電工學(xué)課程教學(xué)互動(dòng)創(chuàng)新實(shí)踐探索

唐得志，郎佳紅，馬小三

(安徽工業(yè)大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243032)

電工學(xué)作為工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門理論與實(shí)踐結(jié)合非常緊密的課程。其教學(xué)內(nèi)容涉及電工電子技術(shù)諸多方面的知識(shí)點(diǎn)，如何在較短的課時(shí)把眾多的理論和實(shí)踐知識(shí)高效地傳遞給學(xué)生是電工學(xué)教師面臨的難題。傳統(tǒng)的電工學(xué)課程授課方式偏重于知識(shí)的單向灌輸，學(xué)生被動(dòng)地接受，其主動(dòng)思考和學(xué)習(xí)的興趣不高；作為一門理論和工程實(shí)踐聯(lián)系緊密的課程，電工學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)偏重驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，對設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和自主性實(shí)驗(yàn)重視不夠，而后者是培養(yǎng)學(xué)生工程創(chuàng)新能力很重要的環(huán)節(jié)；教學(xué)考核環(huán)節(jié)作為教學(xué)效果的檢驗(yàn)方式在學(xué)生課程學(xué)習(xí)中起著重要的導(dǎo)向作用，傳統(tǒng)的考核模式偏重于閉卷考試和單一答案的形式，所以有必要改進(jìn)現(xiàn)有教學(xué)互動(dòng)的閉環(huán)模式來解決這些問題。筆者從理論教學(xué)互動(dòng)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)互動(dòng)和教學(xué)考核互動(dòng)三方面的教學(xué)實(shí)例闡述總結(jié)完善電工學(xué)教學(xué)互動(dòng)模式，以期提高電工學(xué)課程的教學(xué)效果。

一、電工學(xué)理論互動(dòng)教學(xué)創(chuàng)新實(shí)例

(一)電工部分理論教學(xué)互動(dòng)創(chuàng)新實(shí)例

正弦電路中相量的概念和應(yīng)用是電工學(xué)課程電工部分的教學(xué)難點(diǎn)。我們在教學(xué)互動(dòng)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對此知識(shí)點(diǎn)的掌握有困難，教材中并沒有清晰地給出正弦量和相量轉(zhuǎn)化的推導(dǎo)過程，學(xué)生被動(dòng)地接受知識(shí)，教學(xué)效果不佳。我們通過仔細(xì)研究教材，以簡化正弦量計(jì)算為問題主線，分步驟地提出問題，啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)積極思考，進(jìn)而從旋轉(zhuǎn)有向線段和復(fù)數(shù)兩個(gè)維度給出了正弦量和相量相互轉(zhuǎn)化的映射關(guān)系，使學(xué)生對這個(gè)知識(shí)點(diǎn)有清晰直觀的理解，知其然，也知其所以然，從而取得了較好的教學(xué)效果。在利用相量法解決問題的教學(xué)互動(dòng)中發(fā)現(xiàn)，多啟發(fā)學(xué)生思考一題多解，有助于學(xué)生對相量知識(shí)點(diǎn)全面有效的掌握。例如在復(fù)雜正弦交流電路的求解中，可以利用相量代數(shù)式求解，也可以利用相量圖求解。相量代數(shù)式求解思路簡單，但是計(jì)算量大；而相量圖方法靈活簡便，但是難于理解。所以根據(jù)學(xué)生作業(yè)和考試的反饋，在實(shí)際教學(xué)中將相量圖融合在相量代數(shù)式的求解過程中，實(shí)現(xiàn)兩種方法有機(jī)結(jié)合，拓寬學(xué)生的思路，簡化求解過程，實(shí)現(xiàn)對知識(shí)點(diǎn)的有效牢固掌握。

三相交流電動(dòng)機(jī)也是電工部分教學(xué)中較難的知識(shí)點(diǎn)，由于其是電路和磁路相結(jié)合的電工設(shè)備，學(xué)生在學(xué)習(xí)上有難度。在長期的教學(xué)互動(dòng)實(shí)踐中我們認(rèn)識(shí)到按照教材章節(jié)講授效果欠佳，因此根據(jù)學(xué)生普遍反映缺乏對電動(dòng)機(jī)的感性認(rèn)識(shí)，制作了三相交流電動(dòng)機(jī)的原理模型，利用加手柄的馬蹄形磁鐵模擬定子旋轉(zhuǎn)磁場，鋁條的籠子模擬轉(zhuǎn)子，搖動(dòng)馬蹄形磁鐵，籠子也跟著轉(zhuǎn)起來了，學(xué)生探索未知事物的興趣被激發(fā)，對其為什么能轉(zhuǎn)起來非常感興趣，此時(shí)適時(shí)地通過電磁感應(yīng)定律分析其轉(zhuǎn)動(dòng)原理就水到渠成了。有了實(shí)物的印象和引導(dǎo)后，學(xué)生對此后的電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性分析和電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的學(xué)習(xí)興趣得以提高。

電工部分的教學(xué)互動(dòng)中，學(xué)生不僅能通過預(yù)習(xí)對教師提出問題，很多學(xué)生在教學(xué)閉環(huán)互動(dòng)中深入思考，對教材忽略的部分問題提出一些有價(jià)值的見解，從而使教學(xué)互動(dòng)得以進(jìn)一步升華。比如在完成講授磁路這個(gè)知識(shí)點(diǎn)后，針對為什么空心線圈的電感是常數(shù)，而有鐵心線圈的電感是變量的問題，學(xué)有余力的學(xué)生根據(jù)磁性材料的磁導(dǎo)率、磁路的歐姆定律、電感的物理公式給出自己的推導(dǎo)過程，為教師在此部分的教學(xué)中完善了教學(xué)案例，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)相長。

(二)電子部分理論教學(xué)互動(dòng)創(chuàng)新實(shí)例

“電子電路中的反饋”是電工學(xué)課程模擬電子部分講授的難點(diǎn)，一直是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的攔路虎，教學(xué)過程中通過吸收和梳理學(xué)生反饋的問題，將凈輸入量、反饋量和輸出量的關(guān)系進(jìn)行梳理，并通過量化公式將正負(fù)反饋判定、串并聯(lián)反饋判定、電壓電流反饋判定按照從易到難的步驟進(jìn)行細(xì)致的講解，使學(xué)生利用對知識(shí)點(diǎn)的深入理解擺脫對課本中生硬判定準(zhǔn)則的死記硬背，取得了良好的教學(xué)效果。

“基本放大電路的動(dòng)態(tài)圖解法”是模擬電子部分教學(xué)的另一難點(diǎn)，在課堂教學(xué)過程中學(xué)生普遍反映交流負(fù)載線以及輸入信號(hào)到輸出信號(hào)的分析過程不清晰。結(jié)合這些互動(dòng)反饋的問題信息，考慮到教材中對交流負(fù)載線的說明太過簡略，我們通過三極管線性模型利用疊加原理實(shí)現(xiàn)交流負(fù)載線方程的詳細(xì)推導(dǎo)，加深了學(xué)生對放大電路信號(hào)動(dòng)態(tài)傳輸過程的理解，為之后信號(hào)失真的講授奠定了良好的基礎(chǔ)。

“計(jì)數(shù)器”歷來是電工學(xué)課程數(shù)字電路部分的教學(xué)難點(diǎn)，尤其是組成計(jì)數(shù)器的JK觸發(fā)器的原理不易理解，學(xué)生普遍反映教材文字偏多、圖例較少。因此，在教學(xué)過程中，我們利用實(shí)驗(yàn)視頻結(jié)合連貫式圖表形象地說明在時(shí)鐘脈沖經(jīng)歷下降沿過程中兩個(gè)可控RS觸發(fā)器輸入輸出的變化，加深了學(xué)生的理解；同時(shí)補(bǔ)充出租車輪速編碼器如何實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)的實(shí)例，進(jìn)一步說明了計(jì)數(shù)器的工程應(yīng)用，回答了理論知識(shí)如何用、怎么用、用在哪里的疑問，取得了很好的教學(xué)效果。

在電子部分的教學(xué)互動(dòng)中，針對學(xué)生對工程應(yīng)用實(shí)例的興趣需求，我們利用自身科研的專業(yè)知識(shí)來回應(yīng)學(xué)生的興趣訴求。例如，在講授運(yùn)放的信號(hào)運(yùn)算功能時(shí)，為了提高學(xué)生對比例、積分和微分運(yùn)算的工程實(shí)踐認(rèn)識(shí)，在教學(xué)中將比例微分積分(PID)控制器作為工程應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行說明，同時(shí)利用直流電機(jī)的速度和位置控制系統(tǒng)作為課堂演示裝置，通過調(diào)節(jié)比例系數(shù)、微分系數(shù)和積分系數(shù)，直觀地呈現(xiàn)運(yùn)放信號(hào)運(yùn)算的工程應(yīng)用場景和控制效果，提升了學(xué)生對理論知識(shí)學(xué)以致用的興趣。

二、電工學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)互動(dòng)創(chuàng)新實(shí)例

目前電工學(xué)實(shí)驗(yàn)多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)較少。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)在鞏固理論知識(shí)方面有不可替代的作用，但是其缺點(diǎn)也很明顯，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中主動(dòng)介入較少，被動(dòng)灌輸過多。有很多學(xué)生在機(jī)械地按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書做完實(shí)驗(yàn)后，對實(shí)驗(yàn)的原理、方法和目的掌握得不夠深入；有的學(xué)生僅僅學(xué)會(huì)了如何操作儀器、連線和讀數(shù)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果不好。針對這些缺陷，我們在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中創(chuàng)新互動(dòng)模式，對含有設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目只提實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，查閱文獻(xiàn)資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)備，完成實(shí)驗(yàn)流程，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。尤其鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符合預(yù)期時(shí)，探究出現(xiàn)不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原因；充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，在解決問題的過程中提高理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的綜合能力。

除了增加互動(dòng)性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生發(fā)現(xiàn)生活中的電工電子應(yīng)用的問題，利用所學(xué)的電工學(xué)理論知識(shí)，通過開展自主性實(shí)驗(yàn)，搭建電路和編寫程序來解決問題。在這種互動(dòng)方式引導(dǎo)下，有的學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)查詢發(fā)現(xiàn)基于不同口感的咖啡調(diào)制過程中對水質(zhì)動(dòng)態(tài)要求的應(yīng)用問題，我們鼓勵(lì)并引導(dǎo)他們成立小組，討論利用電工學(xué)中所學(xué)的運(yùn)放、繼電器和電機(jī)知識(shí)構(gòu)建一種自動(dòng)調(diào)節(jié)總?cè)芙庑怨腆w物質(zhì)(TDS)濃度值的混水裝置，從硬件購置到軟件的編寫，學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐中加深了對理論知識(shí)的理解和掌握，最后做出了功能樣機(jī)，申請了發(fā)明專利，教師也在這種教學(xué)互動(dòng)中豐富了自身的工程教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

三、教學(xué)考核環(huán)節(jié)互動(dòng)創(chuàng)新實(shí)例

目前的電工學(xué)考核停留在傳統(tǒng)的“期末考試+實(shí)驗(yàn)理論考試+平時(shí)作業(yè)”的模式，期末考試成績的比重過大，缺乏對平時(shí)互動(dòng)教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)效果的有效考核，設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的考核比重較低。因此，為了讓考核成為學(xué)習(xí)電工學(xué)過程中的有效激勵(lì)手段，考核模式上采用“期末考試+多種形式實(shí)驗(yàn)測試+平時(shí)作業(yè)+隨堂測試”，考核內(nèi)容上，期末考試增加設(shè)計(jì)性題型、一題多解類型的試題，鼓勵(lì)學(xué)生拓寬思路；實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，加大自主性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)考核內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生成立小組，定期進(jìn)行師生技術(shù)方案交流，考核成績綜合考慮設(shè)計(jì)過程是否申請專利、成本因素、是否做出樣件電路等維度；平時(shí)作業(yè)增加思考題啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)和方法的局限性，通過各種渠道查閱文獻(xiàn)思考問題解決方式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，同時(shí)設(shè)計(jì)能串聯(lián)整個(gè)電工和電子知識(shí)點(diǎn)的設(shè)計(jì)性思考題，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用電工學(xué)知識(shí)的能力；隨堂測試偏重考核基本概念、基本方法定律的靈活運(yùn)用，考核目的是即時(shí)了解學(xué)生的聽課效果和對基本知識(shí)的掌握效果，為線上和線下教學(xué)互動(dòng)反饋明確教學(xué)重點(diǎn)。

四、結(jié)語

綜合以上闡述，將本文所述的互動(dòng)教學(xué)模式總結(jié)如下：(1)理論教學(xué)：針對教材的知識(shí)難點(diǎn)，遵循工程問題提出——課堂講授——學(xué)生實(shí)時(shí)反饋——授課課件內(nèi)容改進(jìn)——網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)發(fā)布的模式，學(xué)生的問題反饋可以通過各種線上線下平臺(tái)快速與教師互動(dòng)溝通，教師的教學(xué)內(nèi)容會(huì)在與學(xué)生的多次互動(dòng)中不斷優(yōu)化改進(jìn)，最終通過線上線下平臺(tái)發(fā)布；(2)實(shí)驗(yàn)教學(xué)：增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和自主性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教師從傳統(tǒng)的指導(dǎo)角色轉(zhuǎn)變?yōu)榛?dòng)啟發(fā)角色，不給出具體的實(shí)施步驟和方案，鼓勵(lì)學(xué)生在滿足安全和實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的基礎(chǔ)上大膽創(chuàng)新和試錯(cuò)，增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中的主動(dòng)性，有效提高實(shí)驗(yàn)的工程實(shí)踐教學(xué)效果；(3)教學(xué)考核：在教學(xué)過程中分階段增加沒有單一標(biāo)準(zhǔn)答案的線上和線下設(shè)計(jì)題比重，鼓勵(lì)學(xué)生在與教師多次的互動(dòng)溝通中改進(jìn)提高設(shè)計(jì)方案和電路，讓最終的考核成績真正體現(xiàn)學(xué)生課程全閉環(huán)的學(xué)習(xí)效果和靈活運(yùn)用電工學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。