“互联网+”及虚拟仿真相结合教学模式下《电工电子学》课程改革实践探索
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作者:张旭
摘要：《电工电子学》作为一门重要的学科基础必修课，在教学过程中存在众多难点，包括：内容覆盖面广、概念多，内容抽象、理解困难，学生专业范围广，实践性强等。文章以三相电源学习为例，通过“雨课堂”和PSCAD在课前、课中、课后三个阶段与学生的互动中的应用，探索了基于“互联网+”及虚拟仿真相结合教学模式解决教学过程中存在的这三方面难点，为适应世界高等教育发展新趋势及新时代教育精神提供了有益探索。
关键词：“互联网+”;“雨课堂”;虚拟仿真;PSCAD
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2020）13-0212-02
一、引言
《电工电子学》在我校为学科基础必修课，适用于工科非电类各专业。课程旨在使学生获得电工技术、电子技术的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力，为相关专业课的学习、研究和应用打下坚实的基础，培养适应时代发展的高素质人才[1，2]。该课程课堂教学为54学时，实验学时为18学时。该课程的三个特点：（1）内容抽象，理解困难;（2）内容覆盖面广，概念多;（3）学生专业范围广，实践性强。为帮助学生在有限的课时中高效掌握并熟练运用所学内容，针对电工电子学存在的难点，本文以三相电源为例，将在以下几个方面展开探索：（1）研究互联网教学软件“雨课堂”在电工电子学教学中的运用;（2）研究虚拟仿真软件PSCAD对教学的辅助应用。
二、《电工电子学》教学存在的难点
（一）内容覆盖面广，概念多
以我校电工电子学教学大纲为例。电工学中包含4章，37小节，需要理解掌握14个知识项目;模拟电路内容包含3章，30小节，需要理解掌握5个知识项目;数字电路内容包含2章，14小节，需要理解掌握4个知识项目。综合分析，电工电子学需要掌握9章，电工学，电工模拟电路，数字电路三个大类的知识内容，以及68个知识点，平均每个学时1—2个知识点。电工学中的直流电路、电路的瞬态分析、交流电路、供电与用电关联性强。电子路中的直流稳压电源，基本放大电路，集成运算放大器，组合逻辑电路、时序逻辑电路关联性强。而两部分间关联性弱，连贯性不强。因此，该课程内容覆盖面广，概念多，一方面学生学习内容多，另一方面学生需要多次转变学习思路。以上这些对该课程的教学提出了一定挑战。
（二）内容抽象，理解困难
电工电子学中抽象的形式多种多样。既有以电压、电流、频率、相位为代表的表征性抽象，又有基尔霍夫电压电流定律、叠加定理、戴维宁定律、诺顿定理等为代表的原理性抽象。以三相电源学习为例。三相电源既包含有以电压、电流、频率、相位为代表的表征性抽象，又包含有霍夫电压电流定律的原理性抽象。三相电源的学习可以归纳为三个阶段：第一阶段是感性认知阶段;第二阶段是将三相电源的表象信息进行分解、加工、分析和研究，形成三相电源在电压、电流等不同侧面的各种本质属性;第三阶段是从抽象的规定上升到思维的具体，对三相电源的各种抽象规定加以综合。学生需要在三个阶段中通过两次飞跃，才能深刻理解和掌握三相电源的本质和规律。
（三）学生专业范围广，实践性强
电工电子学在我校授课学生专业包括材料、测控、环境、采矿等大部分非电类工科专业。学生在将来学习中对于电工电子学的应用有很大差别。因此，教学中不仅需要让学生掌握理论知识，而且需要学生能在实践中灵活运用知识。电工电子学是一门实践性非常强的课程，学生只有在学以致用的过程中，才能真正掌握知识的原理。本课程含有18学时的实验环节，对于大范围专业学生而言，只有增加实验次数，才能熟练掌握知识的运用。因此，如何在实验学时外，增加学生实践机会，成为教学环节的客观需求。
三、教学对策
（一）基于“互联网+”解决内容覆盖面广，概念多的难题
“雨课堂”是一款互联网型教学软件。“雨课堂”通过PPT和微信，为课堂教学师生互动提供了全新的解决方案。针对电工电子学教学中存在的难点，以三相电源为例，探索以下解决方案。将三相电源相关的教学资源随时随地推送到学生微信，将需要课前预计，课堂掌握，课后复习的内容通过微信与学生互动。在课前预习环节，向学生推送以实际物理场景视频形式描述的三相电源基本概念。学生在预习环节需要对知识概念的理解程度作答。一方面，学生通过“雨课堂”指定的预习内容对需要了解的众多知识和概念有了初步认识，另一方面，教师通过学生的作答数据统计掌握了学生对概念的认识程度，从而在课堂上有的放矢，同时节约了宝贵的课堂时间。
（二）基于“互联网+”和虚拟仿真解决内容抽象，理解困难的难题
以三相电源课程为例，其难点在于星形连接和角形连接下线电压、相电压、线电流、相电流的理解和掌握，传统教学以公式推导为主。PSCAD全称为Power Systems Computer Aided Design。PSCAD可以提供丰富形象的电工电子学模型，包括电源、线路、仪表等等。以三相电源授课为例，采用PSCAD中的三相电源模型、线路模型、三相负载模型，以及具有相量显示功能的电压表和电流表等虚拟仪器。通过电力系统模型展示三相电源系统的结构，通过虚拟仪器展示不同连接情况下线电压、相电压、线电流、相电流在幅值相位的关系，解决三相电源内容抽象的问题，帮助學生深入理解知识点。
在讲解完成后，通过“雨课堂”软件，借助微信，以限时的判断题、选择题形式向学生推送相关知识点的随堂测试题。通过学生的即时反馈，可以立刻收集学生对知识点的掌握情况。结合测试数据，课堂教学随时补充学生对知识点掌握的薄弱环节。最后，还可以通过弹幕提问环节，对课堂问题集中讲解，进而全面提高课堂教学效果和学生学习质量。
（三）基于“互联网+”和虚拟仿真解决学生专业范围广，实践性强的难题 電工电子学不但在各专业学生中的应用场景不同，而且是一门实践性很强的课程。学生只有通过结合自己专业进行电工电子学的学习才能充分掌握知识要点。以三相电源学习为例，采矿专业学生可以结合煤矿供电系统特征，在课后通过“雨课堂”向教师提问。同时，结合PSCAD虚拟仿真软件，把实际煤矿供电系统以模型形式搭建，这样既能结合自己专业进行学习，又能在虚拟仿真软件中练习操作。在实际操作中，加深对知识点的理解。
四、结语
《电工电子学》作为一门非电专业基础必修课，探索其课堂教学建设有着重要意义。本文针对《电工电子学》在实际教学中遇到的困难，结合“互联网+”和虚拟仿真两个途径，探索了解决（1）内容覆盖面广，概念多，（2）内容抽象，理解困难，（3）学生专业范围广，实践性强，三个方面问题的方法。一方面，通过全面收集在课前、课中、课后学生对知识点掌握的全周期数据情况，全面提高了教师授课的效率;另一方面，通过虚拟仿真的应用，在帮助学生理解的同时，加强了学生的动手和实践能力。综合分析看，“互联网+”和虚拟仿真的应用是一次课堂建设的有益探索。
参考文献：
[1]陶丹，陈后金，刘颖，黄琳琳，马庆龙，赵文山，陈美娥，余晶晶.基于工程教育认证的电子科学与技术专业建设与实践[J].教育教学论坛，2018，（16）：134-135.
[2]教育部高等教育教学评估中心.中国工程教育质量报告：2013年度[J].MT机械工程导报，2015，（1）：45-49.
The Practice and Curriculum Reform for 《Electrical and Electronics》 with "Internet +" and Virtual Simulation
ZHANG Xu
（China University of Mining and Technology-Beijing，Beijing 100083，China）
Abstract：As an important basic compulsory course，《Electrical and Electronics 》has many difficulties in the teaching process，including wide coverage，many concepts，abstract content，difficult understanding，large professional scope of students，strong practicality，etc.Taking the three-phase power supply learning as an example，this paper explores how to solve these three difficulties in the teaching process through the combination of "Internet +" and virtual simulation.This paper introduces the application method of "rain class" and PSCAD in the interaction with students in the three stages before class，in class and after class.It provides a useful exploration to adapt to the new trend of the development of higher education in the world and the spirit of education in the new era.
Key words："Internet +";Rain class;virtual simulation;PSCAD
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