面向工程教育的“電工學(xué)”課程改革與實(shí)踐

賈貴璽，王 萍，盧學(xué)英，葉劍華，李 鵬

(天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，天津 300072)

電工學(xué)開(kāi)展面向工程教育的改革是必然之路，關(guān)系到我國(guó)電工學(xué)課程的建設(shè)和發(fā)展方向。如何建設(shè)好面向工程教育的課程體系及內(nèi)容，已經(jīng)成為我國(guó)高等教育教學(xué)研究者關(guān)注的熱點(diǎn)。要建設(shè)好面向工程教育的“電工學(xué)”課程體系，就要清楚各個(gè)非電專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域?qū)﹄姽W(xué)有哪些需求，具體內(nèi)容的關(guān)鍵就是怎樣將“電工學(xué)”課程更好的與各個(gè)非電專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的工程實(shí)踐結(jié)合起來(lái)。

我校電工學(xué)教師借鑒國(guó)內(nèi)外在這方面的成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本校教學(xué)特點(diǎn)，就如何在電工學(xué)教學(xué)中開(kāi)展工程技術(shù)教育提出了一些看法，并做了一些積極有效的改進(jìn)與建設(shè)工作。

1 我國(guó)電工學(xué)課程體系存在的問(wèn)題

要建設(shè)好面向工程教育的“電工學(xué)”課程體系，首先要清楚目前我國(guó)的“電工學(xué)”課程體系存在哪些問(wèn)題，有的放矢的進(jìn)行“電工學(xué)”課程體系建設(shè)。

1)教師的工程技術(shù)素質(zhì)有待提高

工程技術(shù)型人才培養(yǎng)首先是需要將高等工科院校教師的工程技術(shù)素質(zhì)大大提高，目前有相當(dāng)比例的工科院校教師從小學(xué)到大學(xué)，沒(méi)有走出過(guò)校門(mén)，本身的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)很少，怎么去指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行工程技術(shù)學(xué)習(xí)呢?當(dāng)然這不是一朝一夕能解決的問(wèn)題，因此應(yīng)該建立一種機(jī)制，首先試行讓青年教師分期分批去對(duì)口單位或基地去實(shí)習(xí)，提高他們的工程技術(shù)素質(zhì)。只有教師的工程技術(shù)水平提高了，才能更好地指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行工程技術(shù)學(xué)習(xí)。

2)配合工程教育的教材建設(shè)要跟上

我國(guó)高等院校教師的授課內(nèi)容(尤其是基礎(chǔ)課)主要依賴(lài)教材，這樣做不能說(shuō)是因循守舊，而是多年形成的傳統(tǒng)習(xí)慣勢(shì)力，國(guó)外高等學(xué)校教師講課一般很少依賴(lài)教材。應(yīng)該承認(rèn)，我們的教材質(zhì)量較以往有很大提高，但仍然存在千篇一律的問(wèn)題、存在缺少特色的問(wèn)題、存在著與工程實(shí)際聯(lián)系不夠的問(wèn)題。尤其是例題和習(xí)題方面表現(xiàn)得更加突出，我們教材中的例題和習(xí)題大多是為驗(yàn)證和練習(xí)某種功能和方法而設(shè)計(jì)的，缺少工程背景。比如講解戴維南定理，讓學(xué)生理解黑盒子的概念很重要，但我們教材中的很多習(xí)題過(guò)于復(fù)雜，求開(kāi)路電壓和等效電阻還是比較繁瑣，對(duì)非電專(zhuān)業(yè)的學(xué)生沒(méi)有必要。

既然是多年形成的依賴(lài)教材的傳統(tǒng)習(xí)慣勢(shì)力不能很快消除，因此我們就應(yīng)該盡快拿出貼近工程實(shí)踐的教材供教師和學(xué)生使用。國(guó)外的教材從內(nèi)容到例題、習(xí)題都盡量貼近工程實(shí)際。

誠(chéng)然通過(guò)教育改革，我們的電工學(xué)教材增加了許多新的內(nèi)容，比如PLC的內(nèi)容、變頻調(diào)速的內(nèi)容，反映了電工技術(shù)的進(jìn)步。但經(jīng)典部分(直流、交流等)的電工學(xué)內(nèi)容變動(dòng)不大，我們認(rèn)為恰恰是這些內(nèi)容需要下功夫去改革，使之貼近工程實(shí)際。

建議電工學(xué)課程可以刪去一些分析方法的內(nèi)容，包括:“支路電流法、電源等效變換”等內(nèi)容都可以不講(這部分內(nèi)容現(xiàn)在的電工學(xué)教學(xué)中是必講內(nèi)容)，“非正弦電路”等內(nèi)容也可以只做簡(jiǎn)單介紹。刪簡(jiǎn)這些內(nèi)容不會(huì)影響非電專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程，并且可以節(jié)省學(xué)時(shí)開(kāi)展有關(guān)工程實(shí)踐內(nèi)容。

3)開(kāi)發(fā)與工程實(shí)踐結(jié)合的實(shí)驗(yàn)是首要任務(wù)

不能否認(rèn)現(xiàn)在的電工學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備較我們上學(xué)時(shí)有很大進(jìn)步，但實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改進(jìn)不大。改革實(shí)踐證明不是所有電工學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備都采用模塊化最好，據(jù)調(diào)查有些學(xué)校學(xué)生電工學(xué)實(shí)驗(yàn)做完了，沒(méi)見(jiàn)過(guò)實(shí)際的電阻、電容、接觸器、二極管、三極管是什么樣子的，原因是所有元器件都封裝在實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)，箱子外邊畫(huà)有元器件的符號(hào)和插座，學(xué)生只需在相應(yīng)的元器件插座上連線就好了。這種做法固然有它的優(yōu)點(diǎn)，但學(xué)生看不到實(shí)際的元器件的形狀，更談不上在實(shí)際工程中怎樣應(yīng)用這些元器件了。所以，應(yīng)該采取措施彌補(bǔ)這方面的問(wèn)題，讓學(xué)生親眼看到各種工程實(shí)際工程使用的元器件，親手連接各種工程常用的電路及元器件，親自計(jì)算選擇各種元器件。

建議電工學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中減少如:“疊加定理、戴維南定理、三相電路”等驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加電動(dòng)機(jī)控制、可編程控制等與工程技術(shù)較密切的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

有些實(shí)驗(yàn)已過(guò)時(shí)，例如:將啟輝器、電感鎮(zhèn)流器和日光燈連接，進(jìn)行日光燈電路的實(shí)驗(yàn)，要知道目前現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中很少再用這種電路，而是采用高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器，不需要啟輝器、電感鎮(zhèn)流器。這類(lèi)實(shí)驗(yàn)既浪費(fèi)學(xué)時(shí)又沒(méi)有實(shí)際意義，但目前仍有很多學(xué)校還在采用。

2 工程技術(shù)型人才培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)體系建設(shè)

1)實(shí)驗(yàn)體系建設(shè)目標(biāo)

從非電專(zhuān)業(yè)工程需要出發(fā)，不能再讓學(xué)生單純的圍繞著電工學(xué)課程中學(xué)過(guò)的理論知識(shí)做實(shí)驗(yàn)，而要超越課程內(nèi)容，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中盡早的貼近、更多的接受與現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程相適應(yīng)的工程理念。這就要建立新的、工程型電工學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑M快開(kāi)發(fā)出先進(jìn)的、系統(tǒng)的、大型綜合性工程實(shí)驗(yàn)。

進(jìn)行工程教育改革，首先就要轉(zhuǎn)變教育思想和教育觀念。打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，建立新的、工程性?shí)驗(yàn)教學(xué)理念，這是一項(xiàng)艱巨的工作。系統(tǒng)的工程實(shí)驗(yàn)不是簡(jiǎn)單的單一項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)，需要改變實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，整合?shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)專(zhuān)門(mén)用于進(jìn)行工程型實(shí)驗(yàn)。

2)電工學(xué)實(shí)驗(yàn)體系目前存在的主要問(wèn)題

(1)部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與非電專(zhuān)業(yè)的實(shí)際工程需要脫節(jié)，雖然近幾年做了一些改革，但僅僅是實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降母淖儯瑢?shí)驗(yàn)內(nèi)容沒(méi)有本質(zhì)的改變。大部分實(shí)驗(yàn)課時(shí)仍然是讓學(xué)生圍繞電工學(xué)課程上學(xué)過(guò)的知識(shí)范疇進(jìn)行驗(yàn)證和設(shè)計(jì)。

(2)一些實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)手段落后陳舊，與當(dāng)前各行各業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展不匹配。

(3)作為現(xiàn)代工業(yè)先進(jìn)技術(shù)之一的PLC雖然引進(jìn)了電工學(xué)實(shí)驗(yàn)中，但并沒(méi)有將PLC的主要功能充分利用起來(lái)，面向?qū)嶋H工程的綜合實(shí)驗(yàn)有待于開(kāi)發(fā)。PLC是面向工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)的一種通用控制設(shè)備，非常容易進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)輸入量的采集和輸出量的控制，現(xiàn)在PLC都具有工業(yè)總線接口和網(wǎng)絡(luò)功能，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。但是PLC的人機(jī)對(duì)話(huà)功能，需要根據(jù)實(shí)際工程進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

(4)目前我校更新后的PLC機(jī)型(OMRON公司的CJ1M)還是比較先進(jìn)的，可是與PLC配合的外圍實(shí)驗(yàn)設(shè)備比較落后，多年來(lái)沒(méi)有改進(jìn)，仍舊停留在采用一些實(shí)驗(yàn)?zāi)０暹M(jìn)行一些簡(jiǎn)單的、模式化的PLC實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)?zāi)０鍖?duì)學(xué)習(xí)PLC的入門(mén)應(yīng)用起到一定作用。然而這種實(shí)驗(yàn)手段死板，與真實(shí)的工程實(shí)際相差甚遠(yuǎn)，學(xué)生很難和工程實(shí)際結(jié)合。雖然也配備了電動(dòng)機(jī)等控制對(duì)象，但由于缺少調(diào)速器與轉(zhuǎn)速傳感器，也只能進(jìn)行電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、停止等簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，不能進(jìn)行工業(yè)中常用的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)。因此亟待開(kāi)發(fā)與真實(shí)工程實(shí)際貼近的綜合實(shí)驗(yàn)。

3)解決實(shí)驗(yàn)課時(shí)少與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多的問(wèn)題

(1)去掉那些與非電專(zhuān)業(yè)相關(guān)性少的實(shí)驗(yàn)，例如一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)如:疊加定理、戴維南定理、三相交流電路等驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

(2)去掉那些非電工程技術(shù)人員接觸不到的實(shí)驗(yàn)手段，例如利用計(jì)算機(jī)輔助電路分析軟件(EWB)開(kāi)出的一些實(shí)驗(yàn)。通過(guò)以上改革手段可以省出學(xué)時(shí)，將總實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的一半以上用于新的工程實(shí)驗(yàn)體系內(nèi)容的開(kāi)展。

4)解決實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊的問(wèn)題

我們已計(jì)劃開(kāi)發(fā)如下一些可以體現(xiàn)工程應(yīng)用的新型實(shí)驗(yàn)。

(1)針對(duì)現(xiàn)有的部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容進(jìn)行研討，將其教案與工程問(wèn)題、工程概念相銜接;

(2)針對(duì)日光燈的功率因數(shù)提高問(wèn)題已不太突出的事實(shí)，對(duì)現(xiàn)有的內(nèi)容和方案進(jìn)行改造，以電動(dòng)機(jī)為對(duì)象，形成提高功率因數(shù)的工程意義的教案;

(3)添加常用電子集成芯片如:A/D、D/A的使用方法，并形成與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容相關(guān)問(wèn)題的教案;(4)自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)軟件，使PLC實(shí)驗(yàn)室具備組織過(guò)程控制系統(tǒng)、小型數(shù)字控制系統(tǒng)品質(zhì)與控制策略關(guān)系的可視化的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的能力。

3 結(jié)語(yǔ)

開(kāi)展與工程實(shí)踐密切相關(guān)的電工學(xué)課程內(nèi)容建設(shè)研究，一方面提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，另一方面也提高了我校電工學(xué)教師的工程技術(shù)水平，形成獨(dú)具特色的、生動(dòng)的、強(qiáng)調(diào)工程背景的電工學(xué)教學(xué)風(fēng)格?？傊?，電工學(xué)開(kāi)展面向工程教育的改革是必然之路，關(guān)系到我國(guó)電工學(xué)課程的建設(shè)和發(fā)展方向。這是一項(xiàng)長(zhǎng)期、艱巨的工作，我們現(xiàn)在才剛剛起步，有很多具體工作要做，必須由電工學(xué)的各位同仁共同不懈努力、不斷完善。

［1］ 賈貴璽、李洪鳳，電工學(xué)課程中繼電器接觸器控制的實(shí)踐教學(xué)，電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010(32)，2:49-51

［1］ 賈貴璽、盧學(xué)英、史婷娜，關(guān)于“電工學(xué)”課程中PLC內(nèi)容的實(shí)踐教學(xué)，電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010(32)，電工學(xué)專(zhuān)輯，33-35