能源與動力工程專業電工學課程教學改革探索

晉艷云 鄒彩虹 李蘭蘭 王秀山

摘? 要：為河南農業大學（以下簡稱“本校”）能源與動力工程專業學生打好電學理論知識和工程技能基礎，增厚專業基礎，進而拓寬就業范圍。該文結合能源領域對復合型、應用型技能人才的需求和本校對能動專業本科生的培養目標，分析本校能動專業本科生對電工學課程的學習要求和目標，并分析課程現狀以及課程教學過程中存在的問題。根據以上分析結果，結合新型的教學方法和手段，提出相應的教學改革措施，并應用于教學過程中。此外，根據對“知行合一”的要求，挖掘課程中的思政元素，以達到教學的同時育人的目的。通過以上改進，課程教學效果得到提升，學生對課程理論知識和工程技能的掌握更加扎實，為其就業打下更好的電學基礎。

關鍵詞：電工學；能源與動力工程專業；教學改革；課程思政；教學手段

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）21-0120-04

Abstract： The aim of the study is to lay a solid foundation of electrical theory knowledge and engineering skills， enrich the professional foundation， and then broaden the scope of employment for the students of the energy and power engineering specialty of our school. Combined with the demand for compound and applied talents in the field of energy and the training objectives for the energy and power engineering specialty undergraduates of our university， this paper analyzes the learning requirements and objectives of the undergraduates forthe curriculum of Electrical Engineering，and analyzes the current situation of the curriculum and the problems existing in the curriculum teaching process. According to the above analysis results， combined with the new teaching methods and means， the corresponding teaching reform measures are put forward and applied in the teaching process. In addition， according to "knowledge and action should go hand in hand "， the ideological and political elements in the curriculum are excavated to achieve the purpose of educating people while teaching. Through the above improvements， the teaching effect of the course has been improved， and the students have a more solid grasp of the theoretical knowledge and engineering skills of the course， which has laid a better electrical foundation for their employment.

Keywords： Electrical Engineering; energy and power engineering specialty; teaching reform; curriculum ideology and politics; teaching method

電工學是高等院校非電類工程專業本科生必修的專業基礎課程，是理論與實踐結合，應用廣泛的一門課程[1]。在河南農業大學（以下簡稱“本校”），開設該課程的專業有能源與動力工程、農業建筑環境與能源工程、農業機械化及其自動化、交通運輸、機械設計制造及其自動化和食品工程等多個專業。該課程的教學目的：通過本課程的學習，使學生掌握電工電子技術必要的基本理論、基本知識和基本技能，了解電工電子技術的基礎應用。能獨立應用這些知識分析解決工程實際問題，為后續課程和專業知識的學習以及將來從事工程技術工作打下一定的理論和實踐基礎，也為自學、深造和創新打下基礎。

一? 電工課對能動專業的重要性

在本校，電工學課程組由多名教師組成，一名教師主管一個專業，本人所教授的是能源與動力工程專業（以下簡稱“能動專業”）。本校能動專業對本科生的培養目標是培養掌握能源、熱能和動力工程等方面的基本理論和基礎知識，具備能量轉換與有效利用、可再生能源開發等方面的基本技能，能從事清潔能源生產、可再生能源開發利用、工程設計和優化運行等方面工作的技術技能型人才。電能是我們生活中不可或缺的一種能源，而能源領域人才的重要工作之一就是將石油、天然氣、煤、太陽能、風能和潮汐能等多種形式的能源轉換為電能。利用太陽能電池可以實現將太陽能轉換為電能，太陽能電池工作原理的基礎是半導體PN結的光生伏特效應[2]，該原理基礎即是電工學課程中的一個知識點，由此，基礎的電學知識和技能是能動專業學生必須學習掌握的。

近幾年，我國多所高等院校的能動專業都是以培養“高素質、強能力、創新型、復合型、應用型”人才為目標的[3-4]，因此更注重對專業基礎的增厚，以此來拓寬專業口徑，拓寬學生就業范圍。電學知識是能源能動領域的基礎知識，扎實掌握電工學課程知識內容，對提高學生專業技能，拓寬專業口徑，取得更好的發展和成績是至關重要的。因此，多所高校都將電工學課程設置為能動專業的工程或其他類基礎課程[5]。在本校能動專業本科生的培養方案中，電工學課程是核心專業課，由此可見該課程對能動專業學生的重要性。

二? 課程現狀及存在問題

在本校，電工學課程的課時分配：上部分電工技術理論學時40，實驗學時8；下部分電子技術理論學時54，實驗學時8。由于課時限制，需要優化教學內容，根據專業要求有選擇性地節選部分內容進行學習。電工技術節選的主要內容包括電路分析基礎、正弦交流電路、三相交流電路、磁路和變壓器、三相交流異步電動機及其控制。電子技術節選的主要內容包括模擬電子技術和數字電子技術。節選優化后的內容相對于課時量來說，依然較多，但若再刪減，會導致內容不成體系，更講不透、學不透。因此，如何在有限學時內取得良好的教學效果，成為了授課老師需要思考并努力去解決的問題。

電工學課程需要在中學物理和數學知識的基礎上進行學習，且需要一定的邏輯思維能力。但在多年的授課過程中發現存在以下問題：①部分同學基礎較弱，甚至不記得中學曾學過相關內容，因此不得不在有限的課堂時間去補充中學知識。②部分同學有一定的思維慣性，難以接受對以前所學知識的補充內容。例如，對于電壓、電流參考方向問題雖然能夠理解，但在使用歐姆定律時，還是習慣性的像中學一樣，不考慮方向問題，不區分電壓電流參考方向是否關聯，就直接用U=IR；在使用KCL、KVL定律時，經常不標注參考方向，導致題目分析計算錯誤。③部分學生對課程的重視程度不夠，課下不預習、不復習，對于多次強調的重難點內容在后續課程中用到時仍然無法實現知識點的貫通，導致更加難以理解新的內容。例如，電路的基本定律沒有完全掌握，導致無法理解某些電路分析方法。此外，在學習正弦交流電路之前便會布置復習復數四則運算的學習任務，但很多學生并不重視，因此在進行相關內容學習時就需要占用上課時間去補充，使得本就少的課堂時間更加緊張，影響課程學習效果。由于以上問題，導致課程教學效果較差，學生學習質量不高。因此，針對電工學的課程教學過程，有必要采取相應的改革措施以實現教學質量的提高。

三? 教學改革措施

（一）? 改進教學手段和方法

為了在有限的學時內取得良好的教學效果，除了要優化教學內容之外，還需要采取更有效的教學手段和方法。

在教學過程中，理論課上采用了五星教學法[6]，在“聚焦解決問題”的教學宗旨下，不斷重復四階段循環圈——“激活原有知識”“展示論證新知”“嘗試應用練習”“融會貫通掌握”，以提高教學效果，使得學生能夠扎實掌握知識點，掌握其在工程中的應用原理和方法，并能夠運用所學知識解決實際工程問題。理論課按照圖1所示思維導圖進行教學設計，主要包括課前、課上和課后三個方面。

圖1? 理論課課堂設計思維導圖

課前，教師在備好課程內容的基礎上，進行課堂教學設計，以便合理利用45分鐘的課堂時間，把握課堂進度，充分調動學生學習積極性和主動性，提高學習效率，達到更好的教學效果，同時減少學生為掌握所教授內容而占用的課下時間。學生要做的是完成前一節課教師留下的預習任務，預習本節課內容，并提出關于知識理解或應用方面的疑問或問題。

課上，以學生通過預習或生活所見提出的問題為導向開展本節課內容，如果學生沒有問題，那么老師拋出問題，引導學生對本節課的內容或工程中的情景進行思考，讓學生能夠有所思、有所想，帶著問題來學習新的內容，充分激發學生學習積極性，即為學生“指引方向”，并“激發動機”。

開展本節課內容講解時，首先回顧上節課主要內容，“激活原有知識”，進而引出本節課程內容。在教學過程中，始終堅持以學生為中心，新知識的講解采用“協同合作”和“多向互動”的方式進行。講課過程中不斷地提出問題或引導學生發現問題，讓學生進行回答或通過進一步的學習來找到答案，時時確認學生的掌握程度，同時使得學生緊跟知識點的邏輯。對于重要且容易混淆的基本概念進行重點講解，并反復強調。完成知識點講解后，教師提出問題或給出練習題，學生回答或解答，并進行講解，介紹自己的分析解題思路，教師針對學生回答或解題過程中存在的問題或不足進行指正、補充，并總結。這樣不僅可以加強學生對知識的理解和掌握，還可以在課上及時暴露出問題，進而補充或糾正問題，做到本節知識本節掌握。如果課前有提出工程問題，那么在學生掌握知識點之后，會回歸到問題上來，以本節課學習的知識來解釋工程案例中的工作原理。例如，在學習到串聯諧振內容時，會引入電臺選頻道的案例。學完理論知識后，回到該問題，根據串聯諧振電路特點來解釋電臺是如何實現選頻的。從而做到“有問題，有回應”，完整學習本節內容，并能夠運用所學知識解釋生活中的問題或現象，達到“學以致用”的目的。引入工程或生活中的實例，不僅可以將理論和實踐有效結合起來，還可以大大提高學生的學習興趣和積極性，這對于教學效果的提高是非常顯著的。教學過程中還注重對知識的歸納總結，電工學課程雖然內容繁多，但比較系統，多歸納總結，將知識點有機串聯起來，使得學生能夠將不同章節的知識點融匯貫通，找出共同點、不同點和邏輯關系，可以有效提高學生對該課程的學習效率和效果，從而更扎實地掌握知識。課上通過不斷重復以上四階段循環圈，解決學生的問題和疑惑，讓學生在“領悟—困惑—領悟”中掌握知識。

此外，在學習一些適合做仿真模擬的知識點時，會提前準備好仿真實驗視頻或動圖，隨知識點展示給學生，可以讓學生在第一時間即對該知識點有更直觀的認識和理解。還可以結合實驗講授概念和原理，比如在學習疊加定理理論知識時，先設計一個實驗，讓學生通過觀察實驗數據和元器件引出疊加定理的內容和適用范圍。

課后，會進行作業練習，鞏固課上所學知識。在課后練習或復習過程中，學生對知識點有疑問或疑惑時，可以隨時在學習通或微信群進行提問，其他已掌握的同學可以回答別人提出的問題或大家進行討論，打破傳統的單向傳輸式教學模式，同時也給學生提供了互學互助的平臺和機會。若大家都不理解，那么教師在思路上進行引導，引導學生思考，進而回答出自己提出的問題或疑惑，加深印象，扎實掌握知識點。

實驗課按照如圖2所示思維導圖進行課堂設計，主要包括實驗室實際操作和模擬仿真兩個方面。

電工課程開設有實驗課，實驗教學安排是教師先進行演示、講解，之后學生分組按照實驗指導書上的實驗步驟進行實踐操作，記錄實驗數據并分析結果。學生通過在實驗室進行實際的連線、測試、驗證等操作，可以實現學習由單純的理論學習向理論和實踐相結合的跨越，使得學生更直觀地認識實際的電路元件和設備，理解實驗每一個步驟的深刻含義，掌握各個模塊的內在聯系。通過實驗，可以實現將所涉及的知識點與實驗操作和結論聯系在一起，形成一套完整的知識體系，加深學生對理論知識理解的同時，培養其工程實踐能力。

在實驗操作過程中，由于學生多，課時少，老師很難做到親自指導每一個學生完成整個實驗，因此會采取“互幫互助”的方法。讓對知識掌握較好、優先完成實驗的同學充當教師的角色，指導有疑惑、有疑問的學生，待其學會之后再去指導其他需要幫助的同學。對于充當教師角色的學生，既可以鞏固知識，又可以提升表達能力。對于被指導的學生，則可以切實掌握理論知識和實驗技能。整個實驗過程，對學生來說，不僅可以掌握知識和技能，還可以提升個人能力和同學間的友誼；對教師來說，既實現了教書的目的，也達到了育人的效果。

此外，由于實驗課時和條件有限，目前實驗室只能開展驗證性實驗，且實驗項數有限，學生無法將所有理論知識點進行實驗，更無法自行設計實施實驗，這在一定程度上限制了學生主觀能動性的發揮，也不利于學生創新能力的培養。此外，學生只能按照實驗指導書上的實驗步驟“按部就班”地進行操作，而且要幾個人共用一臺實驗設備，使得部分學生實際操作積極性不高[7]，只是等在旁邊記錄數據和結果。針對此問題，建議學生通過仿真軟件來進行實驗的設計和仿真，雖然無法達到實驗室實際操作的學習效果，但基本可以滿足學生自行設計、完成實驗的需求，且每個學生都可以獨立進行實驗，提高了學生的學習積極性和學習效果，同時也提升了學生自我學習能力，使學生的電學理論水平和實踐創新能力更符合專業需求。

（二）? 建設線上課程

目前，基于在線課程的線上線下混合式教學方式成為了教學改革的一個重要措施，此方式有效突破了傳統課堂教學方式的局限性，有效提高了教學效果。本校電工學課程組借助超星學習通平臺建設了線上課程，課程資源不僅包含大綱所要求的所有知識點的視頻課程，還包括了經典例題講解視頻和課后習題等。

基于課程在線學習資源，學生可以利用課下的碎片時間，進行自主學習。可以提前預習，對于不理解的部分課堂上再認真聽講，加強學習效果，也可以進行課后復習，查缺補漏。理論課后教師可以在平臺發布相應內容的課后練習題，學生做完題目提交之后，可以查看參考答案及解析。教師可以通過查看后臺統計數據和習題完成情況，了解學生學習情況，對于習題錯的較多，又沒有或很少通過在線視頻課程進行學習的同學，可以督促其進行學習；對于在做習題中出現的共性問題，教師可以在課堂上進行再次講解。此外，還可以通過平臺進行知識分享、問題討論和問卷調查等，既可以提高學生學習積極性，又可以增強同學和師生之間的互動，有助于建立良好的師生關系，營造良好的教學人文環境，進而提升教學育人效果。

（三）? 提升個人能力

電工學是一門綜合了多門課程的科目，內容較多，所以在壓縮的時候難免有些知識點沒有詳細說明來源就直接給出了結論，容易導致學生無法理解，影響后續內容的學習。因此備課過程中不僅認真學習掌握指定教材和配套資料內容，還根據需要翻閱電路、電氣控制、模擬電子技術和數字電子技術等其他相關書籍和資料，去分析梳理每一個知識點，理清每個知識點的出處及其與其他知識點的邏輯關系，理解透知識點，再有的放矢地去教授給學生。此外，刻意將課程時間安排成與老教師不沖突的時間，以便去聽課學習。從開學的第一節課聽到最后一節，鞏固課程內容，注意對重難點的把握，并學習其講授方式以及對課堂節奏和學生的把握。每次聽課之后，會重新再學習梳理一遍相關內容，并綜合教材、課件、參考資料和聽課記錄整理教學教案，認真對待每一個知識點，每一堂課，每一個學生。

在假期，會積極地參加課程相關的名師講堂會議，深入學習課程內容的同時，學習名師如何從更高的層次把握內容。其次，還積極參加學院學校組織的教學技能大賽，在比賽中學習、磨礪，在磨礪中成長，提高自己的講課能力。最后，積極參加教學技能培訓會議和講座，學習先進的教學技能和方法，并選擇適合該課程和學情的方法優化應用到教學過程中。

四? 課程思政，知行合一

習近平總書記在2022年春季學期中央黨校（國家行政學院）中青年干部培訓班開班式上的重要講話中指出，“要堅持理論和實踐相結合”[8]，做到“知行合一”。

對于電工學課程的學習，更是如此，要將理論和實踐緊密聯系在一起，用理論知識去指導實踐，以實踐中得到的結論來深化對理論知識的理解和掌握，并推動理論知識的發展。掌握知識中蘊含的道理、學理和哲理，做到知其言更知其義、知其然更知其所以然。該課程的教學過程中，時刻注重知識技能和能力素養并重，教授學生知識的同時，還注重培養其電學思維和工程實踐能力，將學生培養成為懂理論、會實踐、會創新的新工程人才。教學過程中，始終堅持教學的同時育人的理念，培養學生的愛國情懷，讓學生站在國家戰略的高度去學習該課程，為我國能源事業的發展貢獻力量，將知和行之間的“連接線”連緊、連實。

五? 結束語

結合學生專業對電工學課程的學習要求和具體學情，以學生為中心，以提高教學效果為目標，有針對性地提出了一系列課程改革措施，主要包括改進教學手段和方法，注重理論和實踐相結合，建設線上課程，提升個人的教學能力。通過以上方法，在一定程度上提高了學生對電工學課程的學習積極性和學習效果。學生對電工學課程的理論知識和實踐技能掌握的更扎實，具備了一定的工程實踐創新和解決問題能力。這使得學生更加符合專業需求，也更有利于我國能源事業的發展。

參考文獻：

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[3] 陳從平，徐翔，余萬.能源動力類專業應用型人才培養模式改革探索——以三峽大學為例[J].科技視界，2015，17（24）：37.

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[7] 白潔，曹建安，湯曉君，等.工程教育認證背景下測控專業課程實驗教學方法探索與改革[J].高教學刊，2021（30）：113-116.

[8] 習近平在中央黨校（國家行政學院）中青年干部培訓班開班式上發表重要講話[N].新華社，2022-03-01.