“電工學(xué)”課程多層次教學(xué)改革研究與探索

劉 波， 吳顯金， 胡燕瑜

(中南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院， 湖南 長沙 410083)

“電工學(xué)”課程多層次教學(xué)改革研究與探索

劉 波， 吳顯金， 胡燕瑜

(中南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院， 湖南 長沙 410083)

本文針對“電工學(xué)”課程教學(xué)中存在的主要問題，從理論教學(xué)、實踐教學(xué)及互聯(lián)網(wǎng)輔助教學(xué)等方面開展多層次教學(xué)改革的研究與探索，將理論知識傳授、實踐技能訓(xùn)練、創(chuàng)新思維培養(yǎng)三者有機結(jié)合起來，研究三位一體的立體化教學(xué)改革模式。教學(xué)實踐證明這些改革和探索達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

電工學(xué)；課堂教學(xué)；實踐教學(xué)

0 引言

“電工學(xué)”是集電學(xué)、工學(xué)、電子和其它學(xué)科理論和技術(shù)于一體，覆蓋面廣、實踐性很強的非電專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。大部分高校均開設(shè)了該門課程，我校的大部分非電專業(yè)也都要學(xué)習(xí)該課程。

對于非電類專業(yè)的學(xué)生而言, 除了掌握電工學(xué)有關(guān)基礎(chǔ)知識以外, 對各種電子設(shè)備和儀器具有較高實際操作能力則更為重要。

作為本科教學(xué)第一線的教師，經(jīng)過近幾年的教學(xué)實踐，發(fā)現(xiàn)該門課程的教學(xué)中存在著一些問題：

(1)課堂氣氛沉悶。目前的教學(xué)模式是任課教師在課堂上單向傳授知識，學(xué)生疲于跟隨教師的講課進(jìn)度，沒有任何獨立思考的空間。

(2)課程內(nèi)容多，學(xué)時少，教學(xué)模式和手段單一。教學(xué)過程中偏重理論知識的傳授和灌輸，很少與實際應(yīng)用相結(jié)合。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不知道所學(xué)知識能解決什么實際問題，造成理論和實踐相脫節(jié)。教學(xué)過程中學(xué)生容易覺得所學(xué)知識理論性強、學(xué)習(xí)內(nèi)容枯燥無味，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣不高。

(3)作業(yè)抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重。

(4)實驗課程的實驗器材和設(shè)備相對簡單和單一，實驗內(nèi)容貧乏。學(xué)生在實驗操作中只需要刻板地按照實驗步驟進(jìn)行, 就能得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。學(xué)生缺乏在實際操作中的獨立思考能力和真正的動手解決問題能力的培訓(xùn)，這使得實驗部分在教學(xué)中沒有起到相應(yīng)的作用。

從當(dāng)前該課程的現(xiàn)狀可以看出，現(xiàn)有的課程教學(xué)模式存在種種弊端。我們認(rèn)為，該課程的教學(xué)應(yīng)該變單一的傳授模式為多層化的教學(xué)方式，將理論知識傳授、實踐技能訓(xùn)練、創(chuàng)新思維培養(yǎng)三者有機結(jié)合起來。在教學(xué)活動的組織和參與中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和熱情，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性，提高學(xué)生綜合素質(zhì)，鍛煉學(xué)生實際動手能力。因此，“電工學(xué)”課程的教學(xué)改革勢在必行。

1 對“電工學(xué)”課程教學(xué)改革的嘗試

針對目前課程教學(xué)出現(xiàn)的問題，從理論教學(xué)、實踐教學(xué)、互聯(lián)網(wǎng)輔助教學(xué)三個方面來開展“電工學(xué)”課程的教學(xué)改革。

1.1 理論教學(xué)

1)仿真軟件引入課堂學(xué)習(xí)

美國國家儀器NI公司推出的最新版本Multisim是一款功能強大且具有創(chuàng)新內(nèi)涵的虛擬仿真軟件，可用來克服在傳統(tǒng)“電工學(xué)”教學(xué)上遇到的很多障礙和問題[1,2]。在“電工學(xué)”的課堂理論教學(xué)中，加入Multisim軟件仿真，并結(jié)合它的最新特性，會發(fā)揮事半功倍的效果。例如：講解例題時，當(dāng)場用仿真軟件畫出電路圖，從仿真圖的仿真電流表和電壓表上可以直接讀數(shù)，然后再通過公式進(jìn)行分析。這使得本來抽象的過程變得形象直接，同時增進(jìn)了師生之間的互動性。學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容更易理解，印象深刻，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到了提高。

2)以實踐為驅(qū)動的研究性教學(xué)

在課堂教學(xué)之前，以課程導(dǎo)學(xué)的方式將教學(xué)內(nèi)容提前布置下來，枯燥的理論往往不容易引起大部分學(xué)生的興趣。要占用學(xué)生的課余時間，必須有足夠吸引力。因此，如果以當(dāng)前最新的科技成果為引例，就能吸引大部分學(xué)生的眼球[3]。之后，在課堂上的學(xué)習(xí)過程中，可以用一些實際的例子來引入概念，通過分析該實例，得出講授內(nèi)容，最后再通過講授內(nèi)容對實例求解。例如講解安全用電的知識時，可以將人體建立一個模型，然后引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所學(xué)的電路知識對通過人體的電流進(jìn)行求解，然后給出通過人體安全電流的范圍，從而引導(dǎo)學(xué)生得出安全電壓值。這樣一個探索求解的過程，能使學(xué)生增加學(xué)習(xí)興趣，也能將所學(xué)知識學(xué)以致用，與單獨拋給學(xué)生一個安全電壓的結(jié)果相比，學(xué)習(xí)效果要好很多。同時，為了使學(xué)生更直觀的對電路和電子元件有所認(rèn)識，還可以制作實物的教輔電路，帶到課堂上向?qū)W生展示實物。

在每節(jié)課堂結(jié)束前，給學(xué)生提出兩個課后思考題。同時加入拓展延伸環(huán)節(jié)，拓展延伸環(huán)節(jié)以當(dāng)今最新最前沿的科技為重點，通過提問的方式布置給學(xué)生，讓他們課后通過查閱文獻(xiàn)資料找到答案，從而引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)下一個部分的內(nèi)容。例如在講到電源的內(nèi)容時，可以針對當(dāng)今的無線充電和手機快速充電科技前沿，指導(dǎo)學(xué)生課下查閱資料思考，在下一次課堂上討論交流。教師要把局限于課堂的時間與空間擴大到課堂之外，引導(dǎo)學(xué)生到圖書館、實驗室，到社會生活中去探究，還給學(xué)生更多讀書、動腦、動手、實踐、探究的機會。學(xué)生通過查閱資料和網(wǎng)上搜索，了解本課程與學(xué)生所學(xué)專業(yè)的聯(lián)系及應(yīng)用，通過交流共享，提高他們搜集信息的能力，開闊眼界，了解當(dāng)代新技術(shù)發(fā)展趨勢[4]。

3)師生交互主講

教師可將教學(xué)內(nèi)容劃為兩大塊，其中教學(xué)內(nèi)容中的重點、難點和理論性較強的部分由教師來親自講授；而對于教學(xué)內(nèi)容中一些基礎(chǔ)理論及其應(yīng)用，特別是可以結(jié)合與生活、生產(chǎn)密切相關(guān)的部分內(nèi)容由學(xué)生上講臺主講。

在教師主講部分，教師應(yīng)當(dāng)由主講的角色轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)的角色。教學(xué)環(huán)節(jié)中定理和結(jié)論的得出，不再由教師直接給出，而是引導(dǎo)學(xué)生通過推導(dǎo)和分析得出。由學(xué)生自主推導(dǎo)出結(jié)論的過程，能調(diào)動他們的主觀能動性和積極性，也加深他們對知識的理解。同時增加與學(xué)生的互動，在講課中設(shè)計一些提問和互動環(huán)節(jié)，讓學(xué)生回答問題，在一問一答之間，不僅能活躍課堂氣氛，同時還能增加學(xué)生對課堂的關(guān)注度。

在第一堂課，教師將學(xué)生分組，之后按照分組對學(xué)生安排教學(xué)任務(wù)。教師在之后的教學(xué)過程中合理安排教學(xué)進(jìn)度，對于由學(xué)生主講的內(nèi)容要提前一周布置。每個內(nèi)容同時布置兩個小組來完成。學(xué)生需要在理解和掌握教師在課堂上傳授的書本知識的基礎(chǔ)上，在一周內(nèi)，通過查閱相關(guān)參考文獻(xiàn)，以及搜集網(wǎng)絡(luò)信息，小組組員通過多次分析、歸納、總結(jié)、研討和修改，集體完成主講課件的制作。在下一堂課由第一個選定的小組集體登臺講授，第二個小組針對第一小組的不足進(jìn)行補充。臺下其他小組的同學(xué)和教師針對所講述內(nèi)容提出疑問，由主講小組成員解答。最后由教師進(jìn)行點評和總結(jié)。在學(xué)生主講這一環(huán)節(jié)中，由學(xué)生自主能動地學(xué)習(xí)知識，可以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，加深了學(xué)生對新學(xué)知識的理解、消化和吸收[5-7]。

目前，我?！半姽W(xué)”課程的課堂教學(xué)課時是52學(xué)時，完全由學(xué)生主講的課時設(shè)計為12學(xué)時，其中包括直流、交流、電機控制、模電、數(shù)電五個模塊的基礎(chǔ)知識和拓展延伸討論環(huán)節(jié)。通過師生交互主講，將教學(xué)內(nèi)容按難易程度和理論性和實踐性進(jìn)行合理分配，可以充分發(fā)揮教師與學(xué)生的雙主導(dǎo)作用。團(tuán)隊合作可以增加學(xué)生之間的交流互動與配合。

1.2 實踐教學(xué)

1)開放式實驗課堂

實驗是工科學(xué)習(xí)中一個不可或缺的環(huán)節(jié)[8-9]。很多理論知識只是書本上的，只有在實驗室中通過驗證之后，它才更便于消化。目前實驗存在的最大問題是實驗?zāi)Ｊ絾我唬磳嶒瀮?nèi)容事先已固定好，學(xué)生只要按照實驗步驟一步步往下做即可完成實驗。既沒有鍛煉學(xué)生的動手能力，也不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維。

為了改進(jìn)實驗教學(xué)，我們提出開放式實驗?zāi)Ｊ降南敕?。首先，對實驗?nèi)容實現(xiàn)開放式。也就是對于一個實驗內(nèi)容，指導(dǎo)教師只給出最基本的要求，也就是給出已知條件和要得出的結(jié)果。而對于詳細(xì)的實驗方案和實驗內(nèi)容，不做任何說明，學(xué)生可以發(fā)揮自己的想象，開放式地動手解決。對于自己采取的方案，學(xué)生要能夠給予合理的說明。

其次，在實驗過程中實現(xiàn)開放式。在實驗課堂中，指導(dǎo)教師只充當(dāng)儀器用法的講解者和儀器故障的排除者，實驗步驟和方法由學(xué)生自己摸索，實驗過程出現(xiàn)錯誤也由學(xué)生自己排查。在實驗過程中出現(xiàn)錯誤是經(jīng)常的，如何找出錯誤，確定是實驗方案問題還是儀器故障，以及確定是哪個儀器發(fā)生的故障，這個過程對學(xué)生動手能力的培養(yǎng)非常有用。給學(xué)生足夠的空間和時間，培養(yǎng)和鍛煉他們的動手和實踐能力。

開放式實驗的推行，要求學(xué)生做實驗之前要先預(yù)習(xí)，做到心中有底；實驗開始后，不能急于動手，而是先設(shè)計實驗方案，做到胸中有數(shù)；動手操作之前，先要熟悉每個實驗儀器的使用方法，做到手下有準(zhǔn)。從開放式實驗實際推行的一個學(xué)期來看，起先學(xué)生因為普遍缺乏經(jīng)驗，耗費的時間較長，在規(guī)定的時間內(nèi)獨立完成實驗的學(xué)生在70%左右。隨著時間推移，開放式實驗的效果就很好體現(xiàn)出來了，90%以上的學(xué)生都能順利完成實驗，學(xué)生也普遍反映這種實驗效果比傳統(tǒng)實驗給他們的收獲更多。

2)科技競賽和創(chuàng)新活動的引入

為了加強實踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生能充分理解課本所學(xué)知識和實際應(yīng)用之間的關(guān)系，學(xué)校每年舉辦大學(xué)生電子設(shè)計競賽和科技創(chuàng)新活動。創(chuàng)立專用的創(chuàng)新實驗室，實驗室里有一些專用的儀器設(shè)備，也有專職的實驗員來指導(dǎo)，實驗室全天面向全體學(xué)生開放。學(xué)生可以利用自己的課余時間，來實驗室動手設(shè)計自己的電子作品，也可以和別的同學(xué)進(jìn)行交流改進(jìn)。在創(chuàng)新實驗室，很多跨年級、跨專業(yè)的學(xué)生互相交流，最后組成團(tuán)隊參加全省以及全國的電子設(shè)計競賽，取得了非常不錯的成績。開展這些課外活動有效地拓展了大學(xué)生學(xué)習(xí)的空間、時間和模式，大大提高了學(xué)生工程實踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和就業(yè)競爭力。

1.3 互聯(lián)網(wǎng)輔助教學(xué)

“電工學(xué)”作為一門工科的專業(yè)基礎(chǔ)課，面臨著課內(nèi)學(xué)時不斷被壓縮的問題。如何利用有限的課時，讓學(xué)生獲取足夠的知識也是這門課程改革所要探討的問題。一個有效的辦法是充分利用學(xué)生的課余時間，利用互聯(lián)網(wǎng)來輔助教學(xué)。

1)建設(shè)課程教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺

針對“電工學(xué)”這門課程，我校建設(shè)了專門的課程教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺。目前該課程教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺上的資源包括課程簡介、教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、教學(xué)課件、課程教材、分章習(xí)題、模擬試卷及答案等等，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供方便。學(xué)生如果在課堂上沒有及時理解教師所講的內(nèi)容，課后可以通過登錄課程教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺，進(jìn)行再次溫習(xí)。作為課堂教學(xué)的延伸，課程教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺能起到輔助教學(xué)和拓展知識的作用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2)搭建仿真實驗平臺

我校針對所有開設(shè)的課程實驗建設(shè)了仿真實驗平臺。仿真實驗平臺將實驗室需要用到的儀器設(shè)備都做仿真處理，實驗過程和接線方式用鼠標(biāo)操作。學(xué)生可以在這個平臺上將要做的任何一個實驗用虛擬儀器來實現(xiàn)。這個平臺有兩個用處：一是可以讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)實驗。在做任何一個實驗之前，學(xué)生可以通過這個實驗仿真平臺在宿舍的電腦上預(yù)先操作一次。當(dāng)真正進(jìn)入實驗室時，能做到心中有底。二是對于一些愛動手操作的學(xué)生，給他們提供一個動手的平臺。對于那些不滿足于幾個學(xué)時實驗的學(xué)生，仿真平臺可以滿足他們更多的動手需求。從實驗驗證中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，找出問題，培養(yǎng)自己的動手能力。

3)微信引入課程交流

目前，每個學(xué)生手里都有一臺智能手機，而微信是目前年輕人最常使用的交流軟件。以微信為載體，在微信客戶端建立一個以課程名命名的公眾號，在這個公眾號上定期發(fā)布一些與課程相關(guān)的知識。同時還可以在每次課程開始前，提前發(fā)布課前導(dǎo)學(xué)，讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)。另外，微信公眾號上還可以發(fā)布一些思考題，學(xué)生可以通過微信客戶端直接進(jìn)行交流探討。此外，在微信公眾號上還可以建立一個習(xí)題庫，包含客觀題和綜合分析計算題，其中客觀題可以直接在微信上提交并查看結(jié)果，綜合分析計算題則需將結(jié)果以紙質(zhì)稿的形式交于教師批閱。每次布置習(xí)題由學(xué)生點擊微信習(xí)題庫，隨機生成題號來完成。每個學(xué)生抽到的題目不盡相同，從而可以避免互相抄襲的現(xiàn)象。

微信公眾號還可以成為在線答疑系統(tǒng)，學(xué)生也可以在微信客戶端及時就自己在學(xué)習(xí)中遇到的問題來咨詢教師，教師也可以通過該平臺及時解答。

2 結(jié)語

本文介紹了我?！半姽W(xué)”課程開展理論教學(xué)、實踐教學(xué)和互聯(lián)網(wǎng)輔助教學(xué)三位一體的立體化教學(xué)模式改革，其中包括：將仿真軟件引入課堂學(xué)習(xí)，以實踐為驅(qū)動的研究性教學(xué)，師生交互主講，注重動手能力培養(yǎng)的開放式實驗課堂，普及科技創(chuàng)新和科技競賽、建設(shè)課程教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺，搭建仿真實驗平臺，微信引入課程交流等。

經(jīng)過在我校多個班級的教學(xué)實踐證明：經(jīng)過課程改革后，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣增加，課堂氣氛活躍，作業(yè)情況和考試成績也有明顯改善，同時學(xué)生的實踐動手能力和工程應(yīng)用能力也有很大的提升。

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Research and Exploration on the Teaching Reform of Electrotechnics Course

LIU Bo, WU Xian-jin, HU Yan-yu

(CollegeofInformationScienceandEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410083,China)

Aimed at the main problems existing in the teaching of Electrotechnics course, this paper carries out the research and exploration of multi level teaching reform from the aspects of theory teaching, practice teaching and Internet assisted teaching. Theoretical knowledge, practical skills training and innovative thinking training are combined in this paper. The three-dimensional teaching reform mode is studied. Teaching practice has proved that the reform and exploration has achieved a good teaching effect.

electrotechnics, classroom teaching, practice teaching

2016-07-12;

2017-09- 21

中南大學(xué)開放式精品示范課程(項目編號：16005003)，中南大學(xué)校級教改項目(項目編號：160010013)。

劉 波(1978-)女，博士，講師，主要從事電工基礎(chǔ)理論教學(xué)和科研工作，E-mail:cocoaliu@csu.edu.cn

G642

A

1008-0686(2017)03-0087-04