工程能力視角下電工電子實訓(xùn)教學(xué)的探索

陳靈敏 陳 安 蔣立力 杜宇上 曾思明

廣東工業(yè)大學(xué)實驗教學(xué)部 廣東廣州 510006

工程能力是分析工程問題、解決工程問題的能力，是現(xiàn)代工業(yè)對工程技術(shù)人才的基本要求，是工科大學(xué)生實踐能力的重要組成部分，也是高校對學(xué)生實踐能力培養(yǎng)的最終目標(biāo)。將現(xiàn)代工程理念貫徹到實踐教學(xué)中，將工程實踐能力培養(yǎng)目標(biāo)納入到實踐教學(xué)目標(biāo)中，是新工科背景下工科大學(xué)人才培養(yǎng)的基本要求，是提升大學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的重要方法[1-4]。

電工與電子技術(shù)實訓(xùn)是一門重要的基礎(chǔ)實踐課程，我校80%以上專業(yè)開設(shè)了這門公共基礎(chǔ)課。本課程注重實際要求的多樣性和客觀性，讓學(xué)生通過參與整體工程(或裝置或系統(tǒng))的調(diào)試、性能測定、驗收和故障排除等具有工程含義的活動，學(xué)習(xí)基本的操作技能，經(jīng)過規(guī)范、系統(tǒng)的培養(yǎng)與訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、分析能力、創(chuàng)新能力和運用理論和知識解決實際問題的工程實踐能力與綜合能力[5]。廣東工業(yè)大學(xué)是一所應(yīng)用型工科院校，培養(yǎng)具有工程能力的人才是生存與發(fā)展的關(guān)鍵。將工程能力培養(yǎng)深度融入電工電子實訓(xùn)教學(xué)中，是提高學(xué)生工程實踐能力的有效途徑。本文針對電工電子實訓(xùn)教學(xué)，總結(jié)我校近幾年的教改成果，探索工程能力視角下電工電子實訓(xùn)教學(xué)的改革。

1 整合優(yōu)化現(xiàn)有的實訓(xùn)項目 提高學(xué)生基本工程實踐能力

電工電子實訓(xùn)主要訓(xùn)練學(xué)生從產(chǎn)品的設(shè)計、仿真、制作電路板、焊接、安裝、調(diào)試、分析結(jié)果到成品驗收整個系統(tǒng)過程，是電工與電子學(xué)科理論導(dǎo)向工程應(yīng)用的全面總結(jié)，這一特點決定了實習(xí)課程內(nèi)容的廣泛性和復(fù)雜性[6]。表1所示為我校2015年前部分專業(yè)兩周的電工電子實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容，實訓(xùn)內(nèi)容以小項目形式獨立完成，學(xué)生需在固定的兩周時間內(nèi)完成六個獨立的小項目。項目多，但項目內(nèi)容缺乏深度，項目之間缺乏較強的關(guān)聯(lián)性，如Altium Designer電路圖制作設(shè)計的電路板與后面焊接項目中的電路板不同；收音機的焊接、組裝及調(diào)試項目中，學(xué)生根據(jù)設(shè)計好的電路板完成焊接，一旦電路出現(xiàn)故障，大部分學(xué)生不能排除故障，究其原因，參加電工電子實訓(xùn)的學(xué)生大部分為大二以下學(xué)生，還未接觸系統(tǒng)的專業(yè)課程，理論知識體系還不夠完善，不能完全理解電路原理和芯片的原理、使用方法，而且學(xué)生沒有參與電路板的設(shè)計，不熟悉電路板的布局布線。為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)校采購的收音機多數(shù)為市面上出售的外形美觀、體積小巧、缺乏測試點的半成品收音機，不方便學(xué)生對電路進行故障檢測和結(jié)果測試。

表1 實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容

通過對現(xiàn)有的項目和實踐平臺進行評估和分析，現(xiàn)將實訓(xùn)項目進行優(yōu)化與重組，構(gòu)建體現(xiàn)工程實踐能力的實訓(xùn)項目體系，如圖1所示。將六個小項目整合為兩個具有工程特色的獨立項目，每個項目采用分步完成，層層遞進，難度遞增，其中項目1涉及安全用電規(guī)范化的培養(yǎng)，要求學(xué)生在固定的時間、課室和指導(dǎo)教師在場的情況下完成。而項目2中涉及電路的設(shè)計、調(diào)試和測試，在固定的一周時間內(nèi)完成有一定的難度，學(xué)生可自行查閱資料，結(jié)合所學(xué)知識，課后自行設(shè)計，在學(xué)期末提交作品。

圖1 整合優(yōu)化的實訓(xùn)項目1與項目2

這些項目主要是針對非電專業(yè)和電類大一的學(xué)生，主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的一些基本的工程實踐能力：正確熟練使用常用電工工具；掌握三相異步電動機、交流接觸器、熱繼電器、繼電器、控制按鈕開關(guān)的使用方法；了解三相異步電動機正反轉(zhuǎn)的基本原理；掌握三相異步電動機電路基本故障的檢測方法；學(xué)習(xí)采用Altium Designer制作電路原理圖及PCB的方法；掌握常用的電子元器件的性能特點、命名方法、識別方法及檢測方法；掌握電子工藝的基本知識、操作、布局與工藝；分析與處理簡單的電路故障等，學(xué)生通過一個工程項目的分步訓(xùn)練，獲得基本的工程實踐能力。

2 增加跟專業(yè)相關(guān)的實訓(xùn)項目 完善項目流程，提高學(xué)生綜合工程實踐能力

一些電子專業(yè)的大二以上學(xué)生，已具備一定的基礎(chǔ)實踐能力、理論知識能力和自學(xué)能力，結(jié)合其專業(yè)背景增加一些跟專業(yè)相關(guān)的實訓(xùn)項目和完善項目流程是提高綜合工程實踐能力的有效方法。實訓(xùn)內(nèi)容和形式可以采用開放式，如實訓(xùn)項目可以選擇指導(dǎo)教師提供選題、學(xué)院教師的在研科研項目或自選跟專業(yè)相關(guān)的項目，學(xué)生可以通過團隊或個人的形式參與項目，完成項目的時間可以設(shè)定為一個時間段，表2所示為我校某一電子專業(yè)的指導(dǎo)教師提供的實訓(xùn)項目選題，學(xué)生確定好選題后，自主查閱資料，提出設(shè)計方案，并對方案進行仿真設(shè)計，直到測試出結(jié)果、完成項目報告和答辯。完成一個工程項目的具體流程如下。

2.1 選題、項目設(shè)計方案

學(xué)生自由選題，根據(jù)所選的課題方向和1～4人分組協(xié)作原則，提交項目組題目和項目組成員名單，并通過指導(dǎo)教師的審查。項目組在四周內(nèi)提交項目進度表、項目設(shè)計方案、項目組成員的分工和貢獻度、項目組所需元器件表和項目預(yù)算經(jīng)費表。確定電路設(shè)計的主要技術(shù)指標(biāo)和項目的設(shè)計方案。

2.2 硬件設(shè)計

確定系統(tǒng)總體設(shè)計方案，在完成仿真基礎(chǔ)上，與指導(dǎo)教師討論電路設(shè)計中的難點和關(guān)鍵點，合理選擇電路元器件，初步搭建硬件電路。

2.3 電路制作、調(diào)試與測試

根據(jù)電路技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計要求，完成硬件電路制作、調(diào)試和測試，并要求保留所有測試結(jié)果，完成測試報告，提交測試報告。項目組于答辯前兩周內(nèi)預(yù)約指導(dǎo)教師，完成電路系統(tǒng)的性能測試。

2.4 項目報告的撰寫

按照項目報告的撰寫要求撰寫本項目報告，并在答辯前一周提交項目報告書。

2.5 答辯

各項目組在學(xué)期結(jié)束前的一個月內(nèi)與指導(dǎo)教師預(yù)約答辯時間，并現(xiàn)場通過PowerPoint形式講解項目的完成情況，組員按項目分工分別回答問題。教師根據(jù)考核要求和考核標(biāo)準對每位組員評分。

表2 實訓(xùn)項目選題

圖2所示為完成波形發(fā)生器項目時不同組所采取的幾種不同的項目方案，對比不同的設(shè)計方案，項目組之間相互學(xué)習(xí)，比較電路的優(yōu)缺點，開闊了視野。按照工程項目流程完成一個項目，不僅可以提高學(xué)生綜合工程實踐能力，如問題發(fā)現(xiàn)、資料查閱、信息提煉、電路設(shè)計、仿真與制作一體化、系統(tǒng)設(shè)計、電路分析、報告撰寫、數(shù)據(jù)處理等，同時也鍛煉了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和團隊協(xié)作能力。

圖2 波形發(fā)生電路設(shè)計方案

3 基于工程實踐能力培養(yǎng)的實訓(xùn)考核模式與方法

電工實訓(xùn)考核是實訓(xùn)教學(xué)的重要組成部分。通過實訓(xùn)考核，既能夠?qū)崿F(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的客觀評價，同時又對教師的教學(xué)水平、教學(xué)效果，教學(xué)中存在的問題等形成較為直觀的反饋，其結(jié)果中反饋的教、學(xué)過程中的各種信息數(shù)據(jù)，對于激勵學(xué)生的學(xué)習(xí)和改進教師教學(xué)方法具有重要作用。電工電子實訓(xùn)內(nèi)容主要以工程項目的形式實現(xiàn)，其考核模式要充分體現(xiàn)工程特點，為學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)提供準繩?？己四Ｊ綉?yīng)結(jié)合具體的實際項目選擇靈活的考核模式，如個人考核與項目組考核結(jié)合，理論考核和實踐考核結(jié)合。考核指標(biāo)需細化，建立體現(xiàn)項目中工程實踐能力核心條款的考核指標(biāo)，合理量化各項考核指標(biāo)，根據(jù)指標(biāo)的重要性設(shè)置每項考核指標(biāo)的分值比例，建立科學(xué)的考核成績計算方法。表3、表4所示為我校某一電子專業(yè)電工電子實訓(xùn)課程的項目組和個人考核指標(biāo)。考核分為項目組考核和個人考核兩部分，個人考核建立在項目組考核的基礎(chǔ)上，先對項目組進行整體考核，然后根據(jù)個人在項目組的參與度與貢獻度分別對個人進行考核。項目組考核建立了三級考核指標(biāo)，其中一級考核指標(biāo)反映了完成一個工程項目的主要考核指標(biāo)，而三級指標(biāo)的細化更方便教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況的真實評價，提高考核的可操作性、公正性，同時學(xué)生也更清楚自己在整個項目中須掌握的各項具體實踐能力。

表3 課程項目組考核指標(biāo)(總分100分)

表4 課程個人考核成績指標(biāo)(總分100)

4 結(jié)語

工科高校是國家培養(yǎng)具有工程能力人才的重要基地，是新工科建設(shè)的主力軍。在電工電子實訓(xùn)教學(xué)中，通過將傳統(tǒng)的電工電子實訓(xùn)內(nèi)容整合優(yōu)化，使其具備工程項目特色，增加跟專業(yè)相關(guān)的實訓(xùn)項目，并完善實訓(xùn)項目的流程，建立科學(xué)合理的電工電子實訓(xùn)考核模式和方法，促進大學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的發(fā)展，適應(yīng)新工科建設(shè)人才培養(yǎng)的需求，為國家造就一批綜合素質(zhì)高的工程應(yīng)用型人才。