“互聯(lián)網(wǎng)+”及虛擬仿真相結(jié)合教學(xué)模式下《電工電子學(xué)》課程改革實(shí)踐探索

張旭

摘要：《電工電子學(xué)》作為一門(mén)重要的學(xué)科基礎(chǔ)必修課，在教學(xué)過(guò)程中存在眾多難點(diǎn)，包括：內(nèi)容覆蓋面廣、概念多，內(nèi)容抽象、理解困難，學(xué)生專(zhuān)業(yè)范圍廣，實(shí)踐性強(qiáng)等。文章以三相電源學(xué)習(xí)為例，通過(guò)“雨課堂”和PSCAD在課前、課中、課后三個(gè)階段與學(xué)生的互動(dòng)中的應(yīng)用，探索了基于“互聯(lián)網(wǎng)+”及虛擬仿真相結(jié)合教學(xué)模式解決教學(xué)過(guò)程中存在的這三方面難點(diǎn)，為適應(yīng)世界高等教育發(fā)展新趨勢(shì)及新時(shí)代教育精神提供了有益探索。

關(guān)鍵詞：“互聯(lián)網(wǎng)+”;“雨課堂”;虛擬仿真;PSCAD

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2020）13-0212-02

一、引言

《電工電子學(xué)》在我校為學(xué)科基礎(chǔ)必修課，適用于工科非電類(lèi)各專(zhuān)業(yè)。課程旨在使學(xué)生獲得電工技術(shù)、電子技術(shù)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，為相關(guān)專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)、研究和應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的高素質(zhì)人才[1，2]。該課程課堂教學(xué)為54學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)為18學(xué)時(shí)。該課程的三個(gè)特點(diǎn)：（1）內(nèi)容抽象，理解困難;（2）內(nèi)容覆蓋面廣，概念多;（3）學(xué)生專(zhuān)業(yè)范圍廣，實(shí)踐性強(qiáng)。為幫助學(xué)生在有限的課時(shí)中高效掌握并熟練運(yùn)用所學(xué)內(nèi)容，針對(duì)電工電子學(xué)存在的難點(diǎn)，本文以三相電源為例，將在以下幾個(gè)方面展開(kāi)探索：（1）研究互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)軟件“雨課堂”在電工電子學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用;（2）研究虛擬仿真軟件PSCAD對(duì)教學(xué)的輔助應(yīng)用。

二、《電工電子學(xué)》教學(xué)存在的難點(diǎn)

（一）內(nèi)容覆蓋面廣，概念多

以我校電工電子學(xué)教學(xué)大綱為例。電工學(xué)中包含4章，37小節(jié)，需要理解掌握14個(gè)知識(shí)項(xiàng)目;模擬電路內(nèi)容包含3章，30小節(jié)，需要理解掌握5個(gè)知識(shí)項(xiàng)目;數(shù)字電路內(nèi)容包含2章，14小節(jié)，需要理解掌握4個(gè)知識(shí)項(xiàng)目。綜合分析，電工電子學(xué)需要掌握9章，電工學(xué)，電工模擬電路，數(shù)字電路三個(gè)大類(lèi)的知識(shí)內(nèi)容，以及68個(gè)知識(shí)點(diǎn)，平均每個(gè)學(xué)時(shí)1—2個(gè)知識(shí)點(diǎn)。電工學(xué)中的直流電路、電路的瞬態(tài)分析、交流電路、供電與用電關(guān)聯(lián)性強(qiáng)。電子路中的直流穩(wěn)壓電源，基本放大電路，集成運(yùn)算放大器，組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路關(guān)聯(lián)性強(qiáng)。而兩部分間關(guān)聯(lián)性弱，連貫性不強(qiáng)。因此，該課程內(nèi)容覆蓋面廣，概念多，一方面學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容多，另一方面學(xué)生需要多次轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)思路。以上這些對(duì)該課程的教學(xué)提出了一定挑戰(zhàn)。

（二）內(nèi)容抽象，理解困難

電工電子學(xué)中抽象的形式多種多樣。既有以電壓、電流、頻率、相位為代表的表征性抽象，又有基爾霍夫電壓電流定律、疊加定理、戴維寧定律、諾頓定理等為代表的原理性抽象。以三相電源學(xué)習(xí)為例。三相電源既包含有以電壓、電流、頻率、相位為代表的表征性抽象，又包含有霍夫電壓電流定律的原理性抽象。三相電源的學(xué)習(xí)可以歸納為三個(gè)階段：第一階段是感性認(rèn)知階段;第二階段是將三相電源的表象信息進(jìn)行分解、加工、分析和研究，形成三相電源在電壓、電流等不同側(cè)面的各種本質(zhì)屬性;第三階段是從抽象的規(guī)定上升到思維的具體，對(duì)三相電源的各種抽象規(guī)定加以綜合。學(xué)生需要在三個(gè)階段中通過(guò)兩次飛躍，才能深刻理解和掌握三相電源的本質(zhì)和規(guī)律。

（三）學(xué)生專(zhuān)業(yè)范圍廣，實(shí)踐性強(qiáng)

電工電子學(xué)在我校授課學(xué)生專(zhuān)業(yè)包括材料、測(cè)控、環(huán)境、采礦等大部分非電類(lèi)工科專(zhuān)業(yè)。學(xué)生在將來(lái)學(xué)習(xí)中對(duì)于電工電子學(xué)的應(yīng)用有很大差別。因此，教學(xué)中不僅需要讓學(xué)生掌握理論知識(shí)，而且需要學(xué)生能在實(shí)踐中靈活運(yùn)用知識(shí)。電工電子學(xué)是一門(mén)實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，學(xué)生只有在學(xué)以致用的過(guò)程中，才能真正掌握知識(shí)的原理。本課程含有18學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，對(duì)于大范圍專(zhuān)業(yè)學(xué)生而言，只有增加實(shí)驗(yàn)次數(shù)，才能熟練掌握知識(shí)的運(yùn)用。因此，如何在實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)外，增加學(xué)生實(shí)踐機(jī)會(huì)，成為教學(xué)環(huán)節(jié)的客觀(guān)需求。

三、教學(xué)對(duì)策

（一）基于“互聯(lián)網(wǎng)+”解決內(nèi)容覆蓋面廣，概念多的難題

“雨課堂”是一款互聯(lián)網(wǎng)型教學(xué)軟件?！坝暾n堂”通過(guò)PPT和微信，為課堂教學(xué)師生互動(dòng)提供了全新的解決方案。針對(duì)電工電子學(xué)教學(xué)中存在的難點(diǎn)，以三相電源為例，探索以下解決方案。將三相電源相關(guān)的教學(xué)資源隨時(shí)隨地推送到學(xué)生微信，將需要課前預(yù)計(jì)，課堂掌握，課后復(fù)習(xí)的內(nèi)容通過(guò)微信與學(xué)生互動(dòng)。在課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，向?qū)W生推送以實(shí)際物理場(chǎng)景視頻形式描述的三相電源基本概念。學(xué)生在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)需要對(duì)知識(shí)概念的理解程度作答。一方面，學(xué)生通過(guò)“雨課堂”指定的預(yù)習(xí)內(nèi)容對(duì)需要了解的眾多知識(shí)和概念有了初步認(rèn)識(shí)，另一方面，教師通過(guò)學(xué)生的作答數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)掌握了學(xué)生對(duì)概念的認(rèn)識(shí)程度，從而在課堂上有的放矢，同時(shí)節(jié)約了寶貴的課堂時(shí)間。

（二）基于“互聯(lián)網(wǎng)+”和虛擬仿真解決內(nèi)容抽象，理解困難的難題

以三相電源課程為例，其難點(diǎn)在于星形連接和角形連接下線(xiàn)電壓、相電壓、線(xiàn)電流、相電流的理解和掌握，傳統(tǒng)教學(xué)以公式推導(dǎo)為主。PSCAD全稱(chēng)為Power Systems Computer Aided Design。PSCAD可以提供豐富形象的電工電子學(xué)模型，包括電源、線(xiàn)路、儀表等等。以三相電源授課為例，采用PSCAD中的三相電源模型、線(xiàn)路模型、三相負(fù)載模型，以及具有相量顯示功能的電壓表和電流表等虛擬儀器。通過(guò)電力系統(tǒng)模型展示三相電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，通過(guò)虛擬儀器展示不同連接情況下線(xiàn)電壓、相電壓、線(xiàn)電流、相電流在幅值相位的關(guān)系，解決三相電源內(nèi)容抽象的問(wèn)題，幫助學(xué)生深入理解知識(shí)點(diǎn)。

在講解完成后，通過(guò)“雨課堂”軟件，借助微信，以限時(shí)的判斷題、選擇題形式向?qū)W生推送相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的隨堂測(cè)試題。通過(guò)學(xué)生的即時(shí)反饋，可以立刻收集學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。結(jié)合測(cè)試數(shù)據(jù)，課堂教學(xué)隨時(shí)補(bǔ)充學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)掌握的薄弱環(huán)節(jié)。最后，還可以通過(guò)彈幕提問(wèn)環(huán)節(jié)，對(duì)課堂問(wèn)題集中講解，進(jìn)而全面提高課堂教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量。

（三）基于“互聯(lián)網(wǎng)+”和虛擬仿真解決學(xué)生專(zhuān)業(yè)范圍廣，實(shí)踐性強(qiáng)的難題

電工電子學(xué)不但在各專(zhuān)業(yè)學(xué)生中的應(yīng)用場(chǎng)景不同，而且是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。學(xué)生只有通過(guò)結(jié)合自己專(zhuān)業(yè)進(jìn)行電工電子學(xué)的學(xué)習(xí)才能充分掌握知識(shí)要點(diǎn)。以三相電源學(xué)習(xí)為例，采礦專(zhuān)業(yè)學(xué)生可以結(jié)合煤礦供電系統(tǒng)特征，在課后通過(guò)“雨課堂”向教師提問(wèn)。同時(shí)，結(jié)合PSCAD虛擬仿真軟件，把實(shí)際煤礦供電系統(tǒng)以模型形式搭建，這樣既能結(jié)合自己專(zhuān)業(yè)進(jìn)行學(xué)習(xí)，又能在虛擬仿真軟件中練習(xí)操作。在實(shí)際操作中，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。

四、結(jié)語(yǔ)

《電工電子學(xué)》作為一門(mén)非電專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)必修課，探索其課堂教學(xué)建設(shè)有著重要意義。本文針對(duì)《電工電子學(xué)》在實(shí)際教學(xué)中遇到的困難，結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”和虛擬仿真兩個(gè)途徑，探索了解決（1）內(nèi)容覆蓋面廣，概念多，（2）內(nèi)容抽象，理解困難，（3）學(xué)生專(zhuān)業(yè)范圍廣，實(shí)踐性強(qiáng)，三個(gè)方面問(wèn)題的方法。一方面，通過(guò)全面收集在課前、課中、課后學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)掌握的全周期數(shù)據(jù)情況，全面提高了教師授課的效率;另一方面，通過(guò)虛擬仿真的應(yīng)用，在幫助學(xué)生理解的同時(shí)，加強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手和實(shí)踐能力。綜合分析看，“互聯(lián)網(wǎng)+”和虛擬仿真的應(yīng)用是一次課堂建設(shè)的有益探索。

參考文獻(xiàn)：

[1]陶丹，陳后金，劉穎，黃琳琳，馬慶龍，趙文山，陳美娥，余晶晶.基于工程教育認(rèn)證的電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)建設(shè)與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2018，（16）：134-135.

[2]教育部高等教育教學(xué)評(píng)估中心.中國(guó)工程教育質(zhì)量報(bào)告：2013年度[J].MT機(jī)械工程導(dǎo)報(bào)，2015，（1）：45-49.

The Practice and Curriculum Reform for 《Electrical and Electronics》 with "Internet +" and Virtual Simulation

ZHANG Xu

（China University of Mining and Technology-Beijing，Beijing 100083，China）

Abstract：As an important basic compulsory course，《Electrical and Electronics 》has many difficulties in the teaching process，including wide coverage，many concepts，abstract content，difficult understanding，large professional scope of students，strong practicality，etc.Taking the three-phase power supply learning as an example，this paper explores how to solve these three difficulties in the teaching process through the combination of "Internet +" and virtual simulation.This paper introduces the application method of "rain class" and PSCAD in the interaction with students in the three stages before class，in class and after class.It provides a useful exploration to adapt to the new trend of the development of higher education in the world and the spirit of education in the new era.

Key words："Internet +";Rain class;virtual simulation;PSCAD