電工學課程教學互動創新實踐探索

唐得志，郎佳紅，馬小三

(安徽工業大學 電氣與信息工程學院，安徽 馬鞍山 243032)

電工學作為工科專業的專業基礎課，是一門理論與實踐結合非常緊密的課程。其教學內容涉及電工電子技術諸多方面的知識點，如何在較短的課時把眾多的理論和實踐知識高效地傳遞給學生是電工學教師面臨的難題。傳統的電工學課程授課方式偏重于知識的單向灌輸，學生被動地接受，其主動思考和學習的興趣不高；作為一門理論和工程實踐聯系緊密的課程，電工學實驗的教學設計偏重驗證性實驗，對設計性實驗和自主性實驗重視不夠，而后者是培養學生工程創新能力很重要的環節；教學考核環節作為教學效果的檢驗方式在學生課程學習中起著重要的導向作用，傳統的考核模式偏重于閉卷考試和單一答案的形式，所以有必要改進現有教學互動的閉環模式來解決這些問題。筆者從理論教學互動、實驗教學互動和教學考核互動三方面的教學實例闡述總結完善電工學教學互動模式，以期提高電工學課程的教學效果。

一、電工學理論互動教學創新實例

(一)電工部分理論教學互動創新實例

正弦電路中相量的概念和應用是電工學課程電工部分的教學難點。我們在教學互動中發現學生對此知識點的掌握有困難，教材中并沒有清晰地給出正弦量和相量轉化的推導過程，學生被動地接受知識，教學效果不佳。我們通過仔細研究教材，以簡化正弦量計算為問題主線，分步驟地提出問題，啟發學生主動積極思考，進而從旋轉有向線段和復數兩個維度給出了正弦量和相量相互轉化的映射關系，使學生對這個知識點有清晰直觀的理解，知其然，也知其所以然，從而取得了較好的教學效果。在利用相量法解決問題的教學互動中發現，多啟發學生思考一題多解，有助于學生對相量知識點全面有效的掌握。例如在復雜正弦交流電路的求解中，可以利用相量代數式求解，也可以利用相量圖求解。相量代數式求解思路簡單，但是計算量大；而相量圖方法靈活簡便，但是難于理解。所以根據學生作業和考試的反饋，在實際教學中將相量圖融合在相量代數式的求解過程中，實現兩種方法有機結合，拓寬學生的思路，簡化求解過程，實現對知識點的有效牢固掌握。

三相交流電動機也是電工部分教學中較難的知識點，由于其是電路和磁路相結合的電工設備，學生在學習上有難度。在長期的教學互動實踐中我們認識到按照教材章節講授效果欠佳，因此根據學生普遍反映缺乏對電動機的感性認識，制作了三相交流電動機的原理模型，利用加手柄的馬蹄形磁鐵模擬定子旋轉磁場，鋁條的籠子模擬轉子，搖動馬蹄形磁鐵，籠子也跟著轉起來了，學生探索未知事物的興趣被激發，對其為什么能轉起來非常感興趣，此時適時地通過電磁感應定律分析其轉動原理就水到渠成了。有了實物的印象和引導后，學生對此后的電動機的機械特性分析和電機運動狀態的學習興趣得以提高。

電工部分的教學互動中，學生不僅能通過預習對教師提出問題，很多學生在教學閉環互動中深入思考，對教材忽略的部分問題提出一些有價值的見解，從而使教學互動得以進一步升華。比如在完成講授磁路這個知識點后，針對為什么空心線圈的電感是常數，而有鐵心線圈的電感是變量的問題，學有余力的學生根據磁性材料的磁導率、磁路的歐姆定律、電感的物理公式給出自己的推導過程，為教師在此部分的教學中完善了教學案例，實現了教學相長。

(二)電子部分理論教學互動創新實例

“電子電路中的反饋”是電工學課程模擬電子部分講授的難點，一直是學生學習過程中的攔路虎，教學過程中通過吸收和梳理學生反饋的問題，將凈輸入量、反饋量和輸出量的關系進行梳理，并通過量化公式將正負反饋判定、串并聯反饋判定、電壓電流反饋判定按照從易到難的步驟進行細致的講解，使學生利用對知識點的深入理解擺脫對課本中生硬判定準則的死記硬背，取得了良好的教學效果。

“基本放大電路的動態圖解法”是模擬電子部分教學的另一難點，在課堂教學過程中學生普遍反映交流負載線以及輸入信號到輸出信號的分析過程不清晰。結合這些互動反饋的問題信息，考慮到教材中對交流負載線的說明太過簡略，我們通過三極管線性模型利用疊加原理實現交流負載線方程的詳細推導，加深了學生對放大電路信號動態傳輸過程的理解，為之后信號失真的講授奠定了良好的基礎。

“計數器”歷來是電工學課程數字電路部分的教學難點，尤其是組成計數器的JK觸發器的原理不易理解，學生普遍反映教材文字偏多、圖例較少。因此，在教學過程中，我們利用實驗視頻結合連貫式圖表形象地說明在時鐘脈沖經歷下降沿過程中兩個可控RS觸發器輸入輸出的變化，加深了學生的理解；同時補充出租車輪速編碼器如何實現實時計費的實例，進一步說明了計數器的工程應用，回答了理論知識如何用、怎么用、用在哪里的疑問，取得了很好的教學效果。

在電子部分的教學互動中，針對學生對工程應用實例的興趣需求，我們利用自身科研的專業知識來回應學生的興趣訴求。例如，在講授運放的信號運算功能時，為了提高學生對比例、積分和微分運算的工程實踐認識，在教學中將比例微分積分(PID)控制器作為工程應用實例進行說明，同時利用直流電機的速度和位置控制系統作為課堂演示裝置，通過調節比例系數、微分系數和積分系數，直觀地呈現運放信號運算的工程應用場景和控制效果，提升了學生對理論知識學以致用的興趣。

二、電工學實驗教學互動創新實例

目前電工學實驗多是驗證性實驗，設計性和創新性實驗較少。驗證性實驗在鞏固理論知識方面有不可替代的作用，但是其缺點也很明顯，學生在實驗過程中主動介入較少，被動灌輸過多。有很多學生在機械地按照實驗指導書做完實驗后，對實驗的原理、方法和目的掌握得不夠深入；有的學生僅僅學會了如何操作儀器、連線和讀數，實驗教學的效果不好。針對這些缺陷，我們在實驗教學中創新互動模式，對含有設計性的實驗項目只提實驗目標，引導學生根據實驗目標，查閱文獻資料，設計實驗方案，選擇實驗設備，完成實驗流程，得到實驗結果。尤其鼓勵學生在實驗結果不符合預期時，探究出現不同實驗結果的原因；充分發揮學生的主動性，在解決問題的過程中提高理論知識應用于實踐的綜合能力。

除了增加互動性較強的設計性實驗，鼓勵學有余力的學生發現生活中的電工電子應用的問題，利用所學的電工學理論知識，通過開展自主性實驗，搭建電路和編寫程序來解決問題。在這種互動方式引導下，有的學生通過網絡查詢發現基于不同口感的咖啡調制過程中對水質動態要求的應用問題，我們鼓勵并引導他們成立小組，討論利用電工學中所學的運放、繼電器和電機知識構建一種自動調節總溶解性固體物質(TDS)濃度值的混水裝置，從硬件購置到軟件的編寫，學生在動手實踐中加深了對理論知識的理解和掌握，最后做出了功能樣機，申請了發明專利，教師也在這種教學互動中豐富了自身的工程教學實踐經驗。

三、教學考核環節互動創新實例

目前的電工學考核停留在傳統的“期末考試+實驗理論考試+平時作業”的模式，期末考試成績的比重過大，缺乏對平時互動教學環節教學效果的有效考核，設計性和創新性實驗的考核比重較低。因此，為了讓考核成為學習電工學過程中的有效激勵手段，考核模式上采用“期末考試+多種形式實驗測試+平時作業+隨堂測試”，考核內容上，期末考試增加設計性題型、一題多解類型的試題，鼓勵學生拓寬思路；實驗環節，加大自主性實驗設計考核內容，鼓勵學生成立小組，定期進行師生技術方案交流，考核成績綜合考慮設計過程是否申請專利、成本因素、是否做出樣件電路等維度；平時作業增加思考題啟發學生發現現有技術和方法的局限性，通過各種渠道查閱文獻思考問題解決方式，培養學生的創新能力，同時設計能串聯整個電工和電子知識點的設計性思考題，培養學生綜合運用電工學知識的能力；隨堂測試偏重考核基本概念、基本方法定律的靈活運用，考核目的是即時了解學生的聽課效果和對基本知識的掌握效果，為線上和線下教學互動反饋明確教學重點。

四、結語

綜合以上闡述，將本文所述的互動教學模式總結如下：(1)理論教學：針對教材的知識難點，遵循工程問題提出——課堂講授——學生實時反饋——授課課件內容改進——網絡學習平臺發布的模式，學生的問題反饋可以通過各種線上線下平臺快速與教師互動溝通，教師的教學內容會在與學生的多次互動中不斷優化改進，最終通過線上線下平臺發布；(2)實驗教學：增加設計性實驗和自主性實驗內容，教師從傳統的指導角色轉變為互動啟發角色，不給出具體的實施步驟和方案，鼓勵學生在滿足安全和實驗目標的基礎上大膽創新和試錯，增加學生實驗過程中的主動性，有效提高實驗的工程實踐教學效果；(3)教學考核：在教學過程中分階段增加沒有單一標準答案的線上和線下設計題比重，鼓勵學生在與教師多次的互動溝通中改進提高設計方案和電路，讓最終的考核成績真正體現學生課程全閉環的學習效果和靈活運用電工學知識解決實際問題的能力。