的要求，因此，建立一種與課程教學內容、能力培養目標相契合的現代專業教育評估方法勢在必行。學生對所學知識的運用以及對問題的分析解決能力是考核的核心目的，模塊式考試的實施，使考試和評估方法向著更加多樣化的方向變革。理論模塊的考核主要以線上客觀題測試和期末閉卷考試為主，線上技術模塊是基于過程性的考試考核。我們開展電工電子技術課程的在線測試，建立起題庫，學生可以在規定期限內不分時間不分地點地參與在線答題。學生的最終總評成績具體分為線下學習成績、線上學習成績和期末考試三部分，具體比例為20：30：50。線上線下實現全過程考核，均分階段進行，課后作業以及課堂考勤、活動三個方面為線下需考核的，三者比例為40：20：40;觀看視頻，在線作業完成，測試，考試，發帖等為線上學習內容，具體比例為40：20：20：10：10，考核學生參與學習的過程還要加到線上綜合分數中。期末考試采取傳統筆試形式，考核學生綜合運用知識點進行電路的分析和問題的解決等內容。對過程性考核進行強化，監測整個過程中的學習效果，給出過程成績，課程考核最終的成績要綜合期末筆試與過程考核。注意平時成績具有十分重要的意義，平時成績能夠體現出學生在過程性學習中的自我管理、課外自學及思辨能力，真正實現理論考核和能力考核相結合。

四、課程教學改革的實施成效

電工電子學課程經過長期的教學研究與探索，加之近年來的實踐和改革工作，所獲得的教學效果良好，也形成了較為鮮明的特色。在教材建設，教改教研方面取得了較好的成果，教師的業務能力也得到了很大的提高。自編配套教材《電工電子技術》第一版與第二版分別入選二十一世紀高等學校規劃教材和十三五普通高等教育本科規劃教材（見圖1），浙江省首批新形態教材對第三版進行了立項支持，課程還建設有配套實驗課教材《電工電子技術實驗教程》（2018.5機械工業出版社）。2018年在浙江省高等學校在線開發課程共享平臺上自主建設了線上課程，并獲得浙江省第三批省級精品在線開發課程稱號。

第三版教材采用互聯網信息技術開展線上與線下結合的新形態教材模式，也就是說，通過移動互聯網技術，將二維碼加入書面教材的知識點處，通過試卷、視頻等方式鏈接，融合課堂、教材和教學資源，學生在掃描二維碼后，直接鏈接線上學習資源，進入線上學習平臺，使用更加方便快捷。（見圖2）

我們線上線下結合的教學模式面向浙江省內多個高校，不同年級、 不同專業、不同班級近2000名學生進行了教學嘗試與應用，從線上線下學生的評價和同行評教反饋中可以看出，與原有的課程教學模式相比，學生的自學能力和學習興趣明顯加強， 有效減少了期末的不及格總評成績，顯著改善了課程達成度并逐年上升。我們以2019-2020-1學期，機械制造及其自動化專業18級學生的學習過程考核為例，課程根據該專業的畢業要求，制訂了2個課程目標：目標1掌握電工電子技術的基礎理論知識;掌握常用典型電動機和低壓控制電器的基本工作原理，掌握模擬電子線路，數字電子線路的組成及其特點，理解課外的自學內容，對機電一體化領域內復雜工程問題進行識別、分析、表達，以獲得有效結論。目標2采用以學生“參與式”的模擬演練、親手操作的現場教學、實物教學和模擬演示的教學形式，使學生更為直觀地了解各種常用控制電器設備的工作原理，在理解知識的基礎上掌握良好的學習方法，將工程管理、經濟決策方法等應用于機械自動化控制問題的解決，并有一定的探索知識能力。畢業要求指標點1.2和11.2為這兩個課程目標各自對照。基于課程目標達成度計算方法，通過對平時課堂表現、作業、課堂討論、線上學習成績，期末考試等方式分別對各考核點計分，加權平均后得到課程目標達成度結果。指標點1.2達到了課程目標值的0.86;指標點11.2達到了課程目標值的0.70（一般0.60為合格線），說明達到了預期學習效果。該課程總體上達到了畢業要求預期效果。我們還比較了前三年的課程目標達成度，如圖3所示，在使用線上線下結合的教學模式后，課程目標達成度提升明顯。與此同時，學生在創新思維與實踐動手方面的能力得到了明顯地提高，作為基礎能力，使學生更好地進行學科競賽、工程技術實踐等。

我們的線上課程自上線以來，累計訪問人數達 85000 多人次，涉及17所高校，還有部分社會學生，受眾面較廣。應用線上線下課程教學模式后，原先的課時少但需學習的知識多的問題得到了解決，傳統的教學模式得到了改良，增加了更多樣的形式，即線上線下相結合，課堂上師生可以針對實際問題開展充分的討論， 學生的學習態度不但得到了轉變，而且更加積極主動地參與學習，也奠定了學生對知識應用的基礎，啟發了學生深度思考的能力，獲得學生的普遍好評。隨著第三版教材的發行，將有更多使用本系列教材的省內外高校學生加入我們的線上課程。

五、結束語

隨著我國科學技術的不斷創新和發展，新工科課改的要求是適應新形勢下的發展趨勢， 培訓符合社會需求的專業人才。電工電子學課程探索和研究了信息化教學手段，在課程教學內容、實驗內容的改革創新和考核模式的完善等方面，取得了一定的成果。同時我們也在不斷研究探索的過程中，清楚地認識到，課程的教學改革這一探索學習過程是長期、連續的，科學技術的發展飛速前進，為使教學效果能夠有效提高，對各專業的認證工作能夠提供更好的支持，在實踐工作中，還要不斷地完善和改進教學內容、模式以及實驗項目。只有不斷改革教學方法和內容，教學內容不斷新增、教學手段不斷改進、提供先進的設備、良好的實驗環境，為國家多多培養創新型、應用型、實用型人才的工作才能更好地完成，為國家發展做出貢獻。

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