卓越工程师计划下“电工电子技术”课程创新教学初探

来源:用户上传      作者: 任立红李晓丽刘浩

　　摘要：针对卓越工程师计划下对“电工电子技术”这门工科课程的任务要求，提出了结合不同专业做出相适应的课程调整改革思路，实施切实可行的课程设计、教学组织、教学模式、教学实验研究、教学方法改革、网络教学平台建设等，力争增强学生面向工程的软件应用能力、实际动手能力、电工电子电路设计能力、理论结合实际的实验能力和小系统设计调试能力，进一步加深学生对书本知识的理解和应用，促进学生自主学习，提高发现问题、分析问题和解决问题的综合能力，为培养适应国家发展战略和经济建设需要的卓越工程技术人才奠定一定基础。
　　关键词：卓越工程师；创新设计；能力培养；教学手段
　　作者简介：任立红（1966-），女，内蒙古赤峰人，东华大学信息科学与技术学院电工电子中心，副教授；李晓丽（1980-），女，河南焦作人，东华大学信息科学与技术学院电工电子中心，讲师。（上海 201620）
　　基金资助：本文系上海市教委重点课程项目和东华大学“卓越工程师课程项目”的研究成果。
　　中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）04-0066-02
　　
　　“卓越工程师培养计划”是列入中国高等教育中长期发展规划的一个重要计划，[1]是通过教育和行业、高校和企业的密切合作，以实际工程为背景，以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力，培养出一大批创新型工程师，为我国走新型工业化道路和建设创新型国家提供坚实的人才支撑和智力保证。[2，3]为适应东华大学（以下简称“我校”）着力打造“卓越工程师培养计划”的目标和面向未来的纺织类、化工类、材料类、设计类等工程行业对高技术创新型复合人才的需求，我们针对学校卓越工程师计划对“电工电子技术”这门工科课程的任务要求，结合不同专业做出相适应的课程创新教学改革，帮助学生掌握有关电路、模拟电子技术、数字电子技术方面的基本理论、知识和技能，培养学生发现、分析和解决问题的能力，为以后学习和应用更深、更新、更多的信息技术专业知识和实用技能打好基础。
　　一、课程设计思路及目标
　　“电工电子技术”是高校非电类理工专业一门重要的技术基础课，是大多数非电类专业学生学习电类基础知识的唯一窗口。它包含强电、弱电的各个学科及其应用的基础知识。同时，与各行各业的生产及管理、与人们的日常生活联系紧密。随着科学技术及工业的发展，特别是电子技术日新月异，使得该课程具有新知识多、新产品多、新技术多、新工艺多的特点。因此，它是一门覆盖面广、知识面广、实践性强、适用性强、知识更新快的课程。它的目的和任务是使学生获得电工和电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能，同时，有利于学生的动手能力和创造能力的培养，为培养学生独立的工作能力、实事求是的科学态度和细致踏实的工作作风、后续实践性课程的学习、生产实践打下坚实的基础。
　　我校非电类不同专业（含纺织工程、纺织外贸、针织工程及服装、纺织检测、服装设计与工程、环境科学与工程、工程设计、高分子材料、生物工程、应用化学等专业），学生基础差异很大，各专业培养方案不同，对“电工电子技术”教学内容的要求不尽相同，如何根据专业培养方案做出与之相应的课程设计值得探讨。目前，学校纺织品设计、轻化工程、高分子材料、环境工程等专业是第一批加入卓越工程师计划的相关专业。
　　面向卓越工程师培养计划，我们结合不同专业做出相适应的课程调整改革思路，对电工电子技术课程进行了教学与实验的创新设计研究，力求在满足教学基本要求前提下，选择相应教学内容，组织课程，制定各自切实可行的教学大纲、课程设计、实验方案，改善课堂教学措施，提高课堂效率，创新教学手段。同时，最大限度利用现代科学技术手段，不仅重视理论基础传授，更要加强实验素质和综合实践能力训练，增强学生面向工程的现代化软件应用能力、实际电工电子电路设计能力、理论结合实际的实验能力、小系统设计调试能力，提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力、创新应用能力，着力提高工科类专业学生的工程意识、工程素质和工程实践能力。
　　二、教学手段的创新改革
　　“电工电子技术”的教学难点主要在于三个方面：知识面广、学时少、学生基础参差不齐。就教学内容而言，64学时的课程涉及面广，电路、模拟电子技术、数字电子技术课程中普遍存在一些知识内容方法复杂、过程繁琐、依赖经验的现象，对于初学电路、缺乏经验的低年级学生而言，学习难度较大，有不少学生中学就很少学习物理，更有很多学生仍存在严重的应试教育带来的弊端，学习方法有问题，不能从系统概念和应用角度理解电工电子的基本概念定律，而是依旧依附于教师手把手教给一些解题技巧、埋头在细节问题的分析计算上。因此对于上课教师来说，如何把控教学很有难度。如何处理学时有限与知识内容广的矛盾、传授知识与培养能力的矛盾等，都是在本课程教学实施中必须充分重视和努力解决的重要问题。
　　“电工电子技术”课程力争培养学生分析和解决问题的能力。从“广而博”的知识中选择、重构合理的教学内容，同时顺应时代潮流，紧跟相关行业的技术发展状况，可以使学生获得有关电学的基本概念理论、知识和技能，培养学生电路分析和电路设计的能力、学生的实践能力，将理论知识与实际应用相融合的能力，提高接受新技术的能力，为后续其他工程类课程的学习打下基础，对学生动手能力的培养、提升学科知识融合能力和创新能力以及成为复合型人才有着重要的作用。
　　同时“电工电子技术”的特点是实践性强，加强实验室建设，重视实践环节始终是“电工电子技术”课程建设的一个重要方面，针对卓越工程师计划，我们尝试改革实验教学内容体系、实验条件和实验模式，增加虚拟实验、开放性实验、综合实验、小系统制作等，力图大力提高学生的学习兴趣、实验技能、电工电子技术的应用能力和创新精神。
　　1.凸显绪论课教学与章节概述的重要性
　　“绪论”教学是学科教学的开端，是学生接触电工电子知识的第一堂课，有其独特功能。这功能表现在“启动”、“启发”和“激发”等３个方面，具有创意的新课导入，可以吸引学生的注意力，激发学生学习这门课的兴趣和动力。利用多媒体的优势，在绪论部分引入尽可能多的与本课程相关的知识内容；结合新器件、新产品、新软件的不断涌现，介绍与本课程有关的产品的最新发展；阐述清楚本课程与学生所学工科专业相关课题的关系，告诉学生本课程在其工科专业学习中的地位，引发学生从思想上对学习的重视，启发学习动力；通过图片、小产品、实际应用小电路、视频等丰富多彩的展示，体现课程与生活的关联，激发学习兴趣和求知欲望。
　　章节概述尽可能体现前后章节不同内容的内在衔接，比如交直流衔接、单相三相交流电的衔接、模电数电技术的衔接，使学生的学习一直处于逻辑连接状态而不至于发散，更能使学习的知识尽可能系统化。
　　2.创新讲课手段
　　在课堂教学中，学生是活动的主题，要用生动精练的语言、灵活的思维和循序渐进的诱导把学生的积极性调动起来，理论和实际充分结合，激发学生的学习兴趣。采用板书、多媒体演示、EWB虚拟实验设计演示、课堂小测试、重点问题课堂讨论等丰富多样的课堂教学模式，能够增强学生在课堂上的任务感、责任意识，大大地提高课堂效率。实践证明，教学手段从单一满堂灌形式向多样化传授方式发展，可提高学生出勤率，调动学习兴趣，提高教学效果，在一定程度上也缓解了学时少而内容多的矛盾。

　　3.不断修正丰富多媒体课件
　　通过多媒体手段、EDA技术等来化解课时少内容多而学生基础差异明显等矛盾。把文字、图形、图像、动画、声音、视频等信息完美结合，调动学生的积极性与主动性，提高教学质量效率，最大化地提高学生的学习热情。合理使用课件，将板书和课件有机结合，顺理成章。综述性内容，提供丰富的信息及连接，便于预习、复习、整理；对推导性、图形转换等环节，板书必不可少，首先使用板书讲清电路分析思路，对电路转换则让学生跟着老师一步一步地将电路分析透彻，之后再借助多媒体生动演示一遍，不仅再次为学生梳理思路，同时也对分析推导过程中出现的重点、难点、结论性陈述加以整理和总结，方便以后的复习。
　　4.将EDA仿真软件引入课堂
　　针对学时缩减与内容剧增的矛盾，我们的解决思路是改进教学方法，充分运用多媒体教学等先进教学手段。将EDA仿真软件引入课堂，提升学习兴趣，直观感受基础理论和概念。在教学中使用仿真技术，有助于提高教学质量和教学效率。仿真虚拟实验的过程，从构思、建设调试到出结果，使理论知识与计算机实践能力完美结合，也是工程师的必备技能。诸如交流放大电路的非线性失真波形的产生过程，通过虚拟实验，设计生动、逼真的教学情境，引导学生进入自主学习状态，提高分析问题、解决问题的能力和创新能力。这样的实验效果，同样丰富到教学课件中，使理论和实际相结合的情景快捷地在学生的头脑中建立起来。
　　除了EWB虚拟电子实验台，还可以丰富MATLAB在电路分析中的使用、FPGA在数字电路设计分析中的使用，大大丰富学生们的学习经验。
　　5.增加电工实验
　　在处理“传授知识”与“培养能力”二者关系时，我们明确教学的最终目标是培养学生的学习、实践和创新能力，为此不仅增加实验室虚拟实验的机会，多开放实验室鼓励学生自主设计实验，加大实验力度，还增设小系统设计环节，加强学生的系统设计能力，提高学生的工科设计素养。
　　6.逐步完善模块化教学
　　为提高效率，在有限的课时完成相应的理论讲述、实际应用分析，努力完善一些模块化教学实验，整合、优化教学内容，在理论教学环节的学时分配、考核强度和实践教学环节的实验内容、实验条件等方面予以倾斜。根据不同专业的学生基础差异，可以适当增减教学内容、难易度，并通过自学、课堂讨论、网上互动答疑环节、实验室实验验证等不同授课方式完成教学，进而引导和帮助学生进行主动性和研究性的学习。
　　三、教学实践的改进措施
　　在教学实践中，我们主要采取以下措施来切实保证课程目标的具体实现。
　　一是修订教学大纲，优化教学内容：精选基础内容；删减细节问题的定量分析计算；加强应用系统概念和电路、器件的外部特性及其应用；增加实际应用型内容。
　　二是为了配合实验教学，编写出版了课程教材《电工电子学实验》，并将实验拍成录像存放在网站上，便于学生实验前的预习和学习。
　　三是建设网上教学平台，增加教师与学生沟通渠道。建立电工电子技术的教学网站，其功能有：承载上课的教案，供学生下载和复习用，把学生从上课抄笔记的重压下解脱出来，让他们上课更能集中注意力听讲和积极思考；开辟讨论角，鼓励学生网上讨论问题，相互讨论、与教师讨论，提高学生的学习热情和主动性。这种学生自学、复习、自测、讨论、教师答疑等多种形式的教学活动，大大激发了学生学习电工电子技术的热情，提高了教学效果和质量。
　　四是逐步完善教学资料，授课中引入与课程相关的各类图片、动画演示、电教片等，以实例展开教学，增加学生兴趣，提升课堂实际效果，缩短理论与实际应用的距离，提高学生设计能力和综合应用能力。
　　五是加强课堂互动。对于教学难点，并不刻意强调其难度、深度和要求学生掌握复杂的方法，而是着重讲清基本概念和基本原理，配合简洁明了的例题、习题，帮助学生理解和掌握基本的分析、设计流程和方法。
　　六是改进考核制度。学习的目的不是为了考试，而考试是促进学习的方法之一。将过去单一的闭卷考试改为闭卷与开卷相结合、集中与分散相结合、设计与实验相结合的多元考试方法。这样既防止了学生平时不注重学习，期末突击的弊端，又全面考查了其综合应用能力。我们对考试的定位是：引导学生掌握知识脉络和重点，激发学生积极思考和学习的热情。因此，采取了多元化考核方法：课堂小测试；用PowerPoint制作一个课件；作业加分；课程结束后的相关总结小论文、小电路设计；期末考试。主要考核学生是否建立起一个扎实的电工与电子技术知识体系。
　　四、结语
　　在卓越工程师计划的教学实验实践中，卓越的效果从实践中得以体现，同时要求理论内容能够很好地服从实践。“电工电子技术”课程对于非电类学生来说，学习起来有些难度，毕竟非电类学生的基础知识相对薄弱、重视程度又不高。而在理论学时进一步缩减的前提下，如何增加实验要求、提高实验效果、增强学生小系统实际设计能力，还需要学生和教师之间积极配合。
　　我们力争在不断试验中重新定位“电工电子技术”课程的性质、任务、教学特点、教学模式和考核方式，探寻教学效果的突破手段，突出实验、实践环节的作用，从实验数量、内容、方法上有所突破，注重与工程实践的联系，采用“理论与实际相结合的做中学、练中学”的教学模式，提高学生对该课程的认识和学习兴趣。同时努力依据专业组对我们的需求提升课程效果，并进一步总结修订完善。为切实提高大学生的工程实践能力，还要不断完善并建立科学的实践教学体系。
　　
　　参考文献：
　　[1]教育部.教育部关于开展高等学校实验教学示范中心建设和评审工作的通知(教高[2005]8号文件)[Z].
　　[2]林健.注重卓越工程教育本质创新工程人才培养模式[J].中国高等教育,2011,(6):19-21.
　　[3]李惠,廖炼忠,郭磊.地方综合性大学本科实践教学规范的建立与实践[J].实验技术与管理,2009,26(4):117-120.
　　（责任编辑：刘辉）

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