“電工電子技術(shù)”課程教學(xué)改革探究

王民明

(南京衛(wèi)生高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校,江蘇 南京 210028)

0 引言

電工電子技術(shù)的發(fā)展始終和人類社會活動息息相關(guān)。從航天航空到衣食住行,電的應(yīng)用幾乎是無處不在?？梢哉f,電工電子技術(shù)的發(fā)展與完善推動了科學(xué)技術(shù)和社會的進步與發(fā)展。

作為一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程,“電工電子技術(shù)”課程包括電工技術(shù)與電子技術(shù)兩部分[1]。其中,電工技術(shù)分為兩個方面:電路理論、變壓器和電氣控制;電子技術(shù)部分,分為模電技術(shù)和數(shù)電技術(shù)。課程主要涵蓋電路的基本分析方法、基本放大電路、門電路組合邏輯電路等基礎(chǔ)電工電子理論與實踐知識[2]。

“電工電子技術(shù)”課程的特點在于課程內(nèi)容多、物理概念多、理論性強、工程實踐性強。因此,在教學(xué)過程中,需要將實踐與理論緊密結(jié)合。同時,其所具有的基礎(chǔ)性、應(yīng)用型、先進性特點,要求學(xué)生掌握基本理論、基本知識和基本概念,并且要有一定的創(chuàng)新意識。

教師在課程教學(xué)中,應(yīng)以學(xué)生為本,堅持工學(xué)結(jié)合。首先,重視理論知識教學(xué),讓學(xué)生能夠掌握電工技術(shù)和電子技術(shù)基礎(chǔ)理論知識和基本技能,具備較強的電路分析能力和電路設(shè)計能力;其次,注重將理論知識教學(xué)與實踐活動教學(xué)相結(jié)合,讓學(xué)生能夠掌握電路的應(yīng)用,了解新器件、新技術(shù)。這樣的教學(xué)能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,培養(yǎng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新實踐能力,進一步讓學(xué)生將所學(xué)習(xí)的理論知識應(yīng)用于實踐,為學(xué)生后續(xù)課程學(xué)習(xí)和從事相關(guān)領(lǐng)域的工作打下基礎(chǔ)[3]。

1 “電工電子技術(shù)”課程理論教學(xué)部分

“電工電子技術(shù)”課程是以高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理等理論知識作為基礎(chǔ)的課程。因此,要求學(xué)生具有高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理的預(yù)備知識。課程中更是包含電工電子技術(shù)相關(guān)的數(shù)學(xué)和物理知識與技能。由此可見,該課程具有較強的理論性,且理論知識種類較多,內(nèi)容龐雜,如想在后繼的實踐課程中融會貫通就必須熟練與電工電子技術(shù)相關(guān)的數(shù)學(xué)和物理知識和技能[4]。

以“電工電子技術(shù)”課程中較為重要的組合邏輯電路實驗單元為例。在組合邏輯電路實驗中,要求學(xué)生先熟悉常用的門電路邏輯符號、引腳排列和注意事項,要先掌握常用的TTL集成門電路邏輯功能的測試方法,通過學(xué)習(xí)了理論知識,學(xué)生腦海中已經(jīng)有一個清晰的、大概的認(rèn)知才能著手使用電元器件,進行應(yīng)用、實踐。這深刻反映了只有學(xué)生在學(xué)習(xí)了TTL集成與非門電路的工作原理,熟悉了集成門電路的參數(shù)等理論知識,才能展開組合邏輯電路實驗。實踐活動一方面反映了學(xué)生對理論知識點掌握程度;另一方面是鞏固理論知識的手段。可見,將理論教學(xué)與實踐教學(xué)相融合始終是教學(xué)改革的重中之重。

1.1 翻轉(zhuǎn)課堂讓學(xué)生深度參與教學(xué)

在傳統(tǒng)課堂教學(xué)中,學(xué)生往往扮演被動聽課的角色,對教學(xué)過程的參與度較低。這一點恰恰是理論課堂教學(xué)一大痛點,而這一痛點可以通過引導(dǎo)學(xué)生自主探究,提升師生的互動來解決。計劃每學(xué)期組織學(xué)生進行3次以上的翻轉(zhuǎn)課堂,提前讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識點準(zhǔn)備好需要講解的內(nèi)容和課件。在正式授課過程中抽取一定的時間,隨機抽查部分學(xué)生,讓學(xué)生有機會通過翻轉(zhuǎn)課堂的形式將所準(zhǔn)備的內(nèi)容進行講解,形成師生角色互換。通過這種形式,可以讓學(xué)生深度參與教學(xué),提高學(xué)生學(xué)習(xí)“電工電子技術(shù)”課程的積極性。教師起到引導(dǎo)學(xué)生自我思考的角色作用,讓學(xué)生成為課堂的主體,提高學(xué)生參與度的同時不斷增強了學(xué)生的表達(dá)能力和自信心[2-4]。

1.2 最大化利用多媒體技術(shù)優(yōu)勢,創(chuàng)造良好課堂氛圍

“電工電子技術(shù)”課程中存在著很多比較抽象的理論知識,單純依靠口口相授模式難以讓學(xué)生獲得深度理解。利用多媒體技術(shù)結(jié)合動畫演示一方面可以讓學(xué)生更加直觀形象地去理解抽象的理論知識,降低教學(xué)的難度。另一方面,多媒體技術(shù)中所包含的視頻、圖像等與學(xué)生的日常生活更為貼近,大大提高學(xué)生的探索欲。因此,合理使用多媒體技術(shù)進行教學(xué),能夠讓學(xué)生容易接受的同時還激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動力[2-5]。

1.3 注重理論教學(xué)與實踐教學(xué)的結(jié)合

在課堂教學(xué)中,教師可以使用直觀教具和實例教學(xué),將典型的電子元件引入課堂教學(xué)。教師以典型的電子元件為對象講解知識,讓學(xué)生近距離去觀察這些電子元件的構(gòu)造及使用原理,將電子元件功能與家用電器的使用進行結(jié)合,讓學(xué)生感受到所學(xué)習(xí)的知識與自身生活息息相關(guān),進一步加深學(xué)生對“電工電子技術(shù)”課程知識的理解[2-5]。

2 “電工電子技術(shù)”課程實踐教學(xué)部分

“電工電子技術(shù)”是一門強化實踐的學(xué)科。隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟的飛速發(fā)展,社會對人才素質(zhì)的要求日益提高,電工電子實踐教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生實踐技能方面的重要性更加明顯。實踐教學(xué)的目的是讓學(xué)生鞏固理論知識,加強學(xué)生的動手能力,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實驗的基本技能。實踐教學(xué)使學(xué)生更深層次地掌握基本邏輯門電路、觸發(fā)器、譯碼器等一些基本集成電路的特性和使用方法,并利用這些基本電路去設(shè)計組合電路和時序電路。學(xué)生只有具備自己擬定實驗步驟、檢查和排除故障的能力,才更符合社會發(fā)展的需要。

“電工電子技術(shù)”課程的實踐教學(xué)現(xiàn)已基本實現(xiàn)單獨授課,與理論教學(xué)同步展開。實踐成績單獨展開列入成績單。這是實踐教學(xué)比例加大、地位提升的體現(xiàn),有利于學(xué)生鞏固擴充理論知識,不斷完善實踐教學(xué)體系。但長期以來,實踐內(nèi)容開展仍然采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式,主要通過學(xué)生提前做好預(yù)習(xí)——課堂老師重申理論知識、操作示范——由學(xué)生兩人一組式完成實驗。一個教學(xué)內(nèi)容大致分為如上3個階段,逐步推進實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容。授課方式也依然保持驗證理論知識的實驗形式,缺少具有主觀設(shè)計性和創(chuàng)新性的實習(xí)項目。同時,盡管“電工電子技術(shù)”課程實踐教學(xué)單獨授課,實踐教學(xué)不附屬于理論教學(xué)的觀點已經(jīng)越來越受業(yè)界認(rèn)可,但目前實踐教學(xué)課時遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于理論教學(xué),教學(xué)過程中更是重理論,輕實踐。有時理論課講什么內(nèi)容,實驗課就安排什么實驗。一向是教師先對理論知識講解,后操作示范。學(xué)生照葫蘆畫瓢,造成在操作過程中對可能出現(xiàn)的錯誤、要注意的細(xì)節(jié)和安全問題一知半解。如此重理論、輕實踐的教學(xué)方式忽略了實踐教學(xué)的目的和特點,缺乏對學(xué)生創(chuàng)新意識﹑實踐技能的培養(yǎng)。

對于電工電子技術(shù)實踐教學(xué),應(yīng)當(dāng)考慮到不同專業(yè)學(xué)生的不同學(xué)習(xí)要求。結(jié)合電工電子技術(shù)未來的發(fā)展趨勢,適當(dāng)調(diào)整實踐內(nèi)容計劃。項目類型要減少驗證型實踐,增加設(shè)計型實踐,并且融入反映目前先進電子技術(shù)新課題。同時,也要鞏固驗證常規(guī)經(jīng)典課題,注重所學(xué)理論知識與實際課題緊密相連。從不斷添加新的電子元件,到不斷拓展相關(guān)實驗,教師可以結(jié)合當(dāng)下較為先進的電工電子理念,與時俱進,優(yōu)化更新實習(xí)內(nèi)容。同時,學(xué)校設(shè)置具有綜合性和設(shè)計性的實踐項目讓學(xué)生能夠充分投入實踐過程,提升自身實踐能力[5]。

實踐形式也應(yīng)當(dāng)更加貼近社會需要。既要在實驗室內(nèi)學(xué)習(xí)電路的接線設(shè)計、實操以及線路的調(diào)試,也要走出實驗室,進一步拓展實驗內(nèi)容。為了加強學(xué)生對理論知識的理解,可以讓學(xué)生來到實踐場所與電工一起參與電路的設(shè)計、安裝、維護等工作,感受真實的實踐情形,提高實踐技能。教師的理論指導(dǎo)和實踐指導(dǎo)相結(jié)合,讓學(xué)生學(xué)以致用,不斷更新自己知識儲備,用之于實踐操作過程中,對接社會需求。

3 “電工電子技術(shù)”課程的考核

3.1 理論課程

3.1.1 考核目標(biāo):

(1)掌握電路的基本定律、基本定理及其簡單的分析方法;了解動態(tài)電路的基本概念,掌握一階電路的“三要素”法。

(2)掌握RLC元件在正弦交流電路中的特性,掌握單相、三相電路的簡單計算。

(3)了解磁路的基本概念、熟悉交流鐵心線圈和變壓器的工作原理和簡單計算。

(4)了解二極管、三極管和特殊二極管等常用半導(dǎo)體器件的工作原理,掌握二極管、三極管、穩(wěn)壓二極管等的圖形符號、伏安特性,熟悉二極管、三極管、穩(wěn)壓二極管等的主要參數(shù)。

(5)了解分立元件構(gòu)成的基本放大電路的組成和工作原理;熟悉集成運算放大器的主要參數(shù)和圖形符號;掌握基本放大電路的靜態(tài)和動態(tài)分析方法;掌握集成運算放大器在信號運算方面以及在單門限電壓比較器方面的應(yīng)用,理解放大電路中的負(fù)反饋的作用及反饋類型判別方法。

(6)熟悉直流穩(wěn)壓電源的組成及各部分的工作原理,掌握三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用。

(7)掌握各種常用的邏輯門符號及輸入輸出邏輯關(guān)系,了解TTL與非門電路的工作原理及主要參數(shù),掌握三態(tài)門電路的特點,掌握組合邏輯電路的分析和設(shè)計;熟悉常用中規(guī)模集成譯碼器的功能及應(yīng)用。

(8)掌握各種雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的功能,熟悉常用中規(guī)模集成計數(shù)器的功能及應(yīng)用。

3.2 實踐課程

實踐課程,如表1所示。

表1 實踐課程

考核目標(biāo):

(1)正確使用常用的電工電子儀器儀表。

(2)具備電路連接及測試能力。

(3)運用典型的中小規(guī)模集成電路組成簡單應(yīng)用電路。

(4)閱讀和分析一般程度的電路原理圖;能對數(shù)字電路進行初步分析和設(shè)計。

(5)具備排除常用電路簡單故障的能力。

4 “電工電子技術(shù)”課程的改革探索

4.1 理論教學(xué)

“電工電子技術(shù)”課程是面向非電類專業(yè)學(xué)生開設(shè)的一門有關(guān)電學(xué)問題的必修專業(yè)基礎(chǔ)課程。部分學(xué)生認(rèn)為所學(xué)的專業(yè)與電工電子無關(guān),因此學(xué)習(xí)的主動性、積極性都不高,容易陷入為了應(yīng)付考試而學(xué)習(xí)的局面。故理論教學(xué)的首要前提是對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及教學(xué)手段進行優(yōu)化[5]。

不同專業(yè)對人才培養(yǎng)的需求不同。理論課程在教學(xué)中應(yīng)該將基礎(chǔ)理論知識貼近學(xué)生專業(yè)。如果針對的是不同專業(yè)或者行業(yè)背景的學(xué)生采用相同的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與教學(xué)手段,這會導(dǎo)致知識點的學(xué)習(xí)價值發(fā)生變化,需要深度掌握的知識點達(dá)不到深度掌握要求,只需了解的部分卻又讓學(xué)生浪費大量時間,不有利于后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)的銜接。

理論課程的教學(xué)應(yīng)當(dāng)針對不同專業(yè)的學(xué)生在授課內(nèi)容的側(cè)重點上有不同的調(diào)整,起到進一步調(diào)動學(xué)生積極性、自覺性與主動性的作用。例如,對計算機專業(yè)的學(xué)生來說,電子電工類課程是計算機硬件方面的基礎(chǔ),而現(xiàn)如今計算機硬件的重要性不可忽視,發(fā)展趨勢是以實用為主,趨于科普化,因此,在教學(xué)過程中要側(cè)重分析常用電子器件的測試與辨別,加強基本放大電路等知識點講解;對于車輛工程專業(yè)的學(xué)生來說,要加強的是集成運算放大電路、直流穩(wěn)壓電源的制作與調(diào)試知識點理解,這有利于培養(yǎng)學(xué)生掌握汽車設(shè)計、制造、試驗等方面專業(yè)知識與技能[4]。

4.2 實踐教學(xué)

在實驗教學(xué)中,通常采用老師操作一遍,學(xué)生照葫蘆畫瓢模仿操作一遍的教學(xué)模式。這使得學(xué)生缺乏自己參與實驗的參與感,造成學(xué)生容易忽視操作過程中出現(xiàn)的錯誤、要注意的細(xì)節(jié)和安全問題。這樣的實踐過程,割裂了與理論知識的關(guān)系,達(dá)不到相輔相成、互相促進的教學(xué)效果。

為了實現(xiàn)充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維以及提高學(xué)生的實踐技能,“電工電子技術(shù)”課程實踐教學(xué)應(yīng)該對實驗內(nèi)容進行重新整合和優(yōu)化。通過增加電路設(shè)計等內(nèi)容,建立起應(yīng)用性、實踐性較強的教學(xué)體系。

更重要的是,層次化實驗內(nèi)容,逐步將驗證型實驗遞進為任務(wù)型實驗,再上升為設(shè)計型實驗。如將“基爾霍夫定律的驗證”實驗變?yōu)椤皽y量某條支路的電流或某兩點間的電壓”,盡量減少演示型實驗,引起學(xué)生的興趣和關(guān)注。對于操作性不強的實踐教學(xué)項目可以通過發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢,利用虛擬仿真平臺進行實驗。而進入實驗室的教學(xué)是為了讓學(xué)生能夠盡快地了解一些電工電子技術(shù)要點,提高工程意識和動手能力。實現(xiàn)在具體的實踐教學(xué)中,把“教師要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生我要學(xué)”,增加學(xué)生自主設(shè)計和發(fā)揮的空間,進一步引導(dǎo)學(xué)生主動思考和探索解決問題的方法,才能有效提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力[5-8]。

4.3 考核模式

電工電子理論教學(xué)課程考核是一以貫之的模式,即平時成績百分制(課堂出勤、課堂提問、作業(yè)、平時測驗等)占40%,期末考試成績百分制占60%。一直以來,這適用于絕大部分場景。然而,目前閉卷形式的期末考試,在題目的考核重點方面,已有了一套范式,相關(guān)固定的題型例題弱化了學(xué)生獨立思考探索的能力。

隨著社會對人才素質(zhì)的要求日益提高,為了讓學(xué)生進一步適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)要求,應(yīng)當(dāng)優(yōu)化考核模式。譬如,減少期末考試閉卷考試的成績占比,擴大平時成績的比例,凸顯出學(xué)生對所學(xué)理論知識的掌握程度。將平時成績百分制占60%,期末考試成績百分制占40%。把課堂表現(xiàn)納入平時成績,利用翻轉(zhuǎn)課堂來考核學(xué)生對理論知識的掌握程度。學(xué)生講解教師補充,學(xué)生能將知識點講清楚講透徹才說明對知識點的理解到位甚至運用自如。

在電工電子實踐教學(xué)課程考核中,實驗報告成績占比超50%。實驗報告有其固定的格式,主要包括:實驗?zāi)康?、實驗儀器設(shè)備、實驗內(nèi)容、實驗步驟、結(jié)果與討論五大部分。很明顯,除了結(jié)果與討論,其余內(nèi)容基本都是實驗指導(dǎo)書上的內(nèi)容,這就導(dǎo)致學(xué)生互相抄襲實驗報告的普遍現(xiàn)象。可以看到,僅從實驗報告根本無法區(qū)分學(xué)生們的實際實驗情況。甚至,有些學(xué)生是按照理論實驗結(jié)果來完成實驗報告,這就導(dǎo)致真正做過實驗的學(xué)生和沒用心做實驗的學(xué)生的實驗成績相差不多,這大大打擊了學(xué)生們的實驗積極性,不利于提高學(xué)生的實踐動手能力[9]。

由此可見,實驗考核應(yīng)針對“電工電子實驗”課程的教學(xué)目標(biāo),結(jié)合實驗室的實際情況,研究可行的實驗考核方案。減少實驗報告成績占比、關(guān)注學(xué)生實踐能力是有效途徑。在基礎(chǔ)部分根據(jù)完成度和動手能力給分,設(shè)計改進部分主要針對學(xué)生的自主性,創(chuàng)新性進行評分;報告成績關(guān)注學(xué)生數(shù)據(jù)的處理與問題的思考以及文檔的寫作情況,在報告的最終批改上,堅持給雷同的報告低分,對有創(chuàng)見的報告加分,促進學(xué)生認(rèn)真操作以及獨立思考。

5 結(jié)語

“電工電子技術(shù)”課程能夠讓學(xué)生獲得有關(guān)電工技術(shù)、電工技術(shù)的基本概念、基本理論和基本技能。電工電子技術(shù)課程教學(xué)是一個長期而系統(tǒng)的工作,將現(xiàn)有的“電工電子技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容與學(xué)科結(jié)合,擯棄一個標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容教學(xué),深入了解不同專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)和對本課程內(nèi)容的要求,有效支撐后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。

優(yōu)化教學(xué)模式,進一步讓枯燥的理論在實踐應(yīng)用中獲得生機。在理論教學(xué)中,以學(xué)生為主體,讓學(xué)生角色互換,站在教師的角度來看待“電工電子技術(shù)”課程。對學(xué)生來說,是將“要我學(xué)”變?yōu)榱恕拔乙獙W(xué)”,這適應(yīng)了“電工與電子技術(shù)”課程課程特點,起到充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、提高積極性、自覺性與主動性的作用。在實踐教學(xué)中,實踐操作也應(yīng)逐步減少照葫蘆畫瓢的現(xiàn)象,將理論性實驗、驗證性實驗搬到線上,充分利用線下實驗室讓學(xué)生展開獨立設(shè)計。讓學(xué)生具備其檢測、分析和排除故障的能力,學(xué)會正確地記錄、處理數(shù)據(jù),培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力,適應(yīng)社會發(fā)展的需要。

合理科學(xué)的考核制度同樣是保證教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)。注重考查學(xué)生對課堂所講解的理論知識的掌握程度,促進學(xué)生重視實踐,引導(dǎo)學(xué)生深入思考,通過對學(xué)生知識、素質(zhì)、能力的全方位考查,建立全程考核評價體系,促進提升電工電子技術(shù)課程教學(xué)效果。