工程類專業電工電子基礎教學探索

閆 龍 張順堂 黃力波

山東工商學院管理科學與工程學院，山東 煙臺 264005

電工與電子技術是山東工商學院面向非電類專業開設的一門技術基礎課程，校內開設本課程的專業包括工業工程、安全工程、物業管理、工程管理等。本課程在教學實施過程中存在以下幾個問題：教學內容涉及電工電子的各個領域（電路、數電、模電、電機拖動等），信息量大、知識面廣。而學生理工基礎薄弱，有些專業的學生連大學物理課程都沒有修過，僅有的物理知識局限在初中、高中水平，學起來事倍功半。各專業需求不同，工業工程專業本課程的理論學時為72，實驗學時為16；安全工程專業本課程理論學時為48，實驗學時為8；工程管理和物業管理等不同專業需求不同，對于本課程的課時選擇也有差別，教學實施過程復雜。受學時和教學慣性的影響，教師和學生之間的互動比較少。課堂主要以教師講授為主，學生被動接收，缺乏學習的主動性和積極性。長此以往，學生學習的積極性和注意力將逐漸下降，如多處知識點搞不清楚后往往會喪失學習的信心。本課程的實驗內容偏少、形式單一，缺乏學生創新的土壤，缺少差異化的實驗內容。學校的實驗室設備較少，試驗臺是固定好的實驗板，只能做固定的實驗，學生通過插拔連接線獲得參與感。學生缺少新鮮感和創新的余地，遏制了創新能力的培養。通過同行交流和走訪調查發現，以上幾個問題在其他高校中也非常普遍。

在建設“新工科”和“大眾創業、萬眾創新”的新形勢下，針對以上出現的問題，課程團隊從案例引導式教學法、線上+線下混合式教學模式、虛實結合的實驗環境、結合“雙創”的課外實踐四個方面進行了探索。

一、案例引導式教學法

部分學生理工基礎薄弱，理論知識欠缺，教學從實例出發容易引發學生的學習興趣、提高他們的積極性。案例是天然的理論與實際相聯系的結合點，能將相關的知識點串聯起來，使教學內容更加緊湊、合理。案例引導式教學法將學習內容模塊化，適合不同學時的班級選用。

案例引導式教學法分為三個步驟：案例導入、理論教學、案例分析。首先是案例導入：教師團隊對電工電子內容進行整理，分為電路、電機、模電、數電四大模塊，每個模塊設計若干案例。在講授課程內容之前，教師給學生發布該案例的描述和相關的知識點列表，明確課程資源和案例考查內容，學生根據知識點索引有針對性地學習課程內容、查閱資料、思考案例提出的問題，并進行探索性解決。其次是理論教學：課堂上對案例呈現的相關知識點展開講解。教師根據授課內容采用多媒體輔助。經驗表明，通過動畫講解抽象的電學理論知識，更容易讓學生接受和理解。最后是案例分析：該部分要求學生根據自己前期所學知識和課堂授課內容對案例中提出的問題進行回答。教師分析學生的答案，解答學生的疑問，總結理論知識在案例中的應用情況。比如在二極管整流模塊教學中，可以引入手機充電器的案例來講解。手機是學生最常見的電器設備，通常能夠引起他們足夠的興趣進行教學，引導學生引導學生比較分析半波整流電路和橋式整流電路的效率、變壓器的原理、電容濾波電路的作用、二極管的應用，鞏固電容、電阻、電源、正弦交流電路等電路知識。在電機拖動部分，可引入教室里的電風扇案例進行教學，引導學生學習三相異步交流電機的原理、定子線圈的纏繞、電機拖動的機械特性曲線和電器控制電路。

案例引導式教學法把知識點模塊化，使得知識點更容易被學生掌握，更貼近實際應用，使得電工與電子技術課不再充斥枯燥無味的理論知識，身邊看得見、摸得著的案例吸引了學生的注意力。

二、線上+線下混合教學模式

電工與電子技術課程內容多、課時少，僅依靠課上時間很難把所有的內容模塊講透徹。課程采用線上+線下的混合教學模式，前期結合中國大學慕課平臺上的課程建立SPOC 課程，后期依靠學校搭建的平臺，建立線上課程資源。教師可自行錄制專業視頻，每節視頻時長為15～20 分鐘，講解模塊化知識點。平臺不僅可以發布視頻、PPT、作業，還有在線上論壇發表話題和評論的功能。新冠肺炎疫情期間，線上教學模式發揮了巨大的作用。上課之前，教師提前給學生發布學習內容通知，學生在空閑時間提前學習相關的視頻資料，做到心中有數，帶著問題來到課堂。在課堂上教師有比較高的靈活度，可以著重講解重點和難點，也可以發起關于知識點的討論，學生具有學習主動性，就對課程保持了高度熱情。

線上+線下混合教學模式打破了學習空間和時間限制，有效利用了學生的碎片化時間，讓學生遠離游戲，提高了學習主動性、積極性。但是也存在一些問題，比如學生在自主學習時的效果不一樣，掌握程度相差較大，在課堂上很有可能跟不上教師講課的節奏，容易造成班級學習兩極分化。這反而讓教師的工作不是減少了，而是增加了。教師不但要正常線下備課，還要把握學生的線上學習情況，這樣才能在課堂上靈活應變，更好地掌控課堂。因為部分學生基礎較差，學習主動性不強，在學習過程中，可把學生分組，按照團隊組織的形式查找資料、相互討論，最后由團隊輪流派代表發表分析結果。團隊的形式能夠讓隊員取長補短、互幫互助。實踐證明，運用該方法后學生積極性顯著提高，思維能力和思考能力都被激發出來，口頭表達能力、獨立思考能力、團隊協作能力也都得到大大提升，小組之間形成相互競爭、相互幫助的學習風氣。基礎課程通常都需要一定數量的作業來鞏固。我們要求每個團隊選出代表講解習題，教師在旁監督，要求講解思路清晰、板書詳細、結果正確。同時，其他團隊成員在下面要隨時應對來自同學們和教師的質疑，最后將板書結果拍攝下來，整理成電子參考資料供大家參考。這樣的教學過程嚴肅、活潑、緊張、有趣，受到學生的歡迎。

在授課過程中，教學團隊利用雨課堂的相關軟件在課堂測試學生對知識點的掌握情況；利用隨機點名的功能讓學生回答問題，保持適度的緊張感；利用彈幕功能讓學生發表感想，以達到“共情”的效果。教師在后臺不僅能清晰地看到學生的到課情況，還可以統計學生答題的數據。手機不再是上課的障礙，而是成為得心應手的學習工具。實踐證明：采用該方法后，學生的參與度大大提高。

課程考核內容包括到課率、聽課及參與情況、作業及實踐情況、個人考試成績。其中到課率及聽課情況占10%，團隊表現占30%，考試成績占60%。從開課到結課，學生每節課的表現都能在考核結果中體現出來，基本上實現了全過程考核。從中還可以看到，團隊考核占據相當重要的比例。在全過程團隊考核的方式下，學生很少有偷懶、抄襲的情況，基本上都能為團隊貢獻自己的力量。

三、虛實結合的實驗環境

電工與電子技術課程內容較多、跨度較大，實驗分布在不同的實驗室，如電路、模電、數電、電機拖動實驗室等。課程大部分的經典實驗都可以在實驗室完成，如基爾霍夫定律驗證、戴維南定理和有源二端網絡研究、單管放大電路、觸發器邏輯功能測試等。這類經典實驗有成熟的設備和教材，有實驗教師專門指導，學生通過這些實驗能快速掌握電工電子的基本操作和基本理論。但是該類實驗設備比較單一，實驗類型基本上是固定的，大部分的實驗學生通過接插電路即可完成，除非改動設備，否則學生很難對實驗進行創新。

為彌補以上不足，課題組利用EWB、Multisim、Proteus等一系列軟件建立了虛擬仿真實驗室，根據課程內容編制仿真教材、積累案例。仿真實驗一般是基于傳統實驗的拓展和創新，趣味性和挑戰性更強。學生可利用仿真軟件和教程完成所選實驗線路的搭建、儀器儀表的選擇，得出仿真結果。這樣，學生既熟悉了仿真軟件，提高了學習興趣，又可以節省實驗時間，緩解了學校實驗室壓力，提高了學生的自學能力、計算機應用能力、獨立思考能力、實踐動手能力，效果相當好。虛擬仿真實驗與傳統實驗室相輔相成，取得了較好的效果，詳見表1、圖1、圖2。

四、結合“雙創”的課外實踐

教育部鼓勵高校結合本校實際情況，建立有效的激勵機制，鼓勵廣大教師積極指導大學生科技競賽活動，激發大學生興趣和潛能，培養大學生的團隊協作意識和創新精神。團中央和教育部組織了“互聯網+”“挑戰杯”等面向大學生的大型賽事。山東工商學院建立了創新實驗室，成立了大學生創新創業中心和各類科技協會，為學生參賽提供一系列軟硬件設施和便利條件，推進專業+創新、專業+創業兩大類專創融合的進程，詳見圖3。

在課程學習過程中，越來越多的學生喜歡上了電工與電子技術課程，涌現出許多創意并急于驗證。有的學生有一些想法卻不知從何下手，在課余，教師可指導學生購買元器件，通過組裝、焊接、創新實現自己的想法。教師應鼓勵學生錄制趣味視頻及教程，引導他們通過互聯網和多媒體學習。通過學生喜聞樂見的新媒體傳播方式普及的電工電子小知識，雖然不及電類專業有深度，卻能受到更多非電類專業學生的歡迎。科技協會組織學生參加比賽，通過每年納新，形成以老帶新的模式，逐漸具備“造血”功能。電工與電子技術任課教師在公開課和學生測評中都獲得了廣泛稱贊。

五、結語

本文通過多輪教學改革的探索，分別在案例式引導教學方法、線上+線下混合教學模式、虛實結合的實驗環境以及結合“雙創”的課外實踐四個方面總結了電工與電子技術課程教學與改革的經驗，全方位地闡述了電工與電子技術教學中遇到的問題和解決方案。實踐證明，該方法可操作性強，具有切實良好的應用效果，對非電類專業的電工與電子技術教學具有借鑒意義。教學團隊指導學生完成了全國大學生創新項目30余項，帶領學生參加了各類大學生科技創新競賽，均獲得了不錯的成績，證明該教學方法確實是行之有效。