基于卓越工程師培養(yǎng)的“電工學(xué)”課程改革

薛燕 劉磊明 尤佳 王宏

【摘要】首先通過分析非電類專業(yè)“電工學(xué)”課程的教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的基本要求，對“電工學(xué)”課程體系進(jìn)行教學(xué)改革的研究。確立以培養(yǎng)工程師為目標(biāo)的課程改革思想，通過改革教學(xué)方法、教學(xué)手段和引入myDAQ套件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高卓越計劃中學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力、思維開創(chuàng)性能力和創(chuàng)新性能力。

【關(guān)鍵詞】卓越工程師 電工學(xué)課程體系 myDAQ

【中圖分類號】G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）10 -0045-02

卓越工程師教育培養(yǎng)計劃主要目標(biāo)是培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的各類型高素質(zhì)工程技術(shù)人才，即卓越工程師后備人才（以下簡稱卓越工程師），促進(jìn)我國由工程教育大國邁向工程教育強(qiáng)國[1]。2010年北京科技大學(xué)（以下簡稱我校）成為首批實(shí)施卓越計劃的高校之一，我校成立高等工程師學(xué)院，以四個優(yōu)勢學(xué)科為依托，選擇礦物資源工程、冶金工程、材料科學(xué)與工程、機(jī)械工程與自動化作為首批卓越計劃專業(yè)，開展卓越工程師培養(yǎng)工作。

電工學(xué)是一門理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)的非電類專業(yè)學(xué)科基礎(chǔ)課程，既強(qiáng)調(diào)知識的綜合性、實(shí)用性，又強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新能力、綜合分析和解決生產(chǎn)實(shí)踐問題的能力。目前傳統(tǒng)的電工學(xué)課程體系及教學(xué)模式跟卓越計劃的培養(yǎng)理念和教學(xué)需要還有一定的距離，因此，如何較好地實(shí)施卓越班級的電工學(xué)教學(xué)，已成為了各高校面臨的一項(xiàng)新課題。

目前我校的電工學(xué)在進(jìn)行針對卓越計劃的仿真與實(shí)踐相結(jié)合的電工電子課程改革，這是教育部“專業(yè)綜合改革試點(diǎn)”類的教育教學(xué)改革與研究項(xiàng)目。該教改項(xiàng)目已經(jīng)實(shí)施一年多，下面結(jié)合筆者在卓越班級課堂教學(xué)的工作實(shí)踐，談?wù)勛吭焦こ處煴尘跋码姽W(xué)課程改革的粗淺認(rèn)識和一點(diǎn)體會。

一、針對卓越劃提出的教學(xué)要求

本科層次卓越工程師在能力方面要達(dá)到以下五方面要求[2]。（1）學(xué)習(xí)能力具有信息獲取和職業(yè)發(fā)展學(xué)習(xí)能力。（2）分析解決問題能力具有分析、提出方案并解決工程實(shí)際問題的能力。（3）創(chuàng)新意識和開發(fā)設(shè)計能力具有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識和進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計、技術(shù)改造與創(chuàng)新的初步能力。（4）管理與溝通合作能力具有較好的組織管理能力、較強(qiáng)的交流溝通、環(huán)境適應(yīng)和團(tuán)隊(duì)合作的能力。（5）危機(jī)處理能力具有應(yīng)對危機(jī)與突發(fā)事件的初步能力。

結(jié)合卓越計劃，在仿真與實(shí)踐相結(jié)合的電工電子課程改革中，該教研組針對目前電工學(xué)課程體系中不適合工程師培養(yǎng)計劃的一系列問題，給出了相應(yīng)的改革措施。

二、針對卓越計劃課程提出的電工學(xué)教學(xué)不足

結(jié)合電工學(xué)的課程教學(xué)內(nèi)容、卓越計劃的培養(yǎng)要求以及課時安排，目前電工學(xué)課程的教學(xué)環(huán)節(jié)存在的難點(diǎn)和不足。

1.教學(xué)內(nèi)容方面

原有的電工學(xué)教學(xué)中存在一些問題亟待解決問題，原有的課程內(nèi)容體系建立在知識的系統(tǒng)性和完整性之上，在知識點(diǎn)的選擇和安排上沒有脫離傳統(tǒng)的教學(xué)理念，所用教材的知識內(nèi)容體系創(chuàng)新性不夠，沒有體現(xiàn)“卓越工程師”培養(yǎng)計劃中所要求的“工程能力”主線，與生產(chǎn)實(shí)際要求的課程內(nèi)容或知識點(diǎn)的編排存在一定的差距[3]。

2.實(shí)驗(yàn)實(shí)踐方面

原有的電工學(xué)所進(jìn)行的電工電子實(shí)驗(yàn)均為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，且在在實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行，大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)電路都已經(jīng)連接好，學(xué)生來到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行簡單的連接就可以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)了，這種情況雖然能比較順利地完成實(shí)驗(yàn)，根本體現(xiàn)不出卓越培養(yǎng)計劃的分析解決問題能力。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上缺少綜合實(shí)驗(yàn)、自主設(shè)計實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，不注意注重實(shí)際應(yīng)用和增加學(xué)生動手能力的培養(yǎng)，無法體現(xiàn)卓越培養(yǎng)計劃的創(chuàng)新意識和開發(fā)設(shè)計能力。

3.師資方面

卓越計劃的實(shí)施，師資是關(guān)鍵。目前的青年教師大都是博士畢業(yè)之后直接上崗，科研經(jīng)驗(yàn)豐富而工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相對不足，在實(shí)踐能力上還有所欠缺，對于如何將基礎(chǔ)知識和工程實(shí)際結(jié)合起來還有一些力不從心。

同時教師不注意采取先進(jìn)的教學(xué)手段來充實(shí)自己的教學(xué)活動，忽視案例教學(xué)、問題教學(xué)等方式的運(yùn)用，導(dǎo)致教學(xué)信息量太小，無法傳授更多的知識[4]。課程教學(xué)中只是理論知識的簡單講解，沒有結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行教學(xué)[5]，無法針對卓越培養(yǎng)計劃中的學(xué)習(xí)能力，既對學(xué)生應(yīng)具有信息獲取和職業(yè)發(fā)展學(xué)習(xí)能力有所提高。

三、針對卓越計劃的電工學(xué)課程改革

為達(dá)到工程創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)要求，提高“電工學(xué)”課堂教學(xué)的效果，該教研組在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、考核方式等多方面進(jìn)行了一些嘗試，尤其是進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)改革，主要內(nèi)容如下：

1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

電工學(xué)主要內(nèi)容包含電路分析，變壓器，電動機(jī)，電氣控制，PLC，模擬電子和數(shù)字電子，因此針對卓越計劃電工學(xué)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了一系列的調(diào)整。

對電路分析的內(nèi)容可適當(dāng)減少，而數(shù)字電子技術(shù)的內(nèi)容適當(dāng)加強(qiáng)。對于非電類專業(yè)卓越計劃的學(xué)生而言，電路分析的內(nèi)容只要保證兩方面的基本內(nèi)容，一是生活和工程實(shí)際中常遇到的如單相交流電路、三相交流電路以及安全用電等方面的基本概念和知識；第二是學(xué)習(xí)電子電路所必須的電路分析基礎(chǔ)知識，包括電路基本定律、基本定理和電路基本分析方法等。

分立電路的內(nèi)容可大大壓縮，沒必要進(jìn)行系統(tǒng)的介紹。在介紹集成器件時沒必要介紹集成器件的內(nèi)部電路原理，而主要介紹集成器件的外部特性、主要功能、主要參數(shù)以及如何應(yīng)用。使工程應(yīng)用更多的集成電路（ 如集成運(yùn)算放大器、集成功率放大器等模擬集成電路和集成門電路、集成觸發(fā)器等數(shù)字集成電路）的學(xué)習(xí)有了必要的基礎(chǔ)和更多的學(xué)時保證。

于此同時，還應(yīng)加大與工程相關(guān)的強(qiáng)電、電機(jī)及控制方面內(nèi)容的比重，以適應(yīng)培養(yǎng)卓越計劃人才的需求。電工學(xué)在課程內(nèi)容組識和教學(xué)過程中，必須保證建立電工電子工程的基本理論和基本方法。同時通過適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)手段和實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)卓越計劃中學(xué)生嚴(yán)密的思維能力和基本實(shí)踐技能，提高他們綜合分析問題和解決問題的能力。

2.制定教學(xué)目標(biāo)

電工學(xué)課程需要為電工電子技術(shù)應(yīng)用于非電工程實(shí)際應(yīng)用打下必要的基礎(chǔ)，使卓越計劃的學(xué)生在將來的工作中有較寬的視野，能從學(xué)科交叉應(yīng)用的角度來思考和處理問題，電工學(xué)課程的教學(xué)除了保證其基礎(chǔ)性外，還要特別注意其在非電工程領(lǐng)域的應(yīng)用性。因此在課程的教學(xué)內(nèi)容中要避免完全的紙上談兵，應(yīng)強(qiáng)調(diào)理論知識的工程應(yīng)用。每章給出應(yīng)用舉例，使得基礎(chǔ)與應(yīng)用、理論與實(shí)際有機(jī)結(jié)合，力求基礎(chǔ)性與應(yīng)用性的較好統(tǒng)一。在課程教學(xué)內(nèi)容的組織中，選取一定量的綜合應(yīng)用系統(tǒng)的例子。通過這些例子的介紹，不但使學(xué)生鞏固從單元電路學(xué)到的基本理論和基本知識，還拓展了所學(xué)知識，更重要的是提高了對不同單元電路、不同知識綜合運(yùn)用的能力，同時還建立了工程應(yīng)用系統(tǒng)的概念。

3. 教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革

該教研組針對卓越計劃使用了多種教學(xué)方法：

針對卓越計劃的學(xué)生分屬不同的專業(yè)，進(jìn)行了電工學(xué)的分層次教學(xué)。分層次法是指依據(jù)各專業(yè)及各專業(yè)的特點(diǎn)，合理劃分學(xué)生層次，研究各層次學(xué)生的知識需求特點(diǎn)。例如針對機(jī)械工程及自動化專業(yè)特點(diǎn)，注意機(jī)械和電工電子的學(xué)科交叉，重新提煉教學(xué)內(nèi)容，增加符合機(jī)械學(xué)科要求的實(shí)例，如電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)的設(shè)計，理論聯(lián)系實(shí)際，讓學(xué)生能感知到所學(xué)知識和自己的專業(yè)密切相關(guān)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，融知識學(xué)習(xí)、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育于一體。

針對卓越計劃的學(xué)生進(jìn)行了電工學(xué)的項(xiàng)目教學(xué)。其中信息的收集、方案的設(shè)計、項(xiàng)目實(shí)施及最終評價，都由學(xué)生全部或部分獨(dú)立組織、安排學(xué)習(xí)行為，解決在處理項(xiàng)目中遇到的困難。例如在數(shù)字電子技術(shù)部分，要求學(xué)生設(shè)計各種功能的數(shù)字電路，并通過仿真軟件Multisim12來實(shí)現(xiàn)。這樣不僅傳授給學(xué)生理論知識和操作技能，而且培養(yǎng)了他們的實(shí)踐能力。更能符合“卓越計劃”對人才培養(yǎng)模式的分析解決問題能力的需求。

針對卓越計劃的學(xué)生進(jìn)行了電工學(xué)的問題教學(xué)法。通過設(shè)置問題，使學(xué)生用已有的知識去分析新問題，理解和接受新知識，把培養(yǎng)學(xué)生的主動思維能力作為側(cè)重點(diǎn)，使他們從煩瑣的記憶中擺脫出來。讓學(xué)生在圍繞問題進(jìn)行學(xué)習(xí)，能準(zhǔn)確地把握住要點(diǎn)，以提高學(xué)習(xí)效率。例如在病房優(yōu)先呼叫系統(tǒng)中，如何設(shè)計呼叫具有不同優(yōu)先級別，針對不同的芯片如何實(shí)現(xiàn)等問題展開教學(xué)。

4. 強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

根據(jù)針對卓越計劃對工程技術(shù)人才的素質(zhì)、知識和能力要求，該教研組將Multisim等仿真軟件及myDAQ套件作為學(xué)習(xí)工具融合于電工電子的課堂及實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。一方面通過直觀、形象的仿真實(shí)例教學(xué)可在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，即自己動手設(shè)計，實(shí)現(xiàn)理論到實(shí)踐的過渡。另一方面由于myDAQ套件便于學(xué)生自主操作，可大大拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)空間和時間，對學(xué)生綜合分析能力、開發(fā)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都大有裨益。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的條件，通過完全開放和自主實(shí)驗(yàn)等手段，給卓越計劃的每位學(xué)生發(fā)放一份實(shí)驗(yàn)套件（其中包含myDAQ套件、各種二極管、三極管、運(yùn)算放大器、面包板、各種型號的電阻、電容、電感、導(dǎo)線、電烙鐵等），讓每位學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)的要求課下完成實(shí)驗(yàn)電路的連接以及調(diào)試，調(diào)試好以后再到實(shí)驗(yàn)室跟實(shí)驗(yàn)老師進(jìn)行交流，這種方法不僅鍛煉了課下學(xué)生獨(dú)立動手組裝、焊接、調(diào)試電路的能力，提高了學(xué)生獨(dú)立面對問題時分析解決問題能力，而且節(jié)省了大量課上試驗(yàn)時間，使學(xué)生在課上了解并實(shí)踐更多諸如Multisim仿真軟件應(yīng)用等方面的新內(nèi)容、新技術(shù)，從而大幅度提升學(xué)生的軟、硬平臺相結(jié)合的綜合設(shè)計能力和創(chuàng)新意識。

除了設(shè)置教學(xué)大綱規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，還增加了一些設(shè)計性綜合實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以應(yīng)用myDAQ套件方便的自主選擇感興趣的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作，有的同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計，有的同學(xué)進(jìn)行實(shí)施滿足了對不同層次學(xué)生動手能力的培養(yǎng)需求，激勵了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高了實(shí)驗(yàn)效果。由于應(yīng)用myDAQ套件促使學(xué)生參加創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)成為可能，進(jìn)一步提升實(shí)驗(yàn)在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的作用，充分調(diào)動學(xué)生自主參與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新活動的積極性，通過自主查閱資料，設(shè)計開發(fā)感興趣的電路，激發(fā)學(xué)員創(chuàng)新性思維。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)為學(xué)生科學(xué)文化素質(zhì)和工程素質(zhì)能力的培養(yǎng)提供了一個很好的平臺，卓越計劃學(xué)生的實(shí)踐能力、運(yùn)用知識的能力和創(chuàng)新能力得到大幅提升。

5.考核機(jī)制的改革

針對卓越計劃的學(xué)生，把平時自主設(shè)計開發(fā)的一些實(shí)驗(yàn)的納入到考試成績中，大幅提高平時成績的比列，把解決實(shí)際問題的能力的要求提高到一定程度，摒棄以前只靠卷面分?jǐn)?shù)，平時作業(yè)確定最終分?jǐn)?shù)的考核機(jī)制。

6.建立教學(xué)團(tuán)隊(duì)合作

卓越計劃的電工學(xué)課程教學(xué)的教師，既要根據(jù)改革后的課程和教學(xué)內(nèi)容，采取相應(yīng)的研究性教學(xué)方式組織和開展教學(xué)，又要確保學(xué)生的知識、能力和素質(zhì)方面達(dá)到卓越工程師培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。這些工作不可能由一位教師單獨(dú)完成，因此需要擔(dān)任課程教學(xué)的教師之間的通力合作，電工學(xué)教研組由若干名知識、能力和經(jīng)驗(yàn)互補(bǔ)，既分工明確、又密切配合的教師組成。教學(xué)團(tuán)隊(duì)中的每位教師在知識結(jié)構(gòu)、教學(xué)能力、研發(fā)水平和工程經(jīng)歷等方面既各有優(yōu)勢，又各有不足，針對卓越計劃在教育教學(xué)方面提出的要求，需要教師之間的共同努力才能完成。

四、小結(jié)

本文首先對卓越工程師培養(yǎng)的要求進(jìn)行了介紹，然后針對“電工學(xué)”課程不足的基礎(chǔ)上，基于卓越工程師計劃的要求，教改組各位教師進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作，對該課程的理論教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了深度改革。在電工學(xué)課程的教學(xué)中，只有對教學(xué)方法、教學(xué)手段和實(shí)驗(yàn)途徑等不斷進(jìn)行改革與優(yōu)化，才能適應(yīng)卓越工程師培養(yǎng)計劃的人才培養(yǎng)模式的需要，提高卓越計劃人才培養(yǎng)質(zhì)量。

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基金項(xiàng)目：北京科技大學(xué)教育教學(xué)改革與研究項(xiàng)目（教育部“專業(yè)綜合改革試點(diǎn)”類）（JYBZYSD201206）