基于卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)的電工學(xué)教學(xué)方法研究

謝芳 趙吉文 張燕

摘 要： 隨著各大高校卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的不斷擴(kuò)大深入，勢(shì)必會(huì)引發(fā)高等院校電工學(xué)課程的相應(yīng)改革。本文詳細(xì)分析了在以培養(yǎng)卓越工程師為目標(biāo)的前提下，現(xiàn)有的電工學(xué)教學(xué)中存在的問題，給出了運(yùn)用EDA、MOOC等現(xiàn)代化教學(xué)手段改進(jìn)課程及提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的解決方案。事實(shí)證明，現(xiàn)代教學(xué)方法結(jié)合工程實(shí)踐，不僅加強(qiáng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，而且進(jìn)一步增強(qiáng)了學(xué)生的工程師自我培養(yǎng)意識(shí)，充分開發(fā)了學(xué)生自身的學(xué)習(xí)潛力。

關(guān)鍵詞： 電工學(xué) EDA MOOC 教學(xué)改革

1.引言

電工學(xué)課程主要針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化等非電類專業(yè)，該課程對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)絕不能沿襲電類課程。另外，隨著各大高校卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的不斷擴(kuò)大和深入，針對(duì)此類學(xué)生開設(shè)的課程做相應(yīng)改革創(chuàng)新迫在眉睫[1]-[4]。

目前電類課程都引入了EDA（Electronic Design Automation）技術(shù)用以輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，但各門課程所使用的軟件各不相同，比如電路使用PSpice，Protel，模擬電子和數(shù)字電子使用Multisim，微型計(jì)算機(jī)原理使用tpc-usb，PLC使用cx-one，除此之外，還有專門用于開發(fā)FPGA和CPLD的EDA工具。這些軟件功能雖然相近，但操作大相徑庭，需要較長(zhǎng)的學(xué)習(xí)時(shí)間，電類學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)候尚且應(yīng)接不暇，更不要提對(duì)非電類專業(yè)學(xué)生展開。針對(duì)這種情況，本次改革基于Multisim軟件建立統(tǒng)一的EDA平臺(tái)，相關(guān)課程都選取該軟件的特定模塊進(jìn)行重點(diǎn)講解并開展實(shí)驗(yàn)，當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)完相關(guān)課程后，就能熟練掌握Multisim軟件，做到“一通百通”。Multisim軟件功能全面強(qiáng)大，完全可滿足群內(nèi)課程實(shí)驗(yàn)需要。該軟件集電路設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試于一體，獨(dú)有的3Dvirtual器件和虛擬儀器，使得軟件與實(shí)際硬件高度一致，通過“軟硬結(jié)合”、“虛實(shí)結(jié)合”，即虛擬軟件操作和實(shí)驗(yàn)室實(shí)際硬件操作相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和動(dòng)手能力的提高。

MOOC是目前世界上非常流行的一種教學(xué)手段，是計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展到今天對(duì)教育的貢獻(xiàn)。其以一種大規(guī)模開放的在線課程教學(xué)形式進(jìn)行傳播，沒有“門檻”限制，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)無校界、無國界的資源共享。但是，針對(duì)繁雜的MOOC課程，在校學(xué)生如何更有效地利用其資源、應(yīng)對(duì)工程問題的復(fù)雜性，則需要專業(yè)教師的引導(dǎo)。

借助現(xiàn)代化的教育手段，利用EDA和MOOC等先進(jìn)的教學(xué)工具，使學(xué)生從深?yuàn)W枯燥的理論學(xué)習(xí)中解脫出來，使學(xué)生在充分掌握扎實(shí)的理論知識(shí)的同時(shí)，具備電子設(shè)計(jì)創(chuàng)新的熱情；從不斷的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題，將學(xué)習(xí)從一種被動(dòng)變成一種需要，充分開發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛力，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生成為一名卓越工程師所必須具備的學(xué)習(xí)能力。

2.現(xiàn)階段教學(xué)存在的主要問題

電工學(xué)作為非電類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)電類技術(shù)的基礎(chǔ)課，其教學(xué)內(nèi)容包含電路理論、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)等，其中多是與模電、數(shù)電理論教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，往往是學(xué)生真正接觸各種電子器件和測(cè)試儀器的最初體驗(yàn)，也是培養(yǎng)學(xué)生“工程師意識(shí)”基礎(chǔ)的重要環(huán)節(jié)。然而，根據(jù)電工學(xué)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀和教學(xué)效果調(diào)查，其中存在諸多問題。

1.純理論教學(xué)內(nèi)容過于繁雜且枯燥，學(xué)生學(xué)習(xí)起來費(fèi)勁，容易產(chǎn)生厭學(xué)感。

2.實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)偏少：重理論、輕實(shí)踐現(xiàn)象比較普遍，理論/實(shí)驗(yàn)課時(shí)比過大。按照國家“教指委”的教學(xué)指導(dǎo)意見：模電教學(xué)64～72，模電實(shí)驗(yàn)24～34，取平均，理論課68/實(shí)驗(yàn)28：約2.43∶1；數(shù)電教學(xué)56～64，數(shù)電實(shí)驗(yàn)32～40，取平均，理論課60/實(shí)驗(yàn)42：約1.43∶1。而在實(shí)際教學(xué)安排上，由于電工學(xué)包含內(nèi)容繁多，電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課時(shí)安排往往嚴(yán)重不足。

3.理論與實(shí)踐教學(xué)分離。由于理論課教師不參加實(shí)驗(yàn)，對(duì)電工學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也不了解，導(dǎo)致學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)覺理論和實(shí)踐不大一樣，實(shí)驗(yàn)課只是消極、被動(dòng)地“配合”，以完成教學(xué)課時(shí)內(nèi)容為任務(wù)，使得實(shí)驗(yàn)課教師缺乏積極性。

4.實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)置和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排不合理。實(shí)驗(yàn)技術(shù)強(qiáng)度大，教師工作量比較大，特別是數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)，往往要連接十幾乃至幾十根線，出了故障短時(shí)間很難排查。

另外，電子實(shí)驗(yàn)設(shè)備的設(shè)置往往沒有從學(xué)習(xí)者的角度考慮問題，要么使用“AUTO”鍵（傻瓜鍵），要么需要按各種菜單進(jìn)行選擇，使用起來很不方便。

5.學(xué)生大多會(huì)做題、能考試，但實(shí)踐能力差，為了好的成績(jī)，只會(huì)按老師的要求步驟做實(shí)驗(yàn)，而不知道為什么這樣做，實(shí)驗(yàn)做完也就忘了，沒有思考，教學(xué)效果不好，遇到實(shí)際問題時(shí)存在“學(xué)了不會(huì)用”的情況。

3.解決方案

1.保證合理的實(shí)踐教學(xué)課時(shí)。除了要安排跟課程進(jìn)度匹配的實(shí)驗(yàn)教學(xué)外，可以通過增加課程設(shè)計(jì)、工程實(shí)訓(xùn)等增加實(shí)踐環(huán)節(jié)的課時(shí)。學(xué)生通過自主設(shè)計(jì)電路、元件焊裝、整體電路的安裝調(diào)試三個(gè)階段，完成給定的設(shè)計(jì)任務(wù)要求。通過動(dòng)手實(shí)踐，初步培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，接觸生產(chǎn)實(shí)際中電工電子電路的設(shè)計(jì)與安裝要求。

2.利用EDA等教學(xué)手段優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，模擬電子實(shí)驗(yàn)——以硬件調(diào)試為主、虛擬仿真為輔；而在數(shù)字電子實(shí)驗(yàn)中，除了一些需要做技術(shù)指標(biāo)測(cè)量的硬件實(shí)驗(yàn)外，可采用電子仿真軟件把數(shù)電實(shí)驗(yàn)布置為課外作業(yè)，一方面可大大減少驗(yàn)證性的硬件實(shí)驗(yàn)，另一方面可減少數(shù)電實(shí)驗(yàn)的“非技術(shù)性勞動(dòng)”，解決實(shí)驗(yàn)課時(shí)偏少的矛盾。另外，利用EDA等先進(jìn)教學(xué)工具，可以有效驗(yàn)證電路的正確性，使學(xué)生更直觀、迅速地得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并可隨時(shí)改進(jìn)自己的設(shè)計(jì)，以得到正確的設(shè)計(jì)方案。從設(shè)計(jì)到仿真，修改設(shè)計(jì)，再仿真……如此良性循環(huán)，使學(xué)生從工程設(shè)計(jì)過程中得到較大滿足感，提高學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生作為一名優(yōu)秀的工程師所必須具備的基本思路和素質(zhì)。

3.指導(dǎo)學(xué)生充分利用MOOC的網(wǎng)絡(luò)資源。每個(gè)學(xué)生對(duì)課堂所學(xué)的要求是不同的，根據(jù)學(xué)生的不同需要，可以有選擇地讓他們利用課余時(shí)間在MOOC上學(xué)習(xí)。對(duì)不同層次學(xué)生進(jìn)行分組，布置相應(yīng)難度的設(shè)計(jì)課題，讓學(xué)生自主地在MOOC中尋找解決問題的方法，然后以小組匯報(bào)模式進(jìn)行統(tǒng)一答辯，實(shí)現(xiàn)“翻轉(zhuǎn)課堂”，提高學(xué)生自我培養(yǎng)的意識(shí)。最后由教師將這些分散的知識(shí)點(diǎn)整合起來，深入講解教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)，讓學(xué)生形成一整套完整的知識(shí)體系。

4.選擇合適的電子實(shí)驗(yàn)設(shè)備，提高硬件實(shí)驗(yàn)效率。模擬電子實(shí)驗(yàn)屬于基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，盡量采用“實(shí)驗(yàn)單元模塊”方式，便于實(shí)驗(yàn)中損壞的及時(shí)更換，減少占用實(shí)驗(yàn)課內(nèi)時(shí)間。采用多種“實(shí)驗(yàn)單元模塊”的組合，可構(gòu)筑成技術(shù)要求較高的“電子系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生多方案解決實(shí)踐問題的思維能力。同時(shí)，在新建、擴(kuò)建或改建實(shí)驗(yàn)室，增添電子儀器設(shè)備時(shí)，適當(dāng)從使用者的角度考慮，減少不必要的“儀器調(diào)整耗費(fèi)時(shí)間”，摒除一些高性能指標(biāo)的復(fù)雜電子儀器。

4.結(jié)語

從整個(gè)教學(xué)系統(tǒng)環(huán)節(jié)入手，進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；將枯燥的電工學(xué)理論知識(shí)變?yōu)閯?dòng)畫，讓學(xué)生把課本的靜態(tài)圖形象成動(dòng)態(tài)電路，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)電類知識(shí)的學(xué)習(xí)熱情和動(dòng)力；充分利用已有的EDA和MOOC等現(xiàn)代化教學(xué)手段，培養(yǎng)學(xué)生的“工程師思維”，全面提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力；踐行學(xué)做結(jié)合、項(xiàng)目帶動(dòng)、個(gè)性發(fā)展的實(shí)踐教學(xué)模式；同時(shí)加強(qiáng)師生互動(dòng)，豐富教師知識(shí)，使教學(xué)相得益彰。

當(dāng)然，予人一碗水，先備一桶水。為了做好應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，教師自己首先必須是應(yīng)用型教師。讓學(xué)生從興趣出發(fā)，在與教師的交往、互動(dòng)中學(xué)習(xí)，在實(shí)際訓(xùn)練中成長(zhǎng)是高校教師的職責(zé)，如何培養(yǎng)造就創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才，還需要不斷探索。

參考文獻(xiàn)：

[1]林健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”專業(yè)培養(yǎng)方案研究[J].清華大學(xué)教育研究，2011，32（2）：47-55.

[2]王桂琴，王墨林，詹迪鈮.電工學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革與探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32（4）：84-85.

[3]陳遇春，王軍.高等學(xué)校教學(xué)任務(wù)約定制度的實(shí)踐探索[J].中國高教研究，2011（3）：89-90.

[4]教育部關(guān)于批準(zhǔn)第一批“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”高校的通知[Z].中華人民共和國教育部，教高函[2010]7號(hào)，2010，6.

本文系安徽大學(xué)教學(xué)項(xiàng)目（JYXM201343）階段性成果，受安徽省重大教學(xué)改革研究項(xiàng)目（2013zdjy038）資助。