工程教育認(rèn)證背景下“電路原理”課程的改革實(shí)踐

王偉 吳國(guó)慶 張燕君 畢衛(wèi)紅 齊躍峰

摘要：第四次工業(yè)革命的時(shí)代背景下，亟須大量高素質(zhì)、高質(zhì)量的工程科技人才。作為培養(yǎng)工程科技人才的源頭，高校承擔(dān)著提升工程教育質(zhì)量的重任。文章基于燕山大學(xué)光電子工程系近年在“電路原理”授課過(guò)程中的一些改革，對(duì)工程教育認(rèn)證背景下專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課的改革與實(shí)踐進(jìn)行了研究與分析，重點(diǎn)對(duì)“成果導(dǎo)向”、“復(fù)雜工程問(wèn)題”和“學(xué)生為中心”等方面進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：工程教育認(rèn)證;“電路原理”;成果導(dǎo)向

中圖分類(lèi)號(hào)：G642? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2019）50-0120-02

一、引言

第四次工業(yè)革命的時(shí)代背景下，新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新技術(shù)和新模式層出不窮。隨著新興產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，亟須大量高素質(zhì)高質(zhì)量的工程科技人才。作為培養(yǎng)工程科技人才的源頭，高校如何提升工程教育的質(zhì)量受到社會(huì)各界的重視[1]?！半娐吩怼闭n程是高等院校本科電子與電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，也是機(jī)械類(lèi)、計(jì)算機(jī)類(lèi)等專(zhuān)業(yè)的必修課，在這些專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)中起著承前啟后的重要作用。本文基于燕山大學(xué)光電子工程系近年在“電路原理”授課過(guò)程中的一些改革，對(duì)工程教育認(rèn)證背景下專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課的改革與實(shí)踐進(jìn)行了研究與分析。

二、燕山大學(xué)“電路原理”課程基本情況

專(zhuān)業(yè)認(rèn)證是高等教育認(rèn)證的重要組成部分。自我國(guó)正式加入“華盛頓協(xié)議”以來(lái)，越來(lái)越多的學(xué)校和專(zhuān)業(yè)開(kāi)始積極推進(jìn)認(rèn)證工作。2016年，作為教育部選定的兩所高校之一，燕山大學(xué)接受了“華盛頓協(xié)議”國(guó)際專(zhuān)家的觀(guān)摩考察。迄今為止，學(xué)校共有電子信息工程等10個(gè)工科專(zhuān)業(yè)通過(guò)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證。燕山大學(xué)光電子工程系承擔(dān)著信息科學(xué)與工程與電氣工程兩個(gè)學(xué)院共計(jì)9個(gè)專(zhuān)業(yè)的“電路原理”課程授課工作，其中包含6個(gè)通過(guò)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證專(zhuān)業(yè)。如何正確理解“電路原理”等專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課在整個(gè)工程教育課程和人才培養(yǎng)體系中承上啟下的特殊地位，同時(shí)針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，實(shí)施成果導(dǎo)向的差異化授課并持續(xù)改進(jìn)，是培養(yǎng)合格的專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)人才的重要問(wèn)題，也是“電路理論”授課團(tuán)隊(duì)面對(duì)和需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

三、工程教育認(rèn)證背景下電路課程的改革與實(shí)踐

1.面向不同專(zhuān)業(yè)畢業(yè)要求的差異化成果導(dǎo)向。首先，應(yīng)該針對(duì)各專(zhuān)業(yè)畢業(yè)要求及電路課程在專(zhuān)業(yè)整體人才培養(yǎng)框架中的地位，差異化制定教學(xué)大綱。以授課課時(shí)為例，電子與電氣信息類(lèi)各專(zhuān)業(yè)，包括電子信息工程和電氣工程及其自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)，“電路理論”課時(shí)安排為72/12（總時(shí)長(zhǎng)72學(xué)時(shí)，理論60學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)12學(xué)時(shí)），而為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的“電路理論”課時(shí)則縮短為64/8。在具體內(nèi)容的講授方面，根據(jù)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)及要求定制授課內(nèi)容。如自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)刪除關(guān)于“耦合電感”和“空心變壓器與理想變壓器”兩部分內(nèi)容;而測(cè)控專(zhuān)業(yè)則不再學(xué)習(xí)“特勒根定理”和“互易定理”等內(nèi)容。其次，即使對(duì)于同一知識(shí)點(diǎn)的講授，也要根據(jù)不同專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)引入符合專(zhuān)業(yè)特色的工程實(shí)例。例如，在講授“電阻”特性時(shí)，對(duì)于信息學(xué)院各專(zhuān)業(yè)學(xué)生，今后會(huì)涉及設(shè)計(jì)有源濾波器對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理等方面的知識(shí)，所以應(yīng)該強(qiáng)調(diào)電阻的精度及噪聲問(wèn)題;而對(duì)于電氣學(xué)院各專(zhuān)業(yè)學(xué)生，應(yīng)強(qiáng)調(diào)電阻的“額定功率”這一參數(shù)。再比如講授“諧振”概念時(shí)，對(duì)于通信工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生，應(yīng)引入利用諧振效應(yīng)進(jìn)行選頻的例子，為將來(lái)“高頻電子線(xiàn)路”課程作鋪墊;對(duì)于電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生，加入諧振過(guò)電壓及其對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的危害等知識(shí)更為合適。

2.對(duì)學(xué)生“復(fù)雜工程問(wèn)題”相關(guān)能力的培養(yǎng)。專(zhuān)業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)12條畢業(yè)要求中有8條與解決復(fù)雜工程問(wèn)題直接相關(guān)，培養(yǎng)“復(fù)雜工程問(wèn)題”的能力是我國(guó)高等院校本科工程專(zhuān)業(yè)達(dá)成工程教育認(rèn)證要求的重點(diǎn)和難點(diǎn)。但是要注意，解決“復(fù)雜工程問(wèn)題”能力的培養(yǎng)是貫穿學(xué)生整個(gè)大學(xué)四年學(xué)習(xí)的循序漸進(jìn)的系統(tǒng)工程，應(yīng)充分考慮學(xué)生所處的年級(jí)、知識(shí)構(gòu)成及工程問(wèn)題復(fù)雜程度的相對(duì)性，來(lái)選擇適合學(xué)生的“復(fù)雜工程問(wèn)題”案例，而不應(yīng)將“復(fù)雜工程問(wèn)題”擴(kuò)大化。

“電路原理”課程是電子與電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，它雖然是數(shù)學(xué)、物理學(xué)等公共課的后續(xù)課程，但是卻在其他專(zhuān)業(yè)課之前開(kāi)設(shè)，因此學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)僅限于“電路原理”課程本身。對(duì)于處于上述階段的學(xué)生，以下兩類(lèi)問(wèn)題均可以較好地鍛煉學(xué)生“復(fù)雜工程問(wèn)題”的相關(guān)能力。第一類(lèi)問(wèn)題是需要綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理知識(shí)和電路多個(gè)知識(shí)點(diǎn)才能夠分析和解決的問(wèn)題。以張燕君等人編著的《電路原理》教材[2]第七章課后習(xí)題7—21題為例。在求解此題時(shí)，步驟為：（1）利用疊加定理將多個(gè)正弦電壓源的同時(shí)作用分解成各電源的單獨(dú)作用;（2）將時(shí)域電路模型轉(zhuǎn)換為相量模型并求解;（3）再回到時(shí)域疊加得到最終結(jié)果。在分析電路時(shí)，學(xué)生還需要思考以下問(wèn)題：40mH電感和25μF電感的并聯(lián)支路、10mH電感和25μF電感的并聯(lián)支路分別在基頻和二次諧波頻率發(fā)生諧振，該如何處理？多個(gè)不同頻率的正弦電流相疊加，其有效值（電流表的示數(shù)）應(yīng)該如何計(jì)算？從上面的分析可以看出，此題涉及復(fù)數(shù)運(yùn)算、疊加定理、諧振等多個(gè)數(shù)學(xué)和電路知識(shí)點(diǎn)，對(duì)于現(xiàn)階段學(xué)生解決“復(fù)雜工程問(wèn)題”的能力具有一定的培養(yǎng)作用。第二類(lèi)問(wèn)題是針對(duì)生活中的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行實(shí)踐的問(wèn)題。比如讓學(xué)生設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單電路對(duì)墻體內(nèi)電線(xiàn)位置進(jìn)行檢測(cè)，就需要學(xué)生完成原理分析、方案設(shè)計(jì)、元器件選型、電路搭建和調(diào)試等整個(gè)過(guò)程，也可以極大地鍛煉學(xué)生解決“復(fù)雜工程問(wèn)題”的相關(guān)能力。

3.多項(xiàng)措施保障“以學(xué)生為中心”。據(jù)中國(guó)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)每年有120余萬(wàn)工科專(zhuān)業(yè)本科畢業(yè)生。因此，除了全國(guó)排名前列的少數(shù)大學(xué)，絕大多數(shù)本科院校存在師生比低的問(wèn)題，師資力量不足以支撐“小班授課”。同時(shí)，專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)時(shí)不斷壓縮，在大班授課情況下使用“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)方式，由于上臺(tái)講課的學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)把握深度及熟練度有所欠缺，容易影響教學(xué)效果，同時(shí)造成拖堂等現(xiàn)象。因此，燕山大學(xué)“電路理論”課程仍然采用以教師講授為主的傳統(tǒng)授課方式，授課容量一般在100人以上。

基于上述現(xiàn)狀，筆者及電路理論教學(xué)團(tuán)隊(duì)探索了以下兩種方式，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與主動(dòng)性。一是嘗試“大班授課與小班研討相結(jié)合”的教學(xué)模式。2016年，筆者在為電子科學(xué)與技術(shù)及光電信息科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)授課時(shí)，即采用了此種模式：理論授課使用3個(gè)班一起的大班授課。習(xí)題課改為1個(gè)班單獨(dú)上課，并采用“翻轉(zhuǎn)課堂”的方式。二是將“三級(jí)項(xiàng)目”引入“電路理論”課程。自2016年開(kāi)始，在電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的“電路理論”課程中嘗試引入題為《基于×××電路仿真與分析》的三級(jí)項(xiàng)目。授課教師僅使用兩個(gè)學(xué)時(shí)對(duì)電路設(shè)計(jì)軟件“multisim”進(jìn)行簡(jiǎn)單講解，要求學(xué)生利用課下時(shí)間自學(xué)該軟件，并利用此分析軟件完成自選典型電路仿真與分析等任務(wù)，撰寫(xiě)相應(yīng)報(bào)告。利用上述兩種方式，更好地實(shí)踐了“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念[3]，不僅鍛煉了學(xué)生“使用現(xiàn)代工具”等技術(shù)方面的能力，還促進(jìn)了學(xué)生“終身學(xué)習(xí)”等非技術(shù)指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成。

本文對(duì)燕山大學(xué)光電子工程系在工程教育認(rèn)證背景下的“電路原理”課程的改革與實(shí)踐進(jìn)行了研究與分析。通過(guò)面向不同專(zhuān)業(yè)畢業(yè)要求的差異化成果導(dǎo)向、對(duì)學(xué)生“復(fù)雜工程問(wèn)題”相關(guān)能力的培養(yǎng)和多項(xiàng)措施保障“以學(xué)生為中心”等一系列實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，力圖將“電路原理”課程建設(shè)成富有挑戰(zhàn)性的“金課”。

參考文獻(xiàn)：

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[3]李志義.解析工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的學(xué)生中心理念[J].中國(guó)高等教育，2014，（21）：19-22.