“電工學”課程研究性教學研究與實踐

袁小慶，史儀凱，張 華，李志宇

(西北工業(yè)大學機電學院，陜西西安 710072)

建設高水平大學，提高本科教學水平和質(zhì)量是高等教育當前的主要要求。研究性教學是提高本科教學水平，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的一項有力舉措。如何在大學課程中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和能力，已引起了國內(nèi)外同行的足夠重視，尤其是在技術基礎課程中開展研究性教學，對全面提高電工學課程的教學質(zhì)量，為國家培養(yǎng)一大批高素質(zhì)創(chuàng)新型人才，是當前教學改革的重點和熱點。我校十分重視在基礎課、技術基礎課和專業(yè)課中開展研究性教學，本文為陜西省教改項目和學校教改項目支持下開展研究性教學研究與實踐的部分成果總結。

1 開展研究性教學的困難

同專業(yè)課、公共基礎課和課外科技活動相比，在技術基礎課中實施研究性教學存在諸多困難:⑴①要找出與教學進程匹配的成系列的可供研究的真實問題之困難;②技術基礎課課時緊，內(nèi)容多，進度快，缺乏制度支撐環(huán)境;③學生對技術基礎課學習不重視，不愿花費精力，并且傳統(tǒng)被動式學習習慣難以改變;④教師評價、學生評價等教學制度有待創(chuàng)新，部分高校教學重視程度影響教學改革的動力和實踐力度;⑤教師創(chuàng)新能力、實踐能力欠缺，缺少教學理論和教學方法專門訓練等。電工學課程是一門實踐性很強的技術基礎課，在講授過程中注重知識的應用而不是刨根問底的講解孤立元件或者集成元件的由來，因此研究性教學中要求側重于如何分析電路、如何設計簡單電路。因此在研究性教學實施過程中或多或少存在著上述問題。

2 明確研究性教學理念

根據(jù)近年來對研究性教學理論和國內(nèi)外研究性教學實踐的研究和觀摩，調(diào)研國內(nèi)電工學課程研究性教學現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)只有少數(shù)高校電工學課程組開展研究性教學，并且只是在整門課程中分出較少時間開展教學試點，尚無完整的電工學研究性教學思路和實踐形式。在現(xiàn)有教育理論中，人本主義教育理論的核心是以人為本，建構主義教育理論強調(diào)以學生為中心，發(fā)揮學生學習主動性與自主性。后現(xiàn)代教育理論推崇不確定性、可能性、多樣性、對話、創(chuàng)造性。終身教育理論強調(diào)創(chuàng)建學習環(huán)境，構建學習共同體。項目組認為人本主義教育理論、建構主義教育理論、后現(xiàn)代教育理論、縱身教育理論都包含了研究性教學的思想，共同構成其理論基礎。

3 探索研究性教學方法和手段

按照創(chuàng)新教育的要求，遵循教學規(guī)律和學生實際接受能力，結合國內(nèi)外電工學教學實際，探索并提出與課程相適應的教學方法和手段，為研究性語教學的順利進行提供必備條件。以二個小班開展電工技術課程研究性教學實踐。

(1)開展混合式研究性課堂教學

針對大二學生的實際接受能力，采用引導的授課方式，使學生能夠在后續(xù)的專業(yè)學習中適應參與的授課方式。針對不同的教學內(nèi)容，采用不同的教學方式。對于一些基礎性概念、定理和公式等，采用實現(xiàn)式教學方法;對于一些探究性的問題，采用發(fā)現(xiàn)式教學;對于很多概念和的引出，采用PBL教學法等。將這些教學方式集成在一起構成集成教學的模式。例如，在介紹電流參考方向概念時，通過設問的方法來引入為何需要假定參考方向。在介紹歐姆定律時，注重介紹高中物理課程中的概念和本課程中概念的對比，來強化理解此概念。在介紹電路模型時，通過引入工程實際和理想模型的對比，介紹所學知識和工程實踐之間的關系，利用哲學中的主要矛盾和次要矛盾的關系來分析具體問題，來闡明模型建立在電路、物理、數(shù)學、經(jīng)濟學等各學科的應用。在后續(xù)的知識介紹中如集成運放的概念也同樣應用這些概念。在介紹門電路和組合邏輯電路內(nèi)容時，引入常用計算器的簡單工作原理，讓學生利用所學加法器、編碼器、譯碼器、顯示器件等嘗試搭建簡單二位加法計算器的電路，然后又介紹實際計算器的電路原理來引導學生掌握基本原理、基本電路元件和實際工程應用之間關系，繼而介紹常用芯片的使用，使學生更輕松掌握簡單電路的設計。

(2)研究性實踐設計

提高實踐能力，需要改變傳統(tǒng)以驗證性為主的實驗教學模式，實行實驗室向?qū)W生開放，增設設計性、綜合性、研究性實驗項目。學生根據(jù)實驗內(nèi)容和要求，查閱文獻資料，自主擬定實驗方案，選擇實驗儀器設備和確定實驗方法，先假設(仿真)后實驗，得到實驗結果，進行對比分析討論，撰寫實驗報告。實驗項目的選擇與基礎課和專業(yè)課略有不同，要求選題能夠應用所學的基本理論、概念到具體的工程和生活實際當中。

指導教師的任務是為實驗提供方向，嚴格審查并幫組學生自主設計的實驗方案，在實驗過程中注重觀察調(diào)控、釋疑解難，對實驗結果與報告展開討論，評價實驗所取得的成效，找出不足和改進意見，不斷提高學生的科學實驗能力。

在實踐設計環(huán)節(jié)，結合國家級教學團隊教改項目支持，每位教師提供一個綜合性實驗題目。例如直流電壓表設計題目能夠使學生通過設計與實驗，掌握數(shù)模和模數(shù)部分工作原理。結合EDA實驗室建設，增加仿真實驗內(nèi)容，如電壓表內(nèi)容對測量影響，暫態(tài)過程曲線分析，諧振曲線測量、有源濾波、單管放大、方波/三角形波發(fā)生器、三人表決電路、數(shù)字頻率計和模擬聲響電路等內(nèi)容。學生可自選項目或者選用教師安排實驗內(nèi)容，驗證教學內(nèi)容或者對自主設計電路進行仿真驗證。

(3)研究性課外教學與創(chuàng)新活動

我們結合學校的各類競賽計劃，鼓勵學生在參加完電工電子技能競賽的基礎上，有選擇地參加國家大學生創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)計劃、各級數(shù)模競賽、機器人競賽、汽車競賽、電子設計競賽和節(jié)能實踐競賽等各類競賽活動，培養(yǎng)初步的探索性研究能力。最終鼓勵學生爭當教師的科研助手，融入科研團隊，直接參與教師的課題研究，最終鼓勵學生自主提出課題項目的論證報告，向?qū)W?；蛘咝Ｍ庥嘘P機構申請立項資助，或者參加學校的畢業(yè)論文支持計劃。例如在介紹放大電路的多級放大作用時，通過人體血流量信號檢測實際，介紹多級放大的選取方法。在介紹三相異步電機原理和應用時，通過太陽能采集系統(tǒng)跟蹤太陽運動的控制系統(tǒng)，介紹如何選用電機。在介紹電源概念時，通過汽車蓄電池能否通過其他汽車蓄電池進行充電等問題進行解釋。在介紹功放電路時，通過教師話筒擴音設備和家庭影院的工作原理進行介紹，增強學生的學習興趣。在介紹計數(shù)器內(nèi)容時，通過科研課題“低能電子計數(shù)系統(tǒng)”來引導學生完成知識的掌握和應用。介紹電路暫態(tài)過程時，通過課題“鋰電池容量測量系統(tǒng)”來引導學生掌握電容充放電過程，以及電容參數(shù)表征是否有更好的方法。

4 建設研究性教學資源

教材是保證順利實施研究性教學的重要因素。選擇教材時，要從教材的實用性和適用性人手。原版外文教材具有內(nèi)容豐富、涉及面廣、知識更新快、實用性強等優(yōu)點，使用原版教材可以借鑒到國外現(xiàn)代的教學理念、先進的教育思想、前沿的學科知識，為學生提供一個國際化的教育和學習環(huán)境。國內(nèi)教材符合國內(nèi)實際情況，更符合教育部電工學教學基本要求，也有很多優(yōu)秀的中文教材，比如課程組編寫《電工學》系列教材曾經(jīng)榮獲陜西省優(yōu)秀教材一、二等獎，國家精品教材獎，更符合我校的實際情況。

本課程組選用我校編寫的教材作為主教材，將《Principles and applications of electrical engineering》(英文版和中文版)和《電機原理與驅(qū)動》作為輔助教材。針對研究性教學需求，編寫《電工電子技術》研究性教學電子教案，用于課堂教學。為了促進學生自主學習，利用電工技術網(wǎng)絡課程和電子技術網(wǎng)絡課程網(wǎng)站，方便學生復習、預習和師生交流。為了滿足實踐教學的需求，重新編寫修訂了《電工電子技術實驗指導書》，并制作了《電工電子技術實驗》電子教案供實驗教學使用。編寫了《電工電子技術學習與解題指導》教學參考書。

5 建立注重能力的教學評價體系

針對研究性教學的獨特規(guī)律，項目組嘗試用現(xiàn)代教育學理論研究電工學課程研究性教學質(zhì)量評價與考核體系，為技術基礎課程研究性教學質(zhì)量評價和成績考核提供新的實現(xiàn)途徑。

注重學生技術基礎知識掌握、知識應用能力和研究性學習能力的綜合考核體系，建立作業(yè)、課程報告、課堂交流表現(xiàn)、期末考試卷相結合，課內(nèi)教學和課外自主學習相結合的全程考核體系。將結論性評價與過程性監(jiān)控有機融合，科學設計和分析調(diào)查問卷，在授課過程中通過問卷調(diào)查、訪談方式征詢學生研究性教學的反饋意見，及時調(diào)整、改革教學方法。參照基礎課程的質(zhì)量評價體系，研究建立督導組聽課、學生問卷調(diào)查相結合的課程質(zhì)量評價體系，形成質(zhì)量監(jiān)控的閉環(huán)系統(tǒng)。

開展規(guī)范性研究和實證性研究，針對國內(nèi)質(zhì)量評價體系的規(guī)范性研究多，實證性研究少的問題，本項目利用規(guī)范性研究和實證性研究相結合的方式，先進行規(guī)范性研究，然后進行實證性研究，用研究結果再進一步開展規(guī)范性研究。在研究雙語教學影響因素的基礎上，建立三級的研究性教學課程質(zhì)量評估指標體系。在開展研究性教學研究之前，通過對已參加研究性教學的學生進行問卷調(diào)查，甄選出影響研究性教學的5個關鍵因素:師資隊伍建設情況、學生的接受能力和專業(yè)基礎、學生對研究性課程學習的預期要求、教學管理方面和學校研究氛圍或者環(huán)境。研究表明，可將教師隊伍團隊研究能力和教學能力建設、學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新思維能力、學生較高的心理期望、漸進式的改革和學習環(huán)境的營造作為研究性課程建設的重點。

5 結語

經(jīng)過研究系教學實踐結束后，對學生進行問卷調(diào)查，結果顯示85%學生支持本課程的研究性教學，僅有5%學生對研究性教學持不支持的態(tài)度，因為增加了學習壓力和難度。但大部分同學反映雖然增加了學習難度，但是在把握專業(yè)知識的基礎上，能有效提高應用所學知識解決工程實踐和生活實際中的問題，增強了分析問題解決問題的能力。相信通過進一步完善和實踐，教學雙方繼續(xù)共同努力，一定能夠取得更好的效果。

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