基于工程教育專業認證的電類課程教學改革

摘" 要" 針對中原工學院電類課程教學環節出現的問題，面向工程教育專業認證，立足電類課程體系自身特點，在教學過程中嘗試實施成果導向教育理念、促進課程交叉、豐富實踐教學等措施，并以實際教學示例展示教學方案以及學習效果。實踐表明，這一系列電類課程教學改革的實施可以有效提升學生的自主學習能力，改善教學質量，為學校高質量專業技術人才的培養提供支持。

關鍵詞" 電類課程；工程教育專業認證；教學改革；Mul-tisim；OBE理念

中圖分類號：G642.0" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）08-0104-04

Teaching Reform of Electrical Courses Based on Engneer-ing Education Professional Certification： Taking Zhong-yuan University of Technology as Example//CHAI Xuzhao，"YAN Li， LIU Ping， LI Zhao， QU Boyang， WEN Pengwei， ZHANG Limin， MA Yanxia

Abstract" Based on the problems in the teaching process of electrical courses， this paper faces the engineering education"processional certification， combining the features of the Elec-trical Course system. We attempt to carry out the outcome based education idea， improve the course interdisciplinary， and enrich practice teaching. Next， the real example has been"shown to confirm that these methods are effective for the"students to improve. These methods can improve the autono-mous learning ability， and promote the teaching quality， and even support the cultivation of the high-quality professional and technical personnel in the Zhongyuan University of Tech-nology.

Key words" electrical courses; engineering education pro-fessional certification; teaching reform; Multisim; OBE con-cept

0" 引言

電類課程是中原工學院電類專業如電子信息工程、電氣工程及其自動化等專業的一門必修專業基礎課，也是中原工學院紡織類、計算機類、機械類等非電類工科專業的一門重要的必修課。面對中原工學院“一體兩翼”學科發展的中長期戰略目標，彰顯紡織與航空鮮明特色的發展重點，以工程教育專業認證為背景，學科交叉融合為契機，切實做好電類課程在教學工作中的主體地位，穩步走好工程教學改革的“最后一公里”。

電類課程主要包括電路原理、模擬電子技術、數字電子技術和電工學等。一般而言，電路原理、模擬電子技術、數字電子技術是電類專業的專業基礎課，電工學屬于非電類專業的基礎課。該類課程知識體系嚴密、邏輯性強，是物理理論和工程實踐相結合的課程，是電類專業學生所掌握的必備知識[1-2]。該類課程所涉及的知識體系滿足所涉及學生畢業要求、培養目標的基本要求。因此，電類課程的高質量教學十分重要，電類課程相關教學方法、教學理念、教學模式的探索和改革非常有必要。

成果導向教育（Outcome Based Education， OBE）摒棄以學科知識體系為主導的傳統教育觀念，秉持以學生為中心的教學理念，以學習成果為導向，強調持續改進策略，推動教學的設計和實施[3-4]。在電類課程教學活動中，立足“人才培養、社會服務”的辦學思想，結合學校專業建設和學科發展實際，探討電類課程教學改革。

1" 電類課程中的教學問題

經過對電類課程教學環節的總結和思考，電類教學團隊一致認為課程特點、教學方法、教學理念存在以下幾個問題。

1.1" 基礎理論復雜，工程實踐性強

電類課程是電類專業的核心課程，也是一部分非電類專業的重要課程。該課程涵蓋復雜的基礎理論，呈現多課程知識體系融合的特點。例如：模擬電子技術課程中，闡述金屬—氧化物—半導體場效應管放大電路知識點時，基于金屬—氧化物—半導體場效應管物理機制，所涉及電路屬于非線性電路范疇，建立在泰勒公式展開這一數學基礎之上，采用非線性電路線進行線性化處理，隨后采用通用電路分析方法進行分析。這一系列求解過程涉及物理理論、數學基礎和電路原理，甚至在求解信號的頻率響應時，還涉及信號與系統等課程方面的知識，因此，該課程明顯呈現出多知識體系融合的特點。此外，在非線性電路分析中，往往還涉及工程實踐應用，含有大量的近似計算。例如：在討論二極管基本電路的求解時，在不影響結果的同時，往往采用盡可能簡單的等效模型進行簡化處理。

1.2" 教學理念固化，教學模式守舊

現有的課堂教學多采用傳統教學模式，以教師為主體，以傳授知識為理念。當前，中原工學院電類課程仍采用以多媒體授課為主、板書為輔的教學模式，固化教師傳授知識的教學理念，教學目的是把課程中的知識點按部就班地傳授給學生，課堂教學環節形成知識的單向流動，學生被動地吸納知識，屬于典型的填鴨式教學范疇。即便課后作業采用做—改—評的方式讓學生鞏固學習的知識點，但依然擺脫不了主動傳授、被動學習的教學模式，嚴重弱化以學生為中心的學生主體地位，難以調動學生的主觀能動性。

1.3" 授課易獨立，融合性欠缺

中原工學院電類課程主要包括電路原理、電子技術和電工學，還涉及一些專業課程，如電力電子技術等。這些課程存在內在緊密聯系，電路原理主要涉及電路基本概念、電路分析方法等，電子技術主要涉及半導體元器件的原理及其電路分析、信號的處理和產生等，電工學是電路原理和電子技術二者的結合，知識點全且簡單，屬于非電類專業的課程。總體來說，電路原理是基礎，為電子技術課程中所涉及電路系統的分析提供方法，電子技術中的半導體元器件知識和電路為電力電子課程奠定基礎。在課程講授過程中，授課教師之間未能進行充分交流，沒有利用集中備課等手段彰顯該課程的內涵，拓展課程的外延，導致授課獨立，并未注重課程內在緊密聯系的客觀性。

1.4" 重理論，輕實踐

目前，中原工學院電類課程學時分配存在重理論、輕實踐的現象。例如：電路原理包括上、下兩部分，電路原理（上）60個學時，電路原理（下）30個學時；電子技術包括模擬電子技術（60個學時）、數字電子技術（45個學時）；電工學（上）45個學時，電工學（下）30個學時。大多數課時用來講述理論知識點和課程中所涉及的實驗，課程所涉及的實踐環節較少，只有電子技術課程設計和電子技術綜合實踐環節，嚴重偏離實踐性課程定位，學生難以掌握實踐手段和領會理論精髓。

2" 電類課程教學改革

基于上述問題，電類教學團隊緊扣工程教育專業認證，嘗試對電類課程體系進行教學改革。

2.1" 完善教學大綱

教學大綱修訂緊扣教育部工程教育專業認證標準，以學生為中心，聚焦學生學習成果，立足知識構建、實際問題分析、方案的開發與設計等方面培養學生專業化素質，提升學生的實踐能力。結合電類課程物理基礎理論復雜，多課程知識體系交叉的特點，把涉及物理基礎部分的相關知識作為重點進行講解，教學過程中采用動畫模擬的手段呈現物理過程。例如：講授PN結形成及其原理時，PN結形成過程復雜，僅依賴書本上文字闡述難以理清物理機制，在修訂大綱時明確要求采用模擬動畫形式展現形成過程，根據PN結形成過程的每個環節，直觀上呈現載流子的擴散和漂移運動，附加通俗易懂的語言闡述物理機制，加強學生對復雜理論的理解。

2.2" 融入OBE理念

建立OBE理念體系，實現教學模式轉變，形成以學生為中心、立足學生能力培養的多樣化培養模式，與多元化的評價體系相結合。

1）突出教學設計，更新課程知識體系，刪減不重要且陳舊的知識點，融入實際項目，把課程講授重點由知識傳授過渡到解決實際問題能力的培養上。

2）構建“線上+線下”混合式教學模式，緊扣工程教育專業認證，線上立足知識點講授、問題討論、習題訓練、定時考評等，線下立足重難點分析、案例分析、匯報演示等，課后立足項目實訓、競賽評比、分組討論等環節。

2.3" 促進課程交叉

基于電類課程多知識體系融合的特點，加強推進不同電類課程教師進行集中備課、逐個研討，立足課程核心知識點，內延探究原理，外延拓展應用，建立知識點從來源、構建到應用的縱向知識鏈；針對該核心知識點橫向延伸尋找相關類似知識點，建立異同構型，形成網格化的知識集群體系。

2.4" 加強實踐教學

針對中原工學院電類課程重理論、輕實踐的實際，加強課外實訓項目。例如：學期中成立實訓項目三人小組，課題要求理論計算、軟件仿真、硬件焊接和后期調試四個環節，八周后安排統一答辯匯報和遞交總結報告；學期末安排相關課程為期一周的課程設計，在電類基礎課程結束后，需要進行電子技術綜合環節，總體考查學生的知識掌握水平和動手能力。此外，組織學科競賽，推進電類課程知識掌握的進階。

3" 電類課程教學改革實例分析

鑒于電類課程的特點和面臨的問題，教學團隊認真分析總結在電類課程教學改革中引入上面所述的四項教學改革措施，嘗試性地應用在實際的教學中，以下是在實際教學中的案例。

在二極管電路及其分析方法教學過程中，在講授前，強調教學目的為重點掌握二極管的I-V特性曲線、二極管簡化模型、二極管的圖解分析方法，回顧知識點PN結單向導電性，以獲得諾貝爾物理學獎的高亮度藍光LED的發明作為問題導入，引入授課內容。

二極管基本電路如圖1所示，立足課程實踐性的特點，采用Multisim仿真分析的手段來得出結論。基于Multisim的二極管電路仿真分析如圖2所示。從仿真分析結果可以看出，當外加電壓等于100 V、1 kHz時，二極管可以等效為一個理想開關（當外加電壓大于0時，開關導通；外加電壓小于0時，開關斷開）；當外加電壓等于10 V、1 kHz時，二極管等效于一個理想的二極管串聯一個恒壓源；當外加電壓等于1 V、1 kHz時，二極管等效于一個理想的二極管串聯一個恒壓源和一個電阻。通過這個實例，可以得出結論：如果二極管外加電壓大于二極管導通壓降（一般是0.5～0.7 V）的幾十倍時，一般采用理想模型；如果二極管外加電壓大于二極管導通壓降的十倍左右時，一般采用恒下降模型；如果二極管外加電壓和二極管導通壓降近似時，一般采用折線模型。

在實驗仿真的角度，以如何選擇二極管模型為問題導向，將這一問題通過實驗仿真的方法引出并得出結論。該方法充分結合課程特點，以實驗為手段，讓學生主動探究問題，構建理論知識。理論知識講解和實驗手段的融合能夠提升學生的積極性，讓學生主動發現問題、解決問題，為培養具備高素質實踐能力的高素質人才奠定基礎。

4" 結束語

在電類課程教學實踐中，面向工程教育專業認證，結合中原工學院“建設一流本科教育”的人才培養理念，針對中原工學院電類課程教學環節表現出的問題，嘗試性地進行教學改革和探索。通過完善教學大綱、融入OBE理念、增強課程交叉、加強實踐教學等措施改善課程授課效果，提升課程教學質量，為培養高質量的工程技術人才奠定基礎。

參考文獻

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[2] 宋其江，張佳薇，李丹丹.基于OBE理念的“電工學”教學改革與研究[J].人才培育，2020（9）：94-96.

[3] 楊春玲，朱敏.基于OBE的“數字電子技術”課程改革初探[J].電氣電子教學學報，2018，40（1）：31-33.

[4] 王波，王美玲，劉偉，等.基于OBE理念的電子技術實踐教學改革[J].實驗室研究與探索，2019，38（10）：228-231.

*項目來源：河南省高等學校青年骨干教師培養計劃（2020GGJS141）；中原工學院青年骨干教師（2018XQG09）；2021年度中原工學院教學改革研究與實踐項目（2021ZGJGLX029、2021ZGJGLX014、2021ZGJGLX062、2021ZGJGLX095）；2021年“紡織之光”中國紡織工業聯合會高等教育教學改革研究項目（2021BKJGLX556、2021BKJGLX559、2021BKJGLX561）；河南省教育科學“十三五”規劃2020年度一般課題（2020YB0113）；中原工學院研究生教育質量提升工程項目（JG202112、JG202101）。

作者：柴旭朝，中原工學院，副教授，研究方向為電類課程體系教學改革與實踐；閆李，中原工學院，副教授，研究方向為工程教育專業認證下教學改革與實踐；劉萍，中原工學院，副教授，研究方向為電路原理課程體系教學改革與實踐；李召、張利民，中原工學院，講師，研究方向為自動控制原理課程體系教學改革與實踐；瞿博陽，中原工學院，教授，研究方向為工程教育專業認證下教學改革與實踐；溫鵬偉，中原工學院，講師，研究方向為課程體系教學改革與實踐；馬彥霞，中原工學院，講師，研究方向為電路原理課程體系教學改革與實踐（450007）。