“電工學”課程教學改革實踐

李 梅，任 坤，高俊俠

（北京工業(yè)大學 電子信息與控制工程學院，北京 100124）

0 引言

“電工學”是高校工科非電專業(yè)本科生必修的一門重要的技術(shù)基礎課，其主要任務是為學生學習專業(yè)知識和從事工程技術(shù)工作打好電學的理論基礎并使他們受到必要的基本技能訓練。涉及知識面廣，應用性強，內(nèi)容更新快，學時少是本課程的特點。因此，教學設計在該課程中顯得尤為重要，教學設計包括教學內(nèi)容的組織，教學方法的研究及為達到所列教學目標擬采用的教學手段。

1 精選教學內(nèi)容，挖掘創(chuàng)新教育素材

教學內(nèi)容的組織是指內(nèi)容的選取，講解方法和步驟與先后次序的安排等等。作為技術(shù)基礎課，電學的基本概念，基本理論和基本方法是不容忽視的。對于非電專業(yè)的學生來說，對電路基本概念的引入要力求準確，對電路基本理論如疊加定理，戴維南定理要闡述清楚其內(nèi)容，適用條件而忽略理論證明。對于電路基本方法的應用則應求簡練，不過分追求解題技巧。在介紹器件和設備時，應重點講授其外部性能及工程應用，不注重內(nèi)部構(gòu)成原理的討論。

在講課過程中，注意理論聯(lián)系實際和元件－電路－系統(tǒng)這一應用體系，使元器件和單元電路更結(jié)合實際應用，增加應用舉例和實用電路，比如：在講授一階電路應用實例時，采用的是汽車點火電路和用于危險報警目的的閃光燈電路，在講授交流電路功率調(diào)節(jié)問題時，采用了日常生活中常用的吹風機控制電路。此外，針對不同專業(yè)的學生，盡量尋找與該專業(yè)對應的實際電路模型作為示例，使該門課程真正起到從科學類課程向工程類課程過渡的入門和橋梁作用。

一般來說，講課是主要的教學環(huán)節(jié)，但不是大綱所列的全部內(nèi)容都一定在課堂上講授，部分內(nèi)容如工業(yè)企業(yè)供電和安全用電常識等內(nèi)容學生完全可以自學，因此安排課后自學，留有習題以督促和檢驗自學效果。電工測量等內(nèi)容在實驗教學中，面對實物介紹各種儀器儀表結(jié)構(gòu)原理、使用條件、測量方法等將會達到事半功倍的效果。

電工課程的教學內(nèi)容中，貫穿了很多具有普遍意義的科學思維方法，科技創(chuàng)新方法。許多具體的教學內(nèi)容關聯(lián)著歷史上重要的發(fā)明發(fā)現(xiàn)，講課內(nèi)容不應再是平鋪直敘的滿堂灌，而應該沿著科技發(fā)展的來龍去脈，以清晰思路甚至包括一些故事情節(jié)去描述本來很枯燥的電工知識。并結(jié)合當前科技發(fā)展拓展學生視野，開闊學生創(chuàng)新思路。以期激發(fā)學生學習興趣，活躍課堂氣氛。使學生沿相關歷史事件的發(fā)展掌握相關教學內(nèi)容。

該課程涉及了眾多科學巨匠，有發(fā)明電池和電容器的意大利物理學家伏特，有電動力學基礎的奠基者，法國數(shù)學家和物理學家安培。還有既是物理學家又是化學家的法拉第，創(chuàng)建了“電磁感應定律”。他們的共同特點是創(chuàng)新意識，在講授這部分內(nèi)容時，應注意引導學生在學習科學巨匠們輝煌成果的同時繼承他們的創(chuàng)新意識，學習他們敏銳地觀察、深刻地分析、鍥而不舍的鉆研精神。

2 多種教學方法并重，提高教學質(zhì)量

記得一位蘇聯(lián)學者的觀點認為教學效果決定于教師的學術(shù)水平和教學法水平的乘積，其中一個系數(shù)等于零，乘積也就等于零了。只有教師把教學內(nèi)容真正弄明白，教師對教學內(nèi)容理解愈深刻，才有可能講透徹。只有融匯貫通才能運用自如。這是搞好教學的基礎和前提。教師自身素質(zhì)的提高和教學法的研究是我們始終關注的。

（1）范例教學法

范例教學法反對傳統(tǒng)教學講求系統(tǒng)知識、面面俱到講授完整知識的做法。強調(diào)應使學生能夠依靠特殊來掌握一般，并借助這種一般獨立的進行學習。

“電工學”課程的特點是學時少、內(nèi)容多。學生學習的重點應是理解會用，而不是理論的探討和證明。因此，許多內(nèi)容特別適合于采用范例教學方式，比如：疊加定理的介紹，改變以往先敘述再證明，最后舉例的教學模式。通過幾個實例即可說明疊加定理的內(nèi)容和適用條件，讓學生掌握這一線性系統(tǒng)中廣泛應用的重要原理。而實例的例舉完全可以借助仿真軟件Multisim來進行。借助這一軟件來演示線性電路中的電壓、電流符合疊加性，而功率不滿足疊加性。而非線性電路的電壓和電流均不滿足疊加性。之后，驗證齊次定理前后不過幾分鐘。這種計算機輔助的范例教學法有利于構(gòu)建教學情境，營造寬松學習環(huán)境，激發(fā)學生學習興趣。

（2）問題式教學

在講授電動機繼電接觸控制這一章節(jié)時，按照問題式思維方式組織課堂教學將會收到良好的授課效果，即講授完簡單低壓電器的功能與作用之后，帶領學生從最簡單的電動機啟動電路開始，發(fā)現(xiàn)問題、提出解決方案，一步一步的完成帶有自鎖、電氣互鎖、機械互鎖、具備正反轉(zhuǎn)功能和多種保護措施的完備的電動機控制電路。學生在課堂中扮演的角色不再是被動接受，而轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃友芯繂栴}、解決問題的主人，課堂氣氛也變得更加活躍、充滿生氣。

（3）增加課堂討論

討論課是由師生在一起共同解決教學過程中學生反映出來的問題的一種靈活多樣的教學方式，它可以是有啟發(fā)有討論的電工典型例題的演示或?qū)W生在作業(yè)中發(fā)生的典型錯誤的分析，可以是有指導有檢查的課堂練習，也可以是有準備的緊緊圍繞大綱基本內(nèi)容的專題討論等等?？傊?，設立討論課的目的是幫助學生牢固掌握本課程的基本內(nèi)容，提高學生解題計算技能，培養(yǎng)學生的抽象思維能力及自學能力。課堂討論對改善師生關系，促進師生之間的相互交流，協(xié)同互補大有裨益。

3 運用多媒體技術(shù)，更新教學手段

針對“電工學”課程學時少、內(nèi)容多的特點，課堂教學采用多媒體技術(shù)，可以增加教學信息量，豐富教學內(nèi)容，提高講課效率。電工技術(shù)課程中的一些教學內(nèi)容，比如：電動機中旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生，各種低壓電器的功能，電動機的正反轉(zhuǎn)控制等內(nèi)容借助于帶有動感的立體化課件，用圖、文、聲、像和動態(tài)視頻等效果可以直觀地把傳統(tǒng)媒體技術(shù)條件下難以表述的抽象的內(nèi)容具體化，形象化的顯示出來。

4 引進仿真技術(shù)，提高課堂授課效率

“電工學”課程中有許多內(nèi)容要求學生理解即可，課內(nèi)學時很少，這部分內(nèi)容往往會使教師授課感覺很棘手，講慢了，課時不允許；講快了，學生一頭霧水。例如：不對稱三相電路中中線的作用，一階電路中時間常數(shù)對過渡過程的影響，積分電路、微分電路等等，借助multisim仿真軟件，將使這一過程變得輕松愉快，形象直觀，增進了師生之間的互動性，學生對所學內(nèi)容更易理解，印象深刻，提高了學生的學習興趣。仿真軟件方便快捷，可以對所講述電路的各種參數(shù)進行即時分析，模擬各種變化過程，具有極好的演示效果。

實踐結(jié)果證明：傳統(tǒng)教學模式與計算機仿真技術(shù)輔助教學有機結(jié)合，改善了授課效率與授課效果，提高了“電工學”課堂教學質(zhì)量。

5 實驗形式互補，注重學生個性發(fā)展

（1）基于電工實驗臺的傳統(tǒng)實驗

使用多年的基于模塊化的實驗教學設備，確實使得教師的管理更加規(guī)范，學生的實驗時間縮短，實驗安全性得以提高。但同時存在著許多問題，比如：封閉的實驗模塊使學生觀察不到器件，課程結(jié)束后仍不知電阻、電容是何模樣，更談不上識別器件的類型和參數(shù)了。由于所有實驗模塊的一致性，學生所測實驗數(shù)據(jù)基本一致。所交報告也是千篇一律，抄襲現(xiàn)象很難避免。另外，受實驗儀器設備所限，能夠完成的實驗有限，內(nèi)容也大多是驗證性的，這種實驗形式不利于學生個性發(fā)展。也不能適應新形勢下對人才培養(yǎng)的需求。

（2）基于仿真軟件的虛擬實驗

基于Workbench或Multisim的仿真實驗提供了更多的虛擬儀器設備，更寬泛的元、器件庫，大大降低了教學成本。使傳統(tǒng)實驗設備所無法完成的高危實驗、高成本實驗變得可行。學生可以自由設計電路，有利于發(fā)揮學生潛能，充分調(diào)動學生自主學習熱情和創(chuàng)新意識。

虛擬實驗同樣具有不可避免的局限性，其元器件和儀器儀表與傳統(tǒng)物理硬件系統(tǒng)存在明顯差異，缺乏實物感，感性認識不深刻。不利于培養(yǎng)學生科研能力和處理工程問題的能力。

（3）基于虛擬儀器的綜合性實驗

NI ELVIS虛擬儀器教學實驗套件是美國國家儀器公司于2004年推出的一套基于LabVIEW設計和模型創(chuàng)建的實驗裝置。該實驗套件可插入一塊原型實驗面板，非常適合教學實驗和電子電路的設計和測試，NI ELVIS集成多個實驗室常用儀器的功能，實現(xiàn)了教學儀器、數(shù)據(jù)采集和實驗設計一體化［1］。

采用此套件，由于實驗電路是完全由硬件搭建的，學生須從電路設計、元器件選取、參數(shù)識別、插面包板或焊接電路一步步做起，因而無法回避實驗的外界干擾、儀器故障及接觸不良等現(xiàn)象從而培養(yǎng)了學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

采用此套件，即使不會LabVIEW編程語言，由于NI ELVIS平臺提供了12種內(nèi)置的儀器，既有實驗室常用的示波器、數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器和可變電源等，也有普通電工實驗室不具備的波特圖儀、阻抗分析儀等等。從而大大擴展了實驗范圍，對開發(fā)研究性實驗課題提供了可能性。

多種實驗教學形式共存，可以滿足不同教學要求，因材施教。對培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)起到了重要作用。

6 結(jié)束語

多年的教學改革實踐取得了一定的成效，隨著知識經(jīng)濟時代的到來，對人才素質(zhì)和創(chuàng)新能力提出了越來越高的要求，我們?nèi)詫⒗^續(xù)深化教學改革，為培養(yǎng)具備扎實理論基礎、較強工程實踐能力的高素質(zhì)人才不懈努力。

［1］楊智、袁媛、賈延江編著，《虛擬儀器教學實驗簡明教程——基于LabVIEW的NI ELVIS》，北京：北京航天航空大學出版社，2008年3月