面向化工專業(yè)的電工電子學(xué)課程改革與實(shí)踐

宋 強(qiáng)，王仲莉，閆景富，3，高國(guó)剛

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)工學(xué)院，克拉瑪依 834000；2.中國(guó)石油大學(xué)（北京）機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)工程學(xué)院，北京 102249；3.中國(guó)石油大學(xué)（北京）信息科學(xué)與工程學(xué)院，北京 102249）

0 引言

電工電子學(xué)是非電類工科專業(yè)學(xué)生掌握電工電子技術(shù)的一門重要基礎(chǔ)課。以中國(guó)石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)為例，機(jī)械、過(guò)控、儲(chǔ)運(yùn)、石工、化工、軟工、數(shù)據(jù)等工科專業(yè)均開設(shè)該課，課程內(nèi)容涵蓋電路理論、電機(jī)及其控制、模電技術(shù)、數(shù)電技術(shù)等。課時(shí)設(shè)置上，機(jī)械、過(guò)控、儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)為64學(xué)時(shí)，石工、化工、軟工、數(shù)據(jù)專業(yè)為40學(xué)時(shí)。如何讓非電類專業(yè)學(xué)生，尤其是少學(xué)時(shí)專業(yè)學(xué)生，在一個(gè)學(xué)期內(nèi)系統(tǒng)掌握電工電子技術(shù)，并為后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)奠定良好電工電子基礎(chǔ)，是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的課題。

1 化工專業(yè)電工電子學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

中國(guó)石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)化工專業(yè)以高層次、應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，專業(yè)教學(xué)強(qiáng)調(diào)“厚基礎(chǔ)、寬口徑”，重視電工電子學(xué)在專業(yè)培養(yǎng)中的作用。但在實(shí)際教學(xué)中，還存在學(xué)生重視不夠、內(nèi)容缺乏專業(yè)針對(duì)性、實(shí)驗(yàn)教學(xué)程式化等諸多問(wèn)題亟待解決。

1.1 學(xué)生基礎(chǔ)差、興趣低，對(duì)電工電子學(xué)重視不夠

1.2 課程教學(xué)缺乏化工專業(yè)特色

電工電子學(xué)是工科專業(yè)的一門基礎(chǔ)課，課程教學(xué)大綱僅按課時(shí)分類，化工專業(yè)的教學(xué)大綱與石工、軟工、數(shù)據(jù)專業(yè)完全相同。但實(shí)際上，非電類專業(yè)學(xué)生具有不同的專業(yè)背景和知識(shí)架構(gòu)，對(duì)電學(xué)知識(shí)有差異化需求，采用統(tǒng)一的教學(xué)大綱，缺乏專業(yè)針對(duì)性，無(wú)法滿足化工專業(yè)學(xué)生的專業(yè)需要。

1.3 課堂教學(xué)方式單一，缺乏學(xué)生學(xué)習(xí)效果的跟蹤反饋

電工電子學(xué)課堂教學(xué)還沿襲傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)模式，不符合工程教育認(rèn)證的理念。工程教育認(rèn)證強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)的關(guān)鍵在于學(xué)生能力的提升。同時(shí)，教學(xué)環(huán)節(jié)還要有持續(xù)反饋和改進(jìn)機(jī)制，要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)效果不斷調(diào)整教學(xué)方式。目前課程主要通過(guò)作業(yè)來(lái)反映學(xué)生的知識(shí)掌握情況，但作業(yè)抄襲嚴(yán)重，并不能真實(shí)反映教學(xué)效果。

1.4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)程式化嚴(yán)重，達(dá)不到實(shí)踐能力培養(yǎng)的要求

電工電子學(xué)的理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般分開進(jìn)行，目前實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生實(shí)驗(yàn)前就已知實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有驚喜，因此實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生吸引力較小。此外，許多實(shí)驗(yàn)儀器采用“黑匣子”操作模式，學(xué)生看不到具體的元器件，只能看到元器件的符號(hào)，這導(dǎo)致大部分學(xué)生學(xué)完這門課程后也不認(rèn)識(shí)常見(jiàn)的元器件；實(shí)驗(yàn)箱中的電路有一部分連接完成，學(xué)生只需按既定實(shí)驗(yàn)步驟將剩余電路連線、調(diào)節(jié)，即可得到預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式使學(xué)生更多停留在理論教學(xué)階段，無(wú)法讓學(xué)生理解實(shí)際的電路運(yùn)行過(guò)程和原理，只有機(jī)械性地重復(fù)操作，缺乏動(dòng)手和主動(dòng)思維能力的訓(xùn)練。

針對(duì)化工專業(yè)電工電子學(xué)教學(xué)存在的上述問(wèn)題，圍繞教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面開展研究，改革成果將為非電類少學(xué)時(shí)專業(yè)的電工電子學(xué)改革提供借鑒。

2 電工電子學(xué)的改革與實(shí)踐

2.1 制定體現(xiàn)化工專業(yè)特色的課程教學(xué)內(nèi)容

化工專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后一般到化工廠、煉油廠工作，會(huì)接觸電機(jī)及各類控制儀表。因此，按“著眼基礎(chǔ)、注重概念、突出應(yīng)用、減少計(jì)算”的原則，對(duì)化工專業(yè)的電工電子學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，調(diào)整后的內(nèi)容包括電路基本概念及元器件、電路基本定律及分析方法、正弦交流電路、電機(jī)原理及特性、信號(hào)放大與運(yùn)算電路、數(shù)字邏輯電路等六部分，同時(shí)在教學(xué)中突出以下特點(diǎn)：

（1）避免復(fù)雜公式推導(dǎo)，簡(jiǎn)化公式推導(dǎo)過(guò)程，降低計(jì)算復(fù)雜程度，體現(xiàn)“計(jì)算是為了更好地理解概念和定理”的宗旨，使學(xué)生更容易理解、掌握所學(xué)知識(shí)，減少學(xué)生學(xué)習(xí)的畏難情緒。

（2）注重實(shí)用性，將理論知識(shí)與日常用電相結(jié)合。例如講解三相交流電時(shí)，只介紹日常應(yīng)用較為廣泛的三相四線制，略去應(yīng)用較少的三相電源的三角形接法。對(duì)于元器件，只介紹其伏安特性、接線引腳等外部物理特性，不講解內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)。

（3）將課程知識(shí)點(diǎn)與實(shí)際生活相結(jié)合，提煉出學(xué)生熟悉的生活實(shí)例，激發(fā)學(xué)生好奇心，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。例如用電負(fù)荷估算、安全用電措施、漏電保護(hù)器設(shè)計(jì)、配電線路設(shè)計(jì)、運(yùn)放混音器設(shè)計(jì)、觸摸延時(shí)開關(guān)設(shè)計(jì)、溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)等，使學(xué)生覺(jué)得學(xué)之有用。

聲明解釋為，“EN+、俄鋁和GAZ正在規(guī)劃企業(yè)管理調(diào)整，調(diào)整規(guī)劃可能給管控這些被制裁企業(yè)造成重大影響。”

2.2 根據(jù)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)課程教學(xué)環(huán)節(jié)

我國(guó)目前正大力開展工程教育認(rèn)證工作，認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)突出強(qiáng)調(diào)“復(fù)雜工程問(wèn)題”，對(duì)于化工專業(yè)的電工電子學(xué)課，復(fù)雜工程問(wèn)題應(yīng)滿足以下特征：必須運(yùn)用工程原理，經(jīng)過(guò)分析才可能得到解決；涉及多方面的技術(shù)和工程因素；需要通過(guò)建立合適的抽象模型才能解決。傳統(tǒng)的“教師講、學(xué)生聽(tīng)、課后作業(yè)、期末考試”教學(xué)方式并不能培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，因此，電工電子學(xué)在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了改革：

（1）將項(xiàng)目設(shè)計(jì)作為課程教學(xué)主線，并據(jù)此制定課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

（2）制定了由低到高四個(gè)層次的考核標(biāo)準(zhǔn)，以反映學(xué)生不同層次的問(wèn)題解決能力。第1層：對(duì)基本知識(shí)、基本原理與工程環(huán)境有所理解；第2層：能承擔(dān)設(shè)計(jì)任務(wù)，能給出直觀解決方案；第3層：能熟練運(yùn)用相關(guān)原理與工具，給出子系統(tǒng)或子單元的解決方案，第4層：在一定指導(dǎo)下能解決系統(tǒng)問(wèn)題，并表現(xiàn)出自主性與創(chuàng)造性。

（3）更多采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，課程基礎(chǔ)內(nèi)容不再過(guò)多占用課堂時(shí)間，由學(xué)生在課下通過(guò)課程網(wǎng)站、電子書、單元作業(yè)自主完成。學(xué)生在課堂上更專注于主動(dòng)的基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，通過(guò)項(xiàng)目設(shè)計(jì)獲得更深層次的理解。同時(shí)，教師將項(xiàng)目分解為多個(gè)知識(shí)單元，通過(guò)課堂測(cè)試考察學(xué)生對(duì)單元知識(shí)的掌握程度，并適時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度。

2.3 將綜合實(shí)訓(xùn)納入實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，突出系統(tǒng)性與實(shí)踐性，實(shí)現(xiàn)做中學(xué)、學(xué)中做

電工電子學(xué)具有實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此去掉部分驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，將實(shí)訓(xùn)納入實(shí)踐教學(xué)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目按“由單元到綜合”、“由驗(yàn)證到設(shè)計(jì)”的思路開展，由簡(jiǎn)入難，逐步提高學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)的能力。綜合實(shí)訓(xùn)強(qiáng)調(diào)動(dòng)手做電路，用電路引導(dǎo)學(xué)生的“學(xué)與用”，真正實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相融合，并培養(yǎng)學(xué)生分析、驗(yàn)證、實(shí)踐的能力。

課程建立了基于運(yùn)算放大電路的實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)，分為五步：

（1）了解電阻器、電位器、晶體管、集成電路芯片等元器件，并能熟練操作直流穩(wěn)壓電源、萬(wàn)用表、示波器、信號(hào)發(fā)生器、電烙鐵、吸錫器、斜口鉗、剝線鉗等常用儀表工具。

（2）根據(jù)給定的電阻，合理組合，設(shè)計(jì)放大電路各元件的參數(shù)，并計(jì)算出各輸入輸出波形的參數(shù)。

（3）將電路中的各元器件合理布局在實(shí)驗(yàn)板上，使電路美觀、實(shí)用，實(shí)驗(yàn)板背面焊接簡(jiǎn)單、不易出現(xiàn)短路情況。

（4）焊接電路板，在實(shí)踐中掌握如何防止虛焊、假焊，電路焊接出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)如何拆焊。

（5）觀察電路的輸入、輸出波形，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)分析波形、電壓測(cè)量等方法獨(dú)立查找電路故障原因，排查電路故障點(diǎn)。

圖1 電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)——電路焊接

在實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生可對(duì)實(shí)際的元器件有具體認(rèn)識(shí)；結(jié)合之前驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中連接電路的基礎(chǔ)，學(xué)生親自動(dòng)手焊接完整電路后，可對(duì)電路有更深刻的理解。此外，綜合實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)不易出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的同一性問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異性能夠鍛煉學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)、自主分析的能力，學(xué)生的自主性和積極性得到明顯提高。

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)化工專業(yè)電工電子學(xué)課程存在的學(xué)生重視不夠、內(nèi)容缺乏專業(yè)針對(duì)性、實(shí)驗(yàn)教學(xué)程式化等諸多問(wèn)題，對(duì)少課時(shí)電工電子學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革與實(shí)踐。制定了體現(xiàn)化工專業(yè)特色的課程教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)了基于工程教育認(rèn)證的課程教學(xué)環(huán)節(jié)，將電子工藝綜合實(shí)訓(xùn)納入實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，這些課程改革成果將為非電類少學(xué)時(shí)專業(yè)的電工電子學(xué)課程教學(xué)設(shè)計(jì)提供借鑒。