電工電子實踐平臺課教學(xué)改革與探索

汪敬華 趙春鋒 章偉

摘 要 針對電工電子實踐平臺課教學(xué)中存在的問題，介紹在教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實驗室建設(shè)等方面進(jìn)行的一些改革與探索。長期的實踐表明，這些改革與探索對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力、自主學(xué)習(xí)能力以及參與學(xué)科競賽等方面起到良好的助推作用。

關(guān)鍵詞 電工電子實踐平臺課；教學(xué)改革；實驗室；網(wǎng)絡(luò)課程

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）08-0122-03

Teaching Reformation and Exploration of Electrical and Elec-tronic Practice Platform Courses//WANG Jinghua， ZHAO Chun-feng， ZHANG Wei

Abstract Aimed at the problem of traditional teaching in electrical and electronic practice platform courses， this article presents some reformation and exploration on teaching philosophy， content of courses，

teaching method， and laboratory building. Through long-term practice，

a large number of students ability to innovative practice and self-learning were improved evidently and various subject contests were encouraged widely.

Key words electrical and electronic practice platform courses； tea-ching reformation； laboratory； on-line course

1 引言

電工技術(shù)與電子技術(shù)不僅是電氣類、自控類和機(jī)電類等專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)，具有基礎(chǔ)性的特征[1]，而且廣泛應(yīng)用于工程實際，具有實踐性的特征。電工技術(shù)與電子技術(shù)課程是高等工科院校非電類專業(yè)量大面廣的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，包括緊密聯(lián)系的理論課和實踐課，是高校培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的重要環(huán)節(jié)，其教學(xué)改革與探索具有極其重要的意義。

上海工程技術(shù)大學(xué)工程實訓(xùn)中心自1999年成立以來，一直承擔(dān)全校非電類專業(yè)的電工與電子技術(shù)理論及實踐課程（即表1中的理論課和實踐課）教學(xué)，而后續(xù)的創(chuàng)新實踐課程是2013年上半年為培養(yǎng)大學(xué)生實踐創(chuàng)新能力才逐步開設(shè)起來的，時間較晚。兩者構(gòu)成電工電子理論基礎(chǔ)課和電工電子實踐平臺課的大致格局，如表1所示。

2 存在的主要教學(xué)問題

“學(xué)的不會用，用的不會學(xué)”，這是我國高校畢業(yè)生在社會實踐中普遍存在的問題?！皩W(xué)的不會用”，反映了學(xué)生實踐環(huán)節(jié)缺乏，與理論脫節(jié)；而“用的不會學(xué)”，反映了學(xué)生自學(xué)能力薄弱，不能汲取有用的新知識。在上海工程技術(shù)大學(xué)電工與電子理論和實踐教學(xué)及其后續(xù)實踐課程教學(xué)中同樣存在這種現(xiàn)象，表明在電工電子實踐平臺課中存在一些亟待解決的教學(xué)問題。

部分電工電子實踐平臺課的教學(xué)理念落后 教師以教為主，強(qiáng)調(diào)知識的灌輸，而忽視能力的培養(yǎng)。這一教學(xué)理念表面上在短時間內(nèi)將大量知識灌輸給學(xué)生，效率很高，實際上學(xué)生并沒深刻理解所灌輸?shù)闹R，更不可能應(yīng)用知識，還易喪失學(xué)習(xí)和實踐的主動性。

電工電子實踐平臺課的教學(xué)內(nèi)容存在陳舊和脫節(jié)問題 如表1中的實踐課，其教學(xué)內(nèi)容絕大部分以基礎(chǔ)性和驗證性為主，缺乏設(shè)計性和綜合性。實踐課與后續(xù)創(chuàng)新實踐課之間存在教學(xué)內(nèi)容脫節(jié)，如基于機(jī)器人工程對象的項目實踐與電工實習(xí)之間教學(xué)內(nèi)容跨度大，缺乏過渡和銜接。

電工電子實踐平臺課的教學(xué)方法單一 教師依據(jù)教學(xué)大綱，借助黑板和多媒體，將教學(xué)內(nèi)容傳授給學(xué)生；然后學(xué)生運(yùn)用所學(xué)，提交作業(yè)；最后，教師根據(jù)作業(yè)對學(xué)生給出評價。整個教學(xué)過程大致如圖1所示，顯然，學(xué)生被動受教，缺乏自主學(xué)習(xí)的機(jī)制。

3 實踐平臺課的建設(shè)、改革和探索

實踐教學(xué)師資隊伍建設(shè) 實踐教學(xué)教師是電工電子實踐平臺課程的建設(shè)者和實施者，其教學(xué)水平、工程實踐經(jīng)驗和教育理念決定了實踐平臺課程的教學(xué)質(zhì)量，因此必須重視實踐教學(xué)師資隊伍建設(shè)。

1）提升實踐教師教學(xué)水平。給青年教師安排指導(dǎo)老教師，通過傳幫帶的形式傳承老教師的豐富教學(xué)經(jīng)驗；開展專題研討、座談、組織聽課等形式的教學(xué)研討活動，使教師互幫互教，共同提高；鼓勵教師參加各種形式與實踐教學(xué)有關(guān)的培訓(xùn)與進(jìn)修，提高實踐教學(xué)水平。

2）建設(shè)雙師型師資隊伍。目前開設(shè)的后續(xù)創(chuàng)新實踐課程，要求教師不僅具有較高的理論水平，而且需要豐富的工程實踐經(jīng)驗。為此，建設(shè)既懂理論教學(xué)又有工程實踐經(jīng)驗的雙師型師資隊伍極其重要[2]?？尚械拇胧┯校哼x派教師到相關(guān)企業(yè)進(jìn)行掛職鍛煉，接受培訓(xùn)；鼓勵教師開展實驗項目的研發(fā)，參與實驗室的建設(shè)；支持有條件的教師承接企業(yè)實際課題等。

3）確立良好的教育理念。良好的教育理念，源自教師對教育本質(zhì)的深刻把握。何謂教育的本質(zhì)？教育的本質(zhì)是激發(fā)學(xué)生內(nèi)心的正能量，自覺推動其思想和行為的積極變化。因此，教師在實踐教學(xué)中要樹立以學(xué)生為主體的一貫理念，積極引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和自覺實踐，最大限度挖掘他們創(chuàng)新實踐的潛能。

實踐教學(xué)內(nèi)容建設(shè) 全面梳理現(xiàn)有電工電子理論基礎(chǔ)課、實踐課、后續(xù)創(chuàng)新實踐課之間的內(nèi)在聯(lián)系，根據(jù)“繼承、完善、調(diào)整、突破”的原則，對電工電子實踐平臺課的實踐教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革和建設(shè)，以實現(xiàn)實踐平臺課在知識模塊上的合理布局和有效銜接。

1）繼承和完善電工電子技術(shù)基礎(chǔ)性的實踐教學(xué)內(nèi)容。電工電子技術(shù)理論課和實踐課中的基礎(chǔ)性教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該繼承，如電路原理部分的戴維寧定理和疊加原理、模擬電路部分的單管放大電路參數(shù)測試、數(shù)字電路部分的觸發(fā)器和計數(shù)器等，這些經(jīng)典內(nèi)容不可或缺，它們在實驗課程中體現(xiàn)為基礎(chǔ)性和驗證性的實驗教學(xué)內(nèi)容。但是為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新思維，可設(shè)法增加一些設(shè)計性和綜合性的實驗內(nèi)容來豐富和完善這些經(jīng)典教學(xué)內(nèi)容。如數(shù)字電路部分的觸發(fā)器實驗，在熟悉了雙JK觸發(fā)器芯片CD4027的應(yīng)用后，可更進(jìn)一步要求學(xué)生用所學(xué)的時序邏輯電路設(shè)計方法，用芯片CD4027搭建出滿足狀態(tài)循環(huán)的時序邏輯電路，雖然還是基于芯片CD4027的實驗，但是實驗性質(zhì)就由驗證性升級為設(shè)計性。

2）合理調(diào)整實踐平臺課的教學(xué)內(nèi)容，凸顯電工電子技術(shù)的工程性和實踐性。電工實習(xí)中三相異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)的電氣控制線路，通常是采用交流繼電接觸器來實現(xiàn)，為了與后續(xù)創(chuàng)新實踐課可編程控制器實用設(shè)計相銜接，可調(diào)整為采用可編程控制器實現(xiàn)，同樣是三相異步電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，但采用的控制器件不同，這也拓展了學(xué)生的工程實踐視野。如在電工實訓(xùn)操作中增加Multisim仿真軟件與Altium Designer制板軟件的應(yīng)用，補(bǔ)充雕刻機(jī)制板操作和實踐等知識，目的是讓學(xué)生了解電路板的制作方法及工藝，為學(xué)生在后續(xù)創(chuàng)新實踐課程“電子技術(shù)創(chuàng)新實踐”和“基于機(jī)器人工程對象的項目實踐”中進(jìn)行電路設(shè)計和開發(fā)打下基礎(chǔ)。

3）電工電子新技術(shù)的日新月異，客觀要求電工電子實踐平臺課教學(xué)內(nèi)容必須不斷突破。隨著電工電子新技術(shù)的發(fā)展，電工電子實踐平臺課也必須與時俱進(jìn)，在教學(xué)內(nèi)容上不斷推陳出新、有所突破。例如：現(xiàn)代電源技術(shù)就是電力電子技術(shù)的具體應(yīng)用，顯然突破了傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源的教學(xué)內(nèi)容；LED節(jié)能照明的廣泛應(yīng)用，就突破了傳統(tǒng)發(fā)光二極管的教學(xué)內(nèi)容。這些技術(shù)可被有條件地引入實踐教學(xué)內(nèi)容中。為了培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力，電子技術(shù)創(chuàng)新實踐這門課在教學(xué)內(nèi)容上也嘗試突破常規(guī)，大膽引入PSoC微處理器技術(shù)的知識和其他功能模塊的知識，提升學(xué)生綜合運(yùn)用知識和技能的實踐能力。

教學(xué)方法與教學(xué)手段的改革 在教學(xué)方法方面，根據(jù)課程實際和學(xué)生情況嘗試項目驅(qū)動教學(xué)法，并借助網(wǎng)絡(luò)平臺和多媒體信息技術(shù)改進(jìn)教學(xué)手段，努力探索培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力。

1）在電工電子實踐平臺課中探索符合實踐課自身特點的項目驅(qū)動教學(xué)方法。如圖2所示，教師依據(jù)課程教學(xué)大綱，在前期將教學(xué)內(nèi)容、項目任務(wù)和答辯要求發(fā)給學(xué)生，并給予學(xué)生必要的知識和輔導(dǎo)；在課程中后期，3～4名學(xué)生組成團(tuán)隊，確定團(tuán)隊項目，根據(jù)項目要求自主設(shè)計和實施方案（若團(tuán)隊成員所學(xué)知識欠缺，可查閱技術(shù)資料和手冊，自學(xué)相關(guān)知識；也可向教師提出疑問，得到幫助和指導(dǎo)后，繼續(xù)實施項目）；當(dāng)項目完成，團(tuán)隊根據(jù)答辯要求編寫項目設(shè)計報告，并通過答辯的形式展示項目實施的情況和成果。整個過程以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)項目、自學(xué)和答辯三個環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生自主實踐和自主學(xué)習(xí)的能力[3]，同時培養(yǎng)學(xué)生查閱資料、相互協(xié)作、科技寫作、綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識進(jìn)行電工電子創(chuàng)新設(shè)計等方面的能力。

2）利用網(wǎng)絡(luò)平臺和多媒體信息技術(shù)改進(jìn)教學(xué)手段。借助智慧樹網(wǎng)絡(luò)平臺，開發(fā)和建設(shè)網(wǎng)絡(luò)課程，提供所有實踐平臺課的教學(xué)資料（包括教學(xué)大綱、實驗項目、教學(xué)案例、教學(xué)課件、教學(xué)錄像、實習(xí)報告等），實現(xiàn)教學(xué)資源共享，便于學(xué)生提前預(yù)習(xí)和了解實踐平臺課的教學(xué)內(nèi)容。同時，借助微信和微視頻等多媒體信息技術(shù)，拓展師生交流互動和學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)的渠道，增強(qiáng)實踐教學(xué)效果。

實驗室建設(shè) 創(chuàng)新實驗室和其他實驗室的后續(xù)建設(shè)，為電工電子實踐平臺課的建設(shè)提供了物質(zhì)保障。

1）建立面向?qū)W生DIY（Do It Yourself）自主研學(xué)的創(chuàng)新實驗室。建立大學(xué)生創(chuàng)新實驗室，為其課外進(jìn)行實驗、實習(xí)、課程設(shè)計、競賽、項目實施以及創(chuàng)新研究等形式的自主研學(xué)提供便利和支持[4]。在創(chuàng)新實驗室里，學(xué)生個人和團(tuán)隊可以自主選題、設(shè)計、調(diào)試和實施自己的實驗或項目，也可協(xié)助教師，參與科研。在保證正常教學(xué)的前提下，最大限度地開放大學(xué)生創(chuàng)新實驗室，可采用平時定期開放與周末預(yù)約開放相結(jié)合的管理模式。

2）電工實訓(xùn)室、西門子電氣控制實驗室以及機(jī)器人實驗室的建設(shè)。2014年上半年，電工實訓(xùn)室新增一套自動生產(chǎn)線教學(xué)設(shè)備，其控制系統(tǒng)由傳感器、PLC、觸摸屏、變頻器、伺服系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)等組成；2014年下半年，該套自動生產(chǎn)線被引入電工實習(xí)課程中，作為學(xué)生實踐教學(xué)內(nèi)容；2015年上半年，開設(shè)以自動生產(chǎn)線元件安裝與調(diào)試作為教學(xué)內(nèi)容的自動生產(chǎn)線實踐平臺課；2016年下半年，建設(shè)西門子電氣控制實驗室，為學(xué)生掌握PLC控制和PID控制的知識模塊提供了實踐操作平臺；從2013年至今，持續(xù)投入建設(shè)的機(jī)器人智能控制及功能設(shè)計實驗室，為“工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動控制與實踐”實踐平臺課提供了機(jī)器人上下料生產(chǎn)搬運(yùn)系統(tǒng)、機(jī)器人視覺識別分揀系統(tǒng)的工業(yè)場景和設(shè)備。

4 特色和效果

通過近三年來的電工電子實踐平臺課的改革和建設(shè)，最大的特色就是構(gòu)架“基礎(chǔ)實驗—綜合實習(xí)—創(chuàng)新實踐”階梯式的大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)模式，如圖3所示?；A(chǔ)實驗主要是培養(yǎng)學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論知識和實踐操作技

能；綜合實習(xí)主要在教學(xué)內(nèi)容上按由簡單到復(fù)雜、由基礎(chǔ)到綜合、由綜合到設(shè)計的次序開展，逐步培養(yǎng)學(xué)生的電工電子技術(shù)工程實踐能力，使學(xué)生在知識上建立系統(tǒng)觀，在實踐上建立工程觀；創(chuàng)新實踐主要是以項目實踐為核心，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)、相互協(xié)作、創(chuàng)新設(shè)計和科技寫作的綜合實踐能力，為應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)打下扎實基礎(chǔ)。

通過電工電子實踐平臺課的改革和探索，最大效果就是助推了各種大學(xué)生學(xué)科競賽的廣泛開展，在校園內(nèi)營造良好的大學(xué)生創(chuàng)新實踐氛圍。如不少學(xué)生通過修讀電子技術(shù)創(chuàng)新實踐課程之后，積極組隊參加諸如全國大學(xué)生機(jī)器人大賽、全國大學(xué)飛思卡爾杯智能小車競賽、西門子杯全國大學(xué)生工業(yè)自動化挑戰(zhàn)賽等學(xué)科競賽，表現(xiàn)優(yōu)秀，捷報頻傳。

通過電工電子實踐平臺課的改革和探索，訓(xùn)練了學(xué)生的系統(tǒng)思維和工程實踐能力，為其申報和實施大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目打下良好基礎(chǔ)，同時提升了學(xué)生獲取、共享、傳播和應(yīng)用知識的能力，增強(qiáng)了學(xué)生面對和克服困難的心理素質(zhì)，為學(xué)生就業(yè)和適應(yīng)社會鋪平了道路。

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