面向工程能力培養(yǎng)的“電工電子實(shí)訓(xùn)”課程改革

張圓圓，王躍飛，莊遠(yuǎn)，李紅星

（北部灣大學(xué) 機(jī)械與船舶海洋工程學(xué)院，廣西 欽州 535011）

0 引言

越來越多地方本科院校將人才培養(yǎng)目標(biāo)定位為培養(yǎng)與地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展相銜接的應(yīng)用型人才[1]，加上當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)不斷地轉(zhuǎn)型升級(jí)改造等形勢，企業(yè)的人力資源結(jié)構(gòu)逐漸對學(xué)生的工程實(shí)踐能力提出了更高的要求。工程實(shí)踐能力表明：學(xué)生分析問題及解決問題的能力，是現(xiàn)代工程技術(shù)人才必備的工程素養(yǎng)[2]，因此，將培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力貫徹到實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)當(dāng)中，也體現(xiàn)了應(yīng)用型高校的人才培養(yǎng)要求。

作為非電專業(yè)引導(dǎo)學(xué)科交叉的基礎(chǔ)應(yīng)用技術(shù)，電工電子技術(shù)在其他工科專業(yè)領(lǐng)域的地位日益凸顯[3-4]。高等院校的電工電子實(shí)訓(xùn)課程涉及各個(gè)工科專業(yè)，是一門基礎(chǔ)性專業(yè)課程，也是本科生入學(xué)后較早接觸到的體現(xiàn)工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維的課程。該課程所需的基礎(chǔ)理論知識(shí)包含“電工電路”“三相異步電機(jī)控制電路”“模擬電路”“數(shù)字電路”四部分內(nèi)容，涉及面比較廣。面向非電專業(yè)的學(xué)生，學(xué)時(shí)數(shù)比較有限的情況下基礎(chǔ)知識(shí)的薄弱表現(xiàn)的比較明顯。同時(shí)，地方高校還存在傳統(tǒng)的“研究型”教育模式，重視理論講解，輕視實(shí)踐能力的鍛煉，更加缺乏工程意識(shí)的培養(yǎng)[5]，致使地方高校的人才培養(yǎng)與企業(yè)的人才需求產(chǎn)生偏差。因此，通過對“電工電子實(shí)訓(xùn)”課程的內(nèi)容進(jìn)行改革，完善相應(yīng)的考核模式，突出學(xué)生的工程素養(yǎng)，提高學(xué)生創(chuàng)新的實(shí)踐意識(shí)。

1 電工電子實(shí)訓(xùn)現(xiàn)狀

一方面，傳統(tǒng)的“電工電子實(shí)訓(xùn)”課程以短期的強(qiáng)化培訓(xùn)為主，使學(xué)生掌握生產(chǎn)當(dāng)中需要的技能為目標(biāo)，這樣的教學(xué)目標(biāo)導(dǎo)致學(xué)生提升的是熟練工人的技能，不能達(dá)到應(yīng)用型高校所需求的工程素養(yǎng)。且這樣整合的教學(xué)內(nèi)容涵蓋范圍較廣，有用電安全、導(dǎo)線基本操作、電工電表的使用、電動(dòng)機(jī)的拆卸、低壓電器的使用[6]等，教學(xué)內(nèi)容比較多，學(xué)生學(xué)習(xí)不夠精。再者，針對具體如表1所示的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，教師往往采取一邊講解一邊演示的教學(xué)策略，學(xué)生則根據(jù)教師指導(dǎo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這樣導(dǎo)致學(xué)生不加思考，只是單純應(yīng)用元器件，未能掌握元器件工作機(jī)理，不能根據(jù)不同的使用場景靈活應(yīng)用。

表1 傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

另一方面，學(xué)生通過的是一個(gè)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容到另一個(gè)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的訓(xùn)練，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容之間沒有拉開層次，且學(xué)生只是機(jī)械地完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的操作，不能從項(xiàng)目的角度去考慮問題，僅能鍛煉其動(dòng)手能力，工程素養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)[7]很難得到發(fā)揮。工程能力要求學(xué)生具有工程思維的角度，根據(jù)問題的需求來解決問題的能力，是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用工程領(lǐng)域的思想方法界定問題、將抽象的問題具體化、建立解決問題的方案，但傳統(tǒng)的電工電子實(shí)訓(xùn)內(nèi)容結(jié)束后，學(xué)生沒有經(jīng)過項(xiàng)目式實(shí)訓(xùn)的訓(xùn)練，無法建立應(yīng)有的工程素養(yǎng)，且沒有形成交叉學(xué)科的問題解決思路，很難建立與所學(xué)專業(yè)的聯(lián)系。

2 優(yōu)化實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

隨著電工電子技術(shù)在各行業(yè)的飛速發(fā)展以及教育技術(shù)的進(jìn)步，使得電工電子的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容有了更加智能化的元素。電工電子實(shí)訓(xùn)課程可以是一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)思路結(jié)構(gòu)流程如圖1所示，從問題入手經(jīng)過整體設(shè)計(jì)到仿真驗(yàn)證，然后選擇實(shí)踐方案，進(jìn)一步安裝、調(diào)試，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果反饋到產(chǎn)品要求進(jìn)一步調(diào)試。整個(gè)過程是一個(gè)閉環(huán)的模式，是電工電子理論導(dǎo)向項(xiàng)目工程應(yīng)用的總結(jié)，這一特性決定了實(shí)訓(xùn)課程的內(nèi)容可以做到系統(tǒng)化。

圖1 項(xiàng)目式實(shí)訓(xùn)流程圖

結(jié)合不同層次學(xué)生及其電工電子專業(yè)背景知識(shí)薄弱的學(xué)生，設(shè)置不同類別的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，且項(xiàng)目之間有難易度的區(qū)分，基于表1中所必備的基本實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練內(nèi)容完成的基礎(chǔ)上，整合出具有工程特色的獨(dú)立實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目如圖2所示，每個(gè)項(xiàng)目采用分步完成，每個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目在固定的實(shí)訓(xùn)室完成，學(xué)生可以在兩周內(nèi)完成設(shè)計(jì)，中間可以自行查閱資料，結(jié)合團(tuán)隊(duì)成員的分工實(shí)施，選題后依據(jù)項(xiàng)目實(shí)施方案進(jìn)行，最終完成作品的提交申請考核。

圖2 整合優(yōu)化的項(xiàng)目內(nèi)容

整合優(yōu)化的項(xiàng)目主要針對的是具有學(xué)習(xí)過電工電子技術(shù)理論課后的學(xué)生，主要目標(biāo)是以項(xiàng)目的形式培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。其中包括硬件電路的設(shè)計(jì)：第一步是驗(yàn)證電路的可行；第二步是元器件的選型，包括電機(jī)控制里面涉及的一些低壓電器的使用；第三步是進(jìn)行電路的測試與故障的排查，找到解決問題的方法進(jìn)一步完善項(xiàng)目需求；第四步是進(jìn)行結(jié)果分析。學(xué)生通過一個(gè)項(xiàng)目的分步訓(xùn)練，學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問題，主動(dòng)解決問題，完成項(xiàng)目的同時(shí)獲得工程實(shí)踐能力的同時(shí)提升了團(tuán)隊(duì)合作的精神。

3 多元化教學(xué)手段

3.1 虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段

區(qū)別于傳統(tǒng)的電工電子實(shí)訓(xùn)課堂教學(xué)模式，以工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的項(xiàng)目式實(shí)訓(xùn)內(nèi)容重點(diǎn)將傳授知識(shí)變?yōu)橹R(shí)探索，要求學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中把自身具備的基礎(chǔ)知識(shí)體系與經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)造性地結(jié)合起來，通過探究項(xiàng)目的結(jié)果來構(gòu)建自己的認(rèn)知系統(tǒng)。像以往一樣，手把手地針對實(shí)訓(xùn)內(nèi)容進(jìn)行操作練習(xí)來說，課堂的實(shí)踐時(shí)間是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以結(jié)合線上先進(jìn)的教育輔助，完成學(xué)生在課外所需的工程素質(zhì)培養(yǎng)是很有必要的[8]。

為滿足學(xué)生不受實(shí)踐空間與時(shí)間的限制，引入了大連海事大學(xué)研發(fā)的線上電工電子實(shí)訓(xùn)仿真平臺(tái)，如圖3所示，包括教師講解實(shí)訓(xùn)內(nèi)容涉及的理論知識(shí)、學(xué)生完成自主學(xué)習(xí)、在線考核等過程、獲得實(shí)訓(xùn)的基礎(chǔ)訓(xùn)練。另外，學(xué)生在項(xiàng)目式實(shí)訓(xùn)內(nèi)容時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)問題，教師可基于電工電子技術(shù)的背景知識(shí)與自主研發(fā)的電工電子作品，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)訓(xùn)時(shí)間內(nèi)根據(jù)已有的知識(shí)搭建項(xiàng)目設(shè)計(jì)所需的軟件平臺(tái)，然后查閱資料選取相應(yīng)的元器件進(jìn)行安裝調(diào)試。最后，基于教師提供的一些軟件程序進(jìn)行改進(jìn)與開發(fā)，激發(fā)學(xué)生探究欲望，完成項(xiàng)目調(diào)試。

圖3 電機(jī)控制基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)仿真圖

3.2 項(xiàng)目式選題實(shí)施過程

學(xué)生根據(jù)團(tuán)隊(duì)基礎(chǔ)選擇綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在下發(fā)實(shí)訓(xùn)計(jì)劃開始的第一周，提交項(xiàng)目計(jì)劃、分工、所需元器件、整體設(shè)計(jì)方案以及完成指標(biāo)。第二周，學(xué)生依據(jù)掌握的資料和經(jīng)驗(yàn)，搭建電路的軟件平臺(tái)，理論上驗(yàn)證方案的可行性，進(jìn)行電路板的制作、元器件的選擇及安裝調(diào)試，其中軟件的測試需要反復(fù)檢驗(yàn)硬件電路是否合理。最后依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步完善項(xiàng)目的結(jié)果分析，撰寫項(xiàng)目報(bào)告，并以小組的形式匯報(bào)。

4 面向工程能力的實(shí)訓(xùn)考核模式

以工程能力為培養(yǎng)導(dǎo)向的電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)，其考核模式也不同于以往，考核的重點(diǎn)由原來的實(shí)驗(yàn)報(bào)告評分轉(zhuǎn)變?yōu)榉謱哟蔚目己?，即將知識(shí)的訓(xùn)練轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)的探究。

在學(xué)時(shí)有限的情況下，教師可以利用線上先進(jìn)的教學(xué)手段輔導(dǎo)學(xué)生完成基礎(chǔ)的電工電子實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的理論教學(xué)；基礎(chǔ)層次考核由教師線上布置作業(yè)，學(xué)生基于軟件平臺(tái)練習(xí)后，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行驗(yàn)證和測評，測評過程老師負(fù)責(zé)考核。項(xiàng)目考核基于基礎(chǔ)考核后，依據(jù)項(xiàng)目完成度及項(xiàng)目參與成員的個(gè)人貢獻(xiàn)進(jìn)行評價(jià)，其中項(xiàng)目評價(jià)的整體評價(jià)中由教師及其他項(xiàng)目組進(jìn)行評分，這樣其他項(xiàng)目組可以學(xué)習(xí)到不同的設(shè)計(jì)思路和實(shí)施策略，同時(shí)也能讓評價(jià)更加客觀與有效，考核具體權(quán)重如表2所示。

表2 基于工程能力培養(yǎng)的實(shí)訓(xùn)考核模式

5 結(jié)語

“電工電子實(shí)訓(xùn)”是一門工科生中涉及專業(yè)面較廣的基礎(chǔ)技術(shù)學(xué)科，也是一門引導(dǎo)學(xué)科交叉的實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，因此，需將工程能力培養(yǎng)融入電工電子的實(shí)訓(xùn)當(dāng)中。通過現(xiàn)代的教育技術(shù)對電工電子實(shí)訓(xùn)的基礎(chǔ)技能進(jìn)行展示與測評，結(jié)合項(xiàng)目式實(shí)訓(xùn)內(nèi)容開展真環(huán)境實(shí)踐，客觀考核學(xué)生解決工程問題的能力，構(gòu)建了系統(tǒng)的面向工程能力的“電工電子實(shí)訓(xùn)”方案，以適應(yīng)地方產(chǎn)業(yè)對工科學(xué)生的工程實(shí)踐能力需求。