新工科背景下非電類專業教學改革與實踐
——以電工與電子技術課程為例

曹 路，王玉青，楊 敏，麥超云，甘俊英

（五邑大學 智能制造學部，廣東 江門 529020）

0 引言

2017年2月20日，教育部發布《高等教育司關于開展“新工科”研究與實踐的通知》，各地高校相繼開展各種研究和實踐活動，以推進“新工科”的進一步發展［1］。“新工科”針對的是新興產業和傳統工科專業的升級改造，與傳統工科相比，其更加強調學科的實用性、交叉性與綜合性，特別是信息、通信、電子等新技術與傳統工業技術的緊密結合［2］。正因為如此，非電類本科專業，如機械、交通、化工、紡織、土木等專業更需要加強電工與電子技術課程的學習，加強實踐教學，培養應用型人才。

電工與電子技術課程是高等工科院校非電類專業的一門必修基礎課程，五邑大學的工科專業和非電類專業的學生都要學習這門課程，為后續課程學習及從事工業技術領域的工作打下一定基礎。隨著新技術、新器件的層出不窮，該課程教學內容在不斷變化，隨著各專業培養計劃的調整，課程總學時數也在相應減少。這種情況下，對于學生而言，如何消化理論知識，掌握實踐技能，學以致用是有難度的；對于教師而言，如何優化課堂教學，提高教學效率，強化對學生工程實踐能力的培養，也是非常大的挑戰［3-4］。

國內眾多學者針對該課程改革與實踐進行了一系列探索。袁小慶等［5］通過優化教學內容、構建新的教學模式、實施新的考核方式、建設學習資源、塑造教學團隊等方式，提出構建“電工學”國家一流課程建設具體思路。祝頤蓉［6］對目前新工科教學教學中的問題進行總結，并從教學大綱、教學內容、教學模式和教學評價等4個方面提出電工學課程實踐的具體途徑。隨著信息化建設步伐的加快，越來越多的教師考慮將現代化技術引入課堂教學。董梅［7］提出將微課技術應用于“電工基礎”教學改革，取得了不錯的教學效果。朱莉等［8］結合疫情期間線上教學的實際情況，提出基于“雨課堂”和“企業微信直播”的線上教學模式。楊秋菊等［9］提出翻轉課堂教學模式在“電工與電子技術”課程中的應用策略。呂英英等［10］對“電工學”在線翻轉課堂教學有效性因素進行分析，指出影響翻轉課堂有效性的五大因素。針對課程的實驗環節，為了提高學生的動手能力，培養應用型人才，各高校采取了各種各樣的方法。南京航空航天大學許津銘［11］提出采用Saber仿真軟件開展“電工與電子技術”虛擬仿真教學；西安交通大學原曉楠等［12］提出“電工學實驗”的線上教學平臺教師講解為主，實驗微課為輔的混合教學模式；吉林大學厲茜等［13］提出“線上+線下”、“虛擬+實境”、“獨立+主題”、“多方式協同”相融合的電工學實驗教學新模式。

本文在分析五邑大學電工與電子技術課程教學中所存在問題的基礎上，提出了課程改革具體思路。以學生為中心，優化教學方法和教學手段；利用虛擬仿真技術，開設綜合性實驗；優化教學內容，將課程思政浸潤到教學內容；優化評價體系，構建多元化考核方法。

1 教學中存在的問題

總體而言，五邑大學電工與電子技術課程教學面臨如下問題：

（1）內容多而學時少的矛盾比較突出。根據五邑大學應用型本科實際情況，電工與電子技術課程的學時數有較大幅度的壓縮，部分專業甚至用32學時完成電工和電子兩大部分的學習內容，內容多而學時少的矛盾比較突出。目前，大部分專業的電工與電子技術課程為36學時的理論課程，12學時的實驗課時，理論知識涉及的內容覆蓋電路理論、電氣自動控制、模擬電子技術和數字電子技術等。如何用有限的學時完成相應的內容，這給授課教師帶來了極大挑戰。

（2）實驗環節薄弱，綜合性、設計性、研究性內容不足。傳統教學模式下，課程的教學重點在于繁雜的理論知識，但課程實驗環節較薄弱，學生很少有機會進行電工學相關的工程實踐。學生雖然掌握了電工與電子技術相關理論知識，但不會解決生產實踐中的實際問題。因此，如何讓學生成為教學活動的中心，提高學生解決實際問題的能力，是課程學習過程中亟待解決的問題。

（3）課程中所蘊含的思政元素未引起足夠關注。一方面，課程授課學生人數多、受眾面廣，是非常重要的思想教育陣地；另一方面，課程中的一些定律和原理是前人的智慧結晶，客觀地揭示了電學中的一些基本原理和規律，蘊含著人生的哲理，對學生具有一定的導向作用。課程作為傳播知識的載體，并不只是以單純的知識傳授為目的，也承擔著塑造學生世界觀、價值觀和人生觀的重要功能，但在傳統的教學中，這并未引起足夠的關注。

2 教學改革策略

2.1 以學生為中心，優化教學方法和教學手段

（1）課程秉承“教師主導，以學為主”的教學理念，在教學方法上將“啟發引導、交互反饋”的理念貫穿始終。將“問題引導——問題分析——問題解決——歸納總結”貫穿到每一個章節；以問題為導向，引導學生對課程重難點問題進行深入討論；利用啟發式、互動式、案例式、討論式和類比歸納等教學方法答疑解惑，突破重難點，體現教師的主導作用與學生的主體作用。

（2）隨著智能終端的普及，大學生的學習方式發生了重要改變，移動學習和碎片化學習越來越流行。課程組積極開展立體化的自學資源、微課等課程資源的研究與制作，充分利用現代教育技術，為課程的教與學構建高效、暢通、靈活和自主性學習的多維網絡環境，使得學生可以碎片化學習該課程。課程組開發了課程微課，為課程的重難點錄制了相關視頻，以滿足學生課前預習、課后復習的需求。圖1為部分微課視頻展示。

Fig.1 Part of the micro-lecture video display圖1 部分微課視頻展示

（3）課程借助云班課、超星網絡平臺和B站習題講解，提供較為全面的學習支持服務。借助云班課完成考勤、課件和微課發布、課堂測試和提問、課后作業提交、課堂和課后答疑以及部分成績的統計和評定（見圖2）。通過B站進行線上習題講解。通過超星網絡平臺構建試題庫。

Fig.2 Using cloud classes to manage classrooms圖2 利用云班課管理課堂

2.2 利用虛擬仿真技術，開設綜合性實驗

課程中有部分知識點并不直觀，比如放大電路、暫態電路，課程教學中可以利用現代仿真技術加深學生們對知識點的理解。通過仿真，學生可以直觀看到信號的變化，增強理解，有助于學生學習興趣和效果的提高。基本放大電路仿真電路及其波形如圖3所示。

Fig.3 Simulation circuit diagram and its waveform diagram圖3 仿真電路圖及其波形圖

電工與電子技術課程具有較強的實踐性。由于課程面臨著課時減少、實踐環節不足等問題，Multisim等EDA工具成為提高學生動手能力和綜合實踐能力的重要手段。為了改變傳統電工與電子技術“重理論、輕實踐”的教學模式，培養學生較強的工程實踐能力和創新能力，課程組利用現代仿真技術構建了電工與電子技術課程實踐教學體系，如圖4所示。實踐教學體系主要分為4個模塊，Multisim電路仿真演示模塊、Multisim在線課程模塊、工程案例模版和綜合性實驗模塊。其中，Multisim電路仿真演示模塊將仿真軟件引入課堂教學，利用仿真軟件進行電路特性現場演示以及虛擬仿真實驗。此外，將典型的工程案例引入課堂，如通過血壓計的案例討論電橋平衡問題；通過交通燈、數字時鐘討論數字電路設計方法。通過虛擬仿真和工程案例，增強學生的實踐意識和創新意識。對于綜合性實驗模塊，學生需要獨立完成虛實結合的綜合性電路設計課題，學生在Multisim軟件上完成電路設計、仿真，然后進入實驗室完成實際電路的搭建、調試和測試。

Fig.4 Engineering practice system of electrical and electronic technology course teaching圖4 電工與電子技術課程教學的工程實踐體系

2.3 優化教學內容，將課程思政浸潤到教學內容

課程作為傳播知識的載體，并不只是以單純的知識傳授為目的，也承擔著塑造學生世界觀、價值觀和人生觀的重要功能。為了將思政教育與專業教學內容進行充分融合，從教學制度、教學方法、教學資源3方面進行融合機制設計，設計思路如圖5所示。其中，教學制度包含預習、作業、紀律和實驗規范，用以端正思政教育態度；教學方法包含問題式、啟發式、案例式教學在課堂教學過程中所選取的思政元素；教學資源，即教材、視頻、報道、音頻和課件等的編撰，要使其內容與思政教育有機融合。

Fig.5 The integration design of professional teaching and ideological and political education圖5 專業教學與思政教育的融合設計

在專業教學中引入思政元素，并不是在課堂內另外增加思想教育模塊，專業教學與思政教育的融合需要充分挖掘課程中所蘊含的思政元素。課題組主要從以下方面對思政元素進行挖掘。

（1）發掘課程中原理或定律的教育意義。課程中所涉及的原理或定律，不僅客觀地揭示了電學中的一些基本規律，同時也蘊含著人生的哲理，如基爾霍夫定律、疊加定理等。在專業授課過程，挖掘課程中原理和定律的教育意義，將做人做事的道理融入課程教學中是可行的。

（2）挖掘課程中的人物教育作用。該課程是很多偉人的研究成果、探索過程及其人格的集中反映，其中很多人物都從不同側面展示了優秀品質，如富蘭克林、歐拉、歐姆、基爾霍夫等。教師可以用前人的事跡引導學生，啟發學生。

（3）挖掘背景知識中的教育意義。在進行電工與電子背景知識介紹時，可以非常順利地過渡到該領域的研究現狀及其與國際水平的差異上，通過圖片、視頻等多維素材，激發學生們的學習興趣，用較少的授課學時達到較好的思政教學效果。

（4）挖掘實驗環節中的教育意義。在課程實驗過程中，教師可以通過言傳身教，培養學生良好的實驗習慣，提升職業素養；亦可以通過實驗環節，著力于培養工科生“精于求精，追求卓越”的工匠精神。

圖6為利用云班課頭腦風暴進行課程思政的具體做法。

Fig.6 Teaching example of course ideology and politics using cloud class brainstorming圖6 利用云班課頭腦風暴進行課程思政的教學示例

2.4 優化評價體系，構建多元化考核方法

該課程采用過程性考核和終結性考核相結合的考核方式，不僅關注結果，而且關注過程，學習評價機制如圖7所示。過程性考核借助藍墨云班課，通過作業、測試、頭腦風暴等方式對學生掌握專業知識和思政教育效果進行存檔和考核，動態記錄學生的具體表現；終結性考核是在期末對學生進行的綜合性考核。課程總評成績=平時成績40%+考試成績60%。平時成績組成細則如表1所示。

Table 1 Details of the usual grades表1 平時成績細則

Fig.7 Learning evaluation mechanism圖7 學習評價機制

對思政元素的考核可以在平時成績中加以體現，如二極管的應用部分，在播放公益廣告“節能LED燈”時，分析白熾燈、節能燈和LED燈各自優缺點，一方面提高學生們的環保意識，另一方面普及生活常識，引導學生根據自己的實際需要選用合適的燈具。在測試環節或頭腦風暴中可對這方面的思政進行考核以掌握學生的學習情況。

3 教學實踐

筆者以五邑大學紡織工程2021級學生為試點，實施了課程教學改革，并與采用傳統教學的2020級學生期末成績進行了比較。2020級選課人數為108人，2021級選課人數為103人，除去缺考、緩考及跟班重修等情況，兩個班人數均為100人。為方便描述，將2020級100名學生作為樣本A，2021級100名學生作為樣本B。圖8和圖9分別為兩個班分數箱線圖和各分數段人數比較情況。

Fig.8 Distribution of scores圖8 分數分布情況

Fig.9 Distribution of the number of people in each score section圖9 各分數段人數情況

其中，A班均值為75.14，標準差為11.09，區分度為0.285。B班均值為78.27，標準差為10.32，區分度為0.213。均值的提升，從某一程度上反映了教學效果的提升。

同時，本文通過教學問卷的形式收集到有效反饋85份，部分反饋意見截圖如圖10所示，反饋問卷形成的詞云如圖11所示。結果顯示，大多數學生反饋良好，表示通過該課程學習能有所收獲。

Fig.10 Screenshot of some feedback圖10 部分反饋意見

Fig.11 Word cloud of feedback and comments圖11 反饋意見詞云圖

4 結語

本文針對五邑大學非電類專業電工與電子技術課程教學中存在的問題，通過優化教學方法，將問題式教學貫穿于整個教學過程，同時改進教學手段，通過錄制微課，借助云班課、超星網絡平臺及B站習題講解，提供較為全面的學習支持服務，以解決課程內容多而學時少的矛盾。在實驗教學改革上，利用虛擬仿真技術開設綜合性實驗，解決課程實驗環節薄弱的問題。在教學內容上，充分挖掘課程中所蘊含的思政元素，優化教學內容，將課程思政浸潤到教學內容中。同時，優化評價體系，構建多元化考核方法以調動學生們的學習積極性。

然而，課程仍存在一些待解決的問題，如思政融入專業教學的連貫性和平滑性、課程資源的進一步完善等。后續教學中，將進行持續性改進，進一步加強應用型人才培養。