新工科背景下非電類專業(yè)教學(xué)改革與實踐
——以電工與電子技術(shù)課程為例

曹 路，王玉青，楊 敏，麥超云，甘俊英

（五邑大學(xué) 智能制造學(xué)部，廣東 江門 529020）

0 引言

2017年2月20日，教育部發(fā)布《高等教育司關(guān)于開展“新工科”研究與實踐的通知》，各地高校相繼開展各種研究和實踐活動，以推進(jìn)“新工科”的進(jìn)一步發(fā)展［1］?！靶鹿た啤贬槍Φ氖切屡d產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造，與傳統(tǒng)工科相比，其更加強(qiáng)調(diào)學(xué)科的實用性、交叉性與綜合性，特別是信息、通信、電子等新技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)的緊密結(jié)合［2］。正因為如此，非電類本科專業(yè)，如機(jī)械、交通、化工、紡織、土木等專業(yè)更需要加強(qiáng)電工與電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，加強(qiáng)實踐教學(xué)，培養(yǎng)應(yīng)用型人才。

電工與電子技術(shù)課程是高等工科院校非電類專業(yè)的一門必修基礎(chǔ)課程，五邑大學(xué)的工科專業(yè)和非電類專業(yè)的學(xué)生都要學(xué)習(xí)這門課程，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)及從事工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的工作打下一定基礎(chǔ)。隨著新技術(shù)、新器件的層出不窮，該課程教學(xué)內(nèi)容在不斷變化，隨著各專業(yè)培養(yǎng)計劃的調(diào)整，課程總學(xué)時數(shù)也在相應(yīng)減少。這種情況下，對于學(xué)生而言，如何消化理論知識，掌握實踐技能，學(xué)以致用是有難度的；對于教師而言，如何優(yōu)化課堂教學(xué)，提高教學(xué)效率，強(qiáng)化對學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)，也是非常大的挑戰(zhàn)［3-4］。

國內(nèi)眾多學(xué)者針對該課程改革與實踐進(jìn)行了一系列探索。袁小慶等［5］通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、構(gòu)建新的教學(xué)模式、實施新的考核方式、建設(shè)學(xué)習(xí)資源、塑造教學(xué)團(tuán)隊等方式，提出構(gòu)建“電工學(xué)”國家一流課程建設(shè)具體思路。祝頤蓉［6］對目前新工科教學(xué)教學(xué)中的問題進(jìn)行總結(jié)，并從教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)評價等4個方面提出電工學(xué)課程實踐的具體途徑。隨著信息化建設(shè)步伐的加快，越來越多的教師考慮將現(xiàn)代化技術(shù)引入課堂教學(xué)。董梅［7］提出將微課技術(shù)應(yīng)用于“電工基礎(chǔ)”教學(xué)改革，取得了不錯的教學(xué)效果。朱莉等［8］結(jié)合疫情期間線上教學(xué)的實際情況，提出基于“雨課堂”和“企業(yè)微信直播”的線上教學(xué)模式。楊秋菊等［9］提出翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在“電工與電子技術(shù)”課程中的應(yīng)用策略。呂英英等［10］對“電工學(xué)”在線翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)有效性因素進(jìn)行分析，指出影響翻轉(zhuǎn)課堂有效性的五大因素。針對課程的實驗環(huán)節(jié)，為了提高學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)應(yīng)用型人才，各高校采取了各種各樣的方法。南京航空航天大學(xué)許津銘［11］提出采用Saber仿真軟件開展“電工與電子技術(shù)”虛擬仿真教學(xué)；西安交通大學(xué)原曉楠等［12］提出“電工學(xué)實驗”的線上教學(xué)平臺教師講解為主，實驗微課為輔的混合教學(xué)模式；吉林大學(xué)厲茜等［13］提出“線上+線下”、“虛擬+實境”、“獨(dú)立+主題”、“多方式協(xié)同”相融合的電工學(xué)實驗教學(xué)新模式。

本文在分析五邑大學(xué)電工與電子技術(shù)課程教學(xué)中所存在問題的基礎(chǔ)上，提出了課程改革具體思路。以學(xué)生為中心，優(yōu)化教學(xué)方法和教學(xué)手段；利用虛擬仿真技術(shù)，開設(shè)綜合性實驗；優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，將課程思政浸潤到教學(xué)內(nèi)容；優(yōu)化評價體系，構(gòu)建多元化考核方法。

1 教學(xué)中存在的問題

總體而言，五邑大學(xué)電工與電子技術(shù)課程教學(xué)面臨如下問題：

（1）內(nèi)容多而學(xué)時少的矛盾比較突出。根據(jù)五邑大學(xué)應(yīng)用型本科實際情況，電工與電子技術(shù)課程的學(xué)時數(shù)有較大幅度的壓縮，部分專業(yè)甚至用32學(xué)時完成電工和電子兩大部分的學(xué)習(xí)內(nèi)容，內(nèi)容多而學(xué)時少的矛盾比較突出。目前，大部分專業(yè)的電工與電子技術(shù)課程為36學(xué)時的理論課程，12學(xué)時的實驗課時，理論知識涉及的內(nèi)容覆蓋電路理論、電氣自動控制、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)等。如何用有限的學(xué)時完成相應(yīng)的內(nèi)容，這給授課教師帶來了極大挑戰(zhàn)。

（2）實驗環(huán)節(jié)薄弱，綜合性、設(shè)計性、研究性內(nèi)容不足。傳統(tǒng)教學(xué)模式下，課程的教學(xué)重點(diǎn)在于繁雜的理論知識，但課程實驗環(huán)節(jié)較薄弱，學(xué)生很少有機(jī)會進(jìn)行電工學(xué)相關(guān)的工程實踐。學(xué)生雖然掌握了電工與電子技術(shù)相關(guān)理論知識，但不會解決生產(chǎn)實踐中的實際問題。因此，如何讓學(xué)生成為教學(xué)活動的中心，提高學(xué)生解決實際問題的能力，是課程學(xué)習(xí)過程中亟待解決的問題。

（3）課程中所蘊(yùn)含的思政元素未引起足夠關(guān)注。一方面，課程授課學(xué)生人數(shù)多、受眾面廣，是非常重要的思想教育陣地；另一方面，課程中的一些定律和原理是前人的智慧結(jié)晶，客觀地揭示了電學(xué)中的一些基本原理和規(guī)律，蘊(yùn)含著人生的哲理，對學(xué)生具有一定的導(dǎo)向作用。課程作為傳播知識的載體，并不只是以單純的知識傳授為目的，也承擔(dān)著塑造學(xué)生世界觀、價值觀和人生觀的重要功能，但在傳統(tǒng)的教學(xué)中，這并未引起足夠的關(guān)注。

2 教學(xué)改革策略

2.1 以學(xué)生為中心，優(yōu)化教學(xué)方法和教學(xué)手段

（1）課程秉承“教師主導(dǎo)，以學(xué)為主”的教學(xué)理念，在教學(xué)方法上將“啟發(fā)引導(dǎo)、交互反饋”的理念貫穿始終。將“問題引導(dǎo)——問題分析——問題解決——?dú)w納總結(jié)”貫穿到每一個章節(jié)；以問題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生對課程重難點(diǎn)問題進(jìn)行深入討論；利用啟發(fā)式、互動式、案例式、討論式和類比歸納等教學(xué)方法答疑解惑，突破重難點(diǎn)，體現(xiàn)教師的主導(dǎo)作用與學(xué)生的主體作用。

（2）隨著智能終端的普及，大學(xué)生的學(xué)習(xí)方式發(fā)生了重要改變，移動學(xué)習(xí)和碎片化學(xué)習(xí)越來越流行。課程組積極開展立體化的自學(xué)資源、微課等課程資源的研究與制作，充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)，為課程的教與學(xué)構(gòu)建高效、暢通、靈活和自主性學(xué)習(xí)的多維網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，使得學(xué)生可以碎片化學(xué)習(xí)該課程。課程組開發(fā)了課程微課，為課程的重難點(diǎn)錄制了相關(guān)視頻，以滿足學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)的需求。圖1為部分微課視頻展示。

Fig.1 Part of the micro-lecture video display圖1 部分微課視頻展示

（3）課程借助云班課、超星網(wǎng)絡(luò)平臺和B站習(xí)題講解，提供較為全面的學(xué)習(xí)支持服務(wù)。借助云班課完成考勤、課件和微課發(fā)布、課堂測試和提問、課后作業(yè)提交、課堂和課后答疑以及部分成績的統(tǒng)計和評定（見圖2）。通過B站進(jìn)行線上習(xí)題講解。通過超星網(wǎng)絡(luò)平臺構(gòu)建試題庫。

Fig.2 Using cloud classes to manage classrooms圖2 利用云班課管理課堂

2.2 利用虛擬仿真技術(shù)，開設(shè)綜合性實驗

課程中有部分知識點(diǎn)并不直觀，比如放大電路、暫態(tài)電路，課程教學(xué)中可以利用現(xiàn)代仿真技術(shù)加深學(xué)生們對知識點(diǎn)的理解。通過仿真，學(xué)生可以直觀看到信號的變化，增強(qiáng)理解，有助于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和效果的提高。基本放大電路仿真電路及其波形如圖3所示。

Fig.3 Simulation circuit diagram and its waveform diagram圖3 仿真電路圖及其波形圖

電工與電子技術(shù)課程具有較強(qiáng)的實踐性。由于課程面臨著課時減少、實踐環(huán)節(jié)不足等問題，Multisim等EDA工具成為提高學(xué)生動手能力和綜合實踐能力的重要手段。為了改變傳統(tǒng)電工與電子技術(shù)“重理論、輕實踐”的教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，課程組利用現(xiàn)代仿真技術(shù)構(gòu)建了電工與電子技術(shù)課程實踐教學(xué)體系，如圖4所示。實踐教學(xué)體系主要分為4個模塊，Multisim電路仿真演示模塊、Multisim在線課程模塊、工程案例模版和綜合性實驗?zāi)K。其中，Multisim電路仿真演示模塊將仿真軟件引入課堂教學(xué)，利用仿真軟件進(jìn)行電路特性現(xiàn)場演示以及虛擬仿真實驗。此外，將典型的工程案例引入課堂，如通過血壓計的案例討論電橋平衡問題；通過交通燈、數(shù)字時鐘討論數(shù)字電路設(shè)計方法。通過虛擬仿真和工程案例，增強(qiáng)學(xué)生的實踐意識和創(chuàng)新意識。對于綜合性實驗?zāi)K，學(xué)生需要獨(dú)立完成虛實結(jié)合的綜合性電路設(shè)計課題，學(xué)生在Multisim軟件上完成電路設(shè)計、仿真，然后進(jìn)入實驗室完成實際電路的搭建、調(diào)試和測試。

Fig.4 Engineering practice system of electrical and electronic technology course teaching圖4 電工與電子技術(shù)課程教學(xué)的工程實踐體系

2.3 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，將課程思政浸潤到教學(xué)內(nèi)容

課程作為傳播知識的載體，并不只是以單純的知識傳授為目的，也承擔(dān)著塑造學(xué)生世界觀、價值觀和人生觀的重要功能。為了將思政教育與專業(yè)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行充分融合，從教學(xué)制度、教學(xué)方法、教學(xué)資源3方面進(jìn)行融合機(jī)制設(shè)計，設(shè)計思路如圖5所示。其中，教學(xué)制度包含預(yù)習(xí)、作業(yè)、紀(jì)律和實驗規(guī)范，用以端正思政教育態(tài)度；教學(xué)方法包含問題式、啟發(fā)式、案例式教學(xué)在課堂教學(xué)過程中所選取的思政元素；教學(xué)資源，即教材、視頻、報道、音頻和課件等的編撰，要使其內(nèi)容與思政教育有機(jī)融合。

Fig.5 The integration design of professional teaching and ideological and political education圖5 專業(yè)教學(xué)與思政教育的融合設(shè)計

在專業(yè)教學(xué)中引入思政元素，并不是在課堂內(nèi)另外增加思想教育模塊，專業(yè)教學(xué)與思政教育的融合需要充分挖掘課程中所蘊(yùn)含的思政元素。課題組主要從以下方面對思政元素進(jìn)行挖掘。

（1）發(fā)掘課程中原理或定律的教育意義。課程中所涉及的原理或定律，不僅客觀地揭示了電學(xué)中的一些基本規(guī)律，同時也蘊(yùn)含著人生的哲理，如基爾霍夫定律、疊加定理等。在專業(yè)授課過程，挖掘課程中原理和定律的教育意義，將做人做事的道理融入課程教學(xué)中是可行的。

（2）挖掘課程中的人物教育作用。該課程是很多偉人的研究成果、探索過程及其人格的集中反映，其中很多人物都從不同側(cè)面展示了優(yōu)秀品質(zhì)，如富蘭克林、歐拉、歐姆、基爾霍夫等。教師可以用前人的事跡引導(dǎo)學(xué)生，啟發(fā)學(xué)生。

（3）挖掘背景知識中的教育意義。在進(jìn)行電工與電子背景知識介紹時，可以非常順利地過渡到該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及其與國際水平的差異上，通過圖片、視頻等多維素材，激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，用較少的授課學(xué)時達(dá)到較好的思政教學(xué)效果。

（4）挖掘?qū)嶒灜h(huán)節(jié)中的教育意義。在課程實驗過程中，教師可以通過言傳身教，培養(yǎng)學(xué)生良好的實驗習(xí)慣，提升職業(yè)素養(yǎng)；亦可以通過實驗環(huán)節(jié)，著力于培養(yǎng)工科生“精于求精，追求卓越”的工匠精神。

圖6為利用云班課頭腦風(fēng)暴進(jìn)行課程思政的具體做法。

Fig.6 Teaching example of course ideology and politics using cloud class brainstorming圖6 利用云班課頭腦風(fēng)暴進(jìn)行課程思政的教學(xué)示例

2.4 優(yōu)化評價體系，構(gòu)建多元化考核方法

該課程采用過程性考核和終結(jié)性考核相結(jié)合的考核方式，不僅關(guān)注結(jié)果，而且關(guān)注過程，學(xué)習(xí)評價機(jī)制如圖7所示。過程性考核借助藍(lán)墨云班課，通過作業(yè)、測試、頭腦風(fēng)暴等方式對學(xué)生掌握專業(yè)知識和思政教育效果進(jìn)行存檔和考核，動態(tài)記錄學(xué)生的具體表現(xiàn)；終結(jié)性考核是在期末對學(xué)生進(jìn)行的綜合性考核。課程總評成績=平時成績40%+考試成績60%。平時成績組成細(xì)則如表1所示。

Table 1 Details of the usual grades表1 平時成績細(xì)則

Fig.7 Learning evaluation mechanism圖7 學(xué)習(xí)評價機(jī)制

對思政元素的考核可以在平時成績中加以體現(xiàn)，如二極管的應(yīng)用部分，在播放公益廣告“節(jié)能LED燈”時，分析白熾燈、節(jié)能燈和LED燈各自優(yōu)缺點(diǎn)，一方面提高學(xué)生們的環(huán)保意識，另一方面普及生活常識，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的實際需要選用合適的燈具。在測試環(huán)節(jié)或頭腦風(fēng)暴中可對這方面的思政進(jìn)行考核以掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

3 教學(xué)實踐

筆者以五邑大學(xué)紡織工程2021級學(xué)生為試點(diǎn)，實施了課程教學(xué)改革，并與采用傳統(tǒng)教學(xué)的2020級學(xué)生期末成績進(jìn)行了比較。2020級選課人數(shù)為108人，2021級選課人數(shù)為103人，除去缺考、緩考及跟班重修等情況，兩個班人數(shù)均為100人。為方便描述，將2020級100名學(xué)生作為樣本A，2021級100名學(xué)生作為樣本B。圖8和圖9分別為兩個班分?jǐn)?shù)箱線圖和各分?jǐn)?shù)段人數(shù)比較情況。

Fig.8 Distribution of scores圖8 分?jǐn)?shù)分布情況

Fig.9 Distribution of the number of people in each score section圖9 各分?jǐn)?shù)段人數(shù)情況

其中，A班均值為75.14，標(biāo)準(zhǔn)差為11.09，區(qū)分度為0.285。B班均值為78.27，標(biāo)準(zhǔn)差為10.32，區(qū)分度為0.213。均值的提升，從某一程度上反映了教學(xué)效果的提升。

同時，本文通過教學(xué)問卷的形式收集到有效反饋85份，部分反饋意見截圖如圖10所示，反饋問卷形成的詞云如圖11所示。結(jié)果顯示，大多數(shù)學(xué)生反饋良好，表示通過該課程學(xué)習(xí)能有所收獲。

Fig.10 Screenshot of some feedback圖10 部分反饋意見

Fig.11 Word cloud of feedback and comments圖11 反饋意見詞云圖

4 結(jié)語

本文針對五邑大學(xué)非電類專業(yè)電工與電子技術(shù)課程教學(xué)中存在的問題，通過優(yōu)化教學(xué)方法，將問題式教學(xué)貫穿于整個教學(xué)過程，同時改進(jìn)教學(xué)手段，通過錄制微課，借助云班課、超星網(wǎng)絡(luò)平臺及B站習(xí)題講解，提供較為全面的學(xué)習(xí)支持服務(wù)，以解決課程內(nèi)容多而學(xué)時少的矛盾。在實驗教學(xué)改革上，利用虛擬仿真技術(shù)開設(shè)綜合性實驗，解決課程實驗環(huán)節(jié)薄弱的問題。在教學(xué)內(nèi)容上，充分挖掘課程中所蘊(yùn)含的思政元素，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，將課程思政浸潤到教學(xué)內(nèi)容中。同時，優(yōu)化評價體系，構(gòu)建多元化考核方法以調(diào)動學(xué)生們的學(xué)習(xí)積極性。

然而，課程仍存在一些待解決的問題，如思政融入專業(yè)教學(xué)的連貫性和平滑性、課程資源的進(jìn)一步完善等。后續(xù)教學(xué)中，將進(jìn)行持續(xù)性改進(jìn)，進(jìn)一步加強(qiáng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)。