非電類專業(yè)電工電子教學(xué)改革探索

柴志軍 劉明亮 吳文智 王云霞 付麗

摘要：文章總結(jié)了非電子類相關(guān)專業(yè)電工電子教學(xué)的基本特點。我們按照各專業(yè)的需求和課程特點將電工學(xué)課程模塊化教學(xué)，將課程分為分為5個基本知識模塊：基礎(chǔ)電路模塊、電機(jī)及電氣控制模塊、模擬電子技術(shù)應(yīng)用模塊、數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用模塊、電工新技術(shù)模塊。根據(jù)非電類專業(yè)的課程特點，從理論課教學(xué)、實驗課教學(xué)和考試改革三個方面提出改革方法，總結(jié)了改革的成效。

關(guān)鍵詞：電工電子教學(xué)；理論課；實驗課；考試改革

一、非電類電工電子模塊化課程體系建設(shè)

非電類電工電子課程教育思想：遵循“以應(yīng)用為目的”的原則，根據(jù)非電類專業(yè)的特點，我們應(yīng)該精選教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)基本概念，注重實際電路的應(yīng)用方法，盡量取消或減少公式推導(dǎo)和證明。同時注意教學(xué)內(nèi)容的合理性與連貫性，讓學(xué)生對知識有整體的把握。在教學(xué)中貫徹以能力培養(yǎng)為主線的教育思想。

開設(shè)電工電子課程的非電類專業(yè)很多，每個專業(yè)也有自己的需求，這樣我們就不能完全按照相同的標(biāo)準(zhǔn)去安排教學(xué)內(nèi)容。為了解決前面提到的問題，我們與各個專業(yè)老師進(jìn)行課程內(nèi)容規(guī)劃的研究，確定每個專業(yè)對電工電子技術(shù)的需求到底是哪一部分內(nèi)容，研究專業(yè)培養(yǎng)方案對本課程的需求，將教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整納入到各個不同專業(yè)的課程體系的改革中。我們調(diào)研了部分國內(nèi)高校，根據(jù)對國內(nèi)外有關(guān)教育及現(xiàn)階段技術(shù)發(fā)展的研究，將電工電子課程的教學(xué)內(nèi)容模塊化。根據(jù)調(diào)查與研究按照課程覆蓋內(nèi)容屬性將電工學(xué)課程分為5個基本教學(xué)模塊：電工基礎(chǔ)、電動機(jī)及電氣控制、模擬電子線路、數(shù)字電子線路、電工電子新技術(shù)。此外，我們根據(jù)不同專業(yè)的特點增添了“電氣防火和防爆”“靜電防護(hù)”“直流伺服電動機(jī)”以及“數(shù)字式萬用表的使用”“兆歐表”等內(nèi)容。

針對不同專業(yè)對電工課程的需求點不同，設(shè)立模塊化教學(xué)單元，按知識模塊統(tǒng)籌安排，確保每個專業(yè)學(xué)到的知識都能滿足本專業(yè)發(fā)展需要。在課程模塊化設(shè)置的基礎(chǔ)上，2009年我們制定了電工電子系列課程的教學(xué)大綱。在執(zhí)行大綱的過程中，不斷收集學(xué)生、專業(yè)的反饋意見，2014年集中完善修訂了理論課程教學(xué)大綱和實驗課程教學(xué)大綱。

二、在非電類電工電子教學(xué)中充分利用計算機(jī)軟件

電工電子是一門專業(yè)性較強(qiáng)的課程，其課程特點是既有對理論的要求又有對專業(yè)技能的要求。在教學(xué)內(nèi)容中經(jīng)常有一些內(nèi)容難以理解，在課堂上僅憑教師的口傳心授很難準(zhǔn)確理解，某些規(guī)律學(xué)生很難明白其中緣由，同時有許多電工電子的概念和定理須要通過實驗方式來解釋。例如，在RLC串聯(lián)諧振電路的過程中，雖然在理論上說明了三個元件的工作原理與諧振條件，但是，實際電路中三個元件的電壓、相位的變化是否與理論分析相吻合是須要通過實驗來驗證的，一旦出現(xiàn)理論與實驗不一致的情況很難和學(xué)生說清楚。在教學(xué)過程中教師可充分利用計算機(jī)輔助教學(xué)，例如可以利用MATLAB等進(jìn)行理論擬合，把各種情況都分析給學(xué)生看，這樣大大提高了教學(xué)效果和效率。2002年以后，我們在電工學(xué)教學(xué)過程中引入了EDA技術(shù)，明顯改善了教學(xué)質(zhì)量，提高了學(xué)生對知識的理解程度。

理論教學(xué)中，我們除了利用傳統(tǒng)教具完成教學(xué)還可以選擇形象直觀的Multisim 和Pspice軟件，借助這些仿真軟件的幫助現(xiàn)場進(jìn)行電路工作特點、工作狀態(tài)的的展示，提高講課效率。

實驗教學(xué)中引入計算機(jī)輔助解決了兩個方面的問題。一是解決了現(xiàn)實中學(xué)生對實驗設(shè)備調(diào)試的抵觸感，很多學(xué)生在調(diào)試設(shè)備的過程中無法快速準(zhǔn)確地完成調(diào)試，這對實驗內(nèi)容有著一定影響，借助計算機(jī)仿真可以方便觀察電路的運行狀態(tài)。二是在實驗教學(xué)過程中，往往需要對實驗電路進(jìn)行不斷的變換與調(diào)整，甚至要徹底改變電路才能達(dá)到設(shè)計指標(biāo)要求，如果每次調(diào)整都要重新連接電路，不僅實驗時間不允許，而且對實驗元件和設(shè)備的消耗也勢必會增加。將EDA技術(shù)引入實驗教學(xué)，每個實驗項目都在課前將實驗安排給學(xué)生，讓學(xué)生先進(jìn)行理論分析與設(shè)計，完成仿真內(nèi)容后，按照仿真電路連接安裝實際電路進(jìn)行調(diào)試。

三、非電類電工電子開放式實驗教學(xué)改革

對于電工電子教學(xué)來說，如果不做實驗相當(dāng)于沒學(xué)過相關(guān)課程，實驗教學(xué)在整個的教學(xué)安排中占有很重要的地位。在長久以來形成的實驗教學(xué)模式中，實驗課程的內(nèi)容設(shè)置一般都是根據(jù)理論結(jié)合較為密切內(nèi)容開設(shè)實驗，通常實驗內(nèi)容比較單一，學(xué)生選擇性不大。從時間安排上來說，實驗室的開放時間不夠多，實驗室只是在規(guī)定的時間允許學(xué)生進(jìn)行實驗，其他時間學(xué)生是無法進(jìn)入實驗室學(xué)習(xí)的。在實驗課過程中學(xué)生按照實驗指南上的實驗步驟按部就班地完成實驗，在整個實驗過程中實際有效的參與過程不多，僅有部分學(xué)生能理解實驗的設(shè)計思路和實驗方案，大部分學(xué)生只是被動的接受與機(jī)械接受。2007年以后，隨著學(xué)校對實驗室建設(shè)力度的加強(qiáng)，我們嘗試了開放實驗室制度，開放式實驗教學(xué)是一種現(xiàn)代化教學(xué)方式，實驗室不僅在常規(guī)實驗課時間開放，在其他時間也可允許學(xué)生來進(jìn)行實驗，做到在時間和空間上立體開放。開放實驗室制度真正做到將實驗時間交給學(xué)生，將實驗內(nèi)容的制定權(quán)交給學(xué)生，讓學(xué)生根據(jù)老師的總體安排來自行設(shè)計實驗內(nèi)容，將實驗課由“叫我做”為“我要做”，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中成為主人。

在實驗室開放的時間里學(xué)生會有更多的時間完成實驗，傳統(tǒng)實驗課一般由教師整齊劃一的以固定人數(shù)、實驗時間來上課。一般實驗時間規(guī)定為2小時，學(xué)生要花時間熟悉實驗設(shè)備，到了下課時間不論學(xué)生實驗完成情況如何、實驗效果怎么樣，都必須退出實驗室，課后學(xué)生基本沒有機(jī)會再補(bǔ)充消化未完成實驗內(nèi)容。對于非電子類專業(yè)同學(xué)來說，知識學(xué)習(xí)本就較為困難，對于動手能力較差的同學(xué)來說實驗課上完還是糊里糊涂，有的只大概知道點內(nèi)容，有的知其然而不知其所以然。按照這樣的教學(xué)方式，教學(xué)效果不是很理想，導(dǎo)致有的同學(xué)對實驗產(chǎn)生畏難情緒，不利于學(xué)生對電工電子實驗產(chǎn)生興趣，難以對學(xué)生的創(chuàng)新能力產(chǎn)生積極影響，打消其研究探索的精神。實行開放實驗室教學(xué)后，實驗內(nèi)容、實驗時間都有較大彈性，學(xué)生可以充分利用課余時間學(xué)習(xí)電工電子相關(guān)的實驗技術(shù)。電子設(shè)備調(diào)試很多較為復(fù)雜，學(xué)生剛開始對儀器不熟悉，課堂時間不夠，可以利用課后時間來補(bǔ)充上課沒有及時消化完成的內(nèi)容。對部分實驗?zāi)芰Σ粡?qiáng)的學(xué)生，可以多花些時間來安排實驗。在實驗的安排上，學(xué)生可以自行預(yù)約實驗時間，根據(jù)自己的時間安排靈活選擇時間，增加了設(shè)備的有效利用率，也解決了學(xué)校增加招生人數(shù)后產(chǎn)生的設(shè)備臺套數(shù)不足的問題。

經(jīng)過幾年的實踐證明，開放實驗室使教學(xué)過程變得更為生動，主動的實驗學(xué)習(xí)過程產(chǎn)生的學(xué)習(xí)效果大大超過傳統(tǒng)的機(jī)械式教學(xué)方法。開放實驗室促進(jìn)了學(xué)生綜合素質(zhì)的發(fā)展，實驗室成為學(xué)生學(xué)習(xí)電工電子知識的“主戰(zhàn)場”，激發(fā)了學(xué)生將本專業(yè)的內(nèi)容與電工電子技術(shù)相結(jié)合的新發(fā)明、新設(shè)計，雖然多數(shù)的設(shè)計還較為初級，但是這必將為學(xué)生以后的工作打下重要基礎(chǔ)，對于學(xué)生來說這樣的學(xué)習(xí)方式是非常適合的。

四、非電類電工電子教學(xué)手段改革

（一）理論課教學(xué)手段改革

對非電類專業(yè)學(xué)生來說電工與電子技術(shù)是學(xué)習(xí)工科課程中較為重要的一門課程，其影響廣泛，幾乎所有的專業(yè)都會與電工電子電路應(yīng)用打交道。電工電子課程中一些內(nèi)容比較抽象，不容易理解，教師在課堂上用“黑板”很難講解清楚這些內(nèi)容。針對這個弊端，在教學(xué)過程中，我們盡量采用多媒體教學(xué)的方法，將實際器件的性能結(jié)構(gòu)完全展示給學(xué)生，使原本抽象的或難以進(jìn)行教具操作的內(nèi)容能簡單直觀地展現(xiàn)給學(xué)生，使教學(xué)過程由難轉(zhuǎn)易。利用多媒體教學(xué)可以節(jié)約課堂時間，這樣我們就把壓縮掉的課時又重新“搶”了回來。

利用越來越普及的計算機(jī)將EDA技術(shù)滲透到理論課教學(xué)進(jìn)程中，利用MATLAB、Multisim 等，把電工電子技術(shù)的理論分析與電路運行過程用計算機(jī)展示給學(xué)生，這樣的教學(xué)手段是我們理論教學(xué)手段改革比較成功的嘗試，在教學(xué)過程中得到學(xué)生好評，學(xué)生愿意學(xué)了，教師愿意教了。

（二）實驗教學(xué)手段的改革

做為工科必修的電工電子課程，其中的實驗教學(xué)是理論教學(xué)不可或缺的有益補(bǔ)充，它與理論課教學(xué)相輔相成，缺一不可。

采用開放實驗室與傳統(tǒng)實驗課程教學(xué)方式相結(jié)合，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主體性，擺脫被動學(xué)習(xí)的狀態(tài)，增強(qiáng)實驗的實際操作性、綜合性和工程實踐性，使學(xué)生的實際動手能力得到充分加強(qiáng)。

為了配合開放實驗制度的實施，實驗室的計算機(jī)都安裝了多種仿真軟件，學(xué)生的實驗器件都放在每個人的器件盒內(nèi)，省去了每次發(fā)放實驗器件的時間，每個人都對自己的實驗器件負(fù)責(zé)，器件盒中包含了大部分實驗中可能使用到的元器件及面包板，這套實驗元器件盒一直伴隨到整個實驗周期結(jié)束。為了方便學(xué)生實驗，我們把實驗?zāi)康暮徒虒W(xué)內(nèi)容要求、實驗室設(shè)備的使用方法、故障檢測及處理等內(nèi)容做成教學(xué)軟件放到網(wǎng)上，便于學(xué)生預(yù)習(xí)和查閱。在實驗中把計算機(jī)輔助設(shè)計和實際電路調(diào)試結(jié)合起來，培養(yǎng)了學(xué)生工科思維，提升了創(chuàng)新能力，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

（三）考試改革

考試改革是近年來較為熱門的研究內(nèi)容，到底考試該如何考才能真正考出水平是當(dāng)下大家考慮的主要問題。我們集思廣益，根據(jù)每個課程的特點，除了采取常用的傳統(tǒng)考試方法以外，我們還嘗試了多種考試方法，如開卷考試、一張紙開卷、寫小論文、實際操作以及筆試加操作等考核方式，還引入計算機(jī)仿真方式，利用計算機(jī)仿真軟件出一些設(shè)計型考題，通過這些考試方法的改革有效減少了學(xué)生考前突擊的學(xué)習(xí)模式，避免學(xué)生了死記硬背的學(xué)習(xí)習(xí)慣。