智能制造體系電工學(xué)課程改革與課程思政實(shí)踐

董明杰　余悅

［摘 要］ 智能制造工程專業(yè)集機(jī)械、制造、材料、測控、電氣、控制、計(jì)算、通信、物聯(lián)網(wǎng)與智能科學(xué)等為一體，是具有鮮明多學(xué)科交叉特點(diǎn)的前沿科技。在此背景下，如何快速對電工學(xué)類課程進(jìn)行改革，以適應(yīng)智能制造工程新專業(yè)的要求，并在其中貫穿課程思政相關(guān)內(nèi)容，成為高等學(xué)校教育所面臨的一個重要問題。以“電路原理與系統(tǒng)Ⅰ”為例，系統(tǒng)闡述在智能制造工程專業(yè)建設(shè)的過程中，如何對該課程進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式的改革，以及如何在課程改革、授課過程中貫穿課程思政的內(nèi)容，不僅增強(qiáng)學(xué)生對科學(xué)知識的理解與應(yīng)用，而且培養(yǎng)工科類學(xué)生在實(shí)際工作過程中的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)，為以后的科研、學(xué)習(xí)、工作奠定基礎(chǔ)。

［關(guān)鍵詞］ 智能制造工程；電路原理與系統(tǒng)；課程改革；課程思政

［基金項(xiàng)目］ 2022年度北京工業(yè)大學(xué)課程思政示范課程培育項(xiàng)目“電路原理與系統(tǒng)I”（KC2022SZ003）；2022年度“（校撥）思想政治理論課程專項(xiàng)建設(shè)經(jīng)費(fèi)-材料與制造學(xué)部”（048000513106）；2022年度北京工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)研究課題“‘創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育教學(xué)改革專項(xiàng)”（ER2022GGZX009）

［作者簡介］ 董明杰（1989—），男，山東海陽人，工學(xué)博士，北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部副教授，主要從事康復(fù)機(jī)器人研究；余 悅（1993—），女，河南新鄉(xiāng)人，工學(xué)博士，北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部講師，主要從事電力電子系統(tǒng)與焊接電源研究。

［中圖分類號］ TM133 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2023）24-0044-04［收稿日期］ 2022-06-21

引言

按照新工科建設(shè)的要求，課程既要突出基礎(chǔ)性，又要強(qiáng)調(diào)其工程實(shí)踐性，還要與學(xué)生專業(yè)背景有機(jī)結(jié)合，突出專業(yè)特色［1］。因此，在新工科背景下，研究電工學(xué)類課程的教學(xué)模式與課程建設(shè)對于構(gòu)建符合新時代中國特色的專業(yè)人才培養(yǎng)體系、遵循以人為本的育人理念、踐行立德樹人根本任務(wù)、培養(yǎng)合格的社會主義接班人具有重要意義［2-3］。而在新工科背景下，電工學(xué)類課程如何達(dá)到“金課”高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的要求，在課程教學(xué)中實(shí)施創(chuàng)新和改革，是一個值得思考的問題［4］。此外，習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強(qiáng)調(diào)要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程［5］。因此，有必要在課程改革的過程中貫穿課程思政，將習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想融入育人體制［6］。

在新工科建設(shè)的大背景下，北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部成立了智能制造工程專業(yè)，集機(jī)械、制造、材料、測控、電氣、控制、計(jì)算、通信、物聯(lián)網(wǎng)與智能科學(xué)等為一體，具有鮮明的多學(xué)科交叉特點(diǎn)，旨在國家及北京市智能制造產(chǎn)業(yè)升級需求牽引下，培養(yǎng)智能制造工程專業(yè)人才。本文以“電路原理與系統(tǒng)Ⅰ”課程為例，系統(tǒng)地闡述面向智能制造工程新專業(yè)建設(shè)，對課程內(nèi)容做的改革與創(chuàng)新，以及在其中貫穿的課程思政內(nèi)容體系。

隨著新工科的發(fā)展，眾多一線教師進(jìn)行了課程改革和課程思政方面的探究。在課程改革方面，有通過分析電工學(xué)類的課程特點(diǎn)與現(xiàn)狀，進(jìn)行基于智慧課堂的電工學(xué)類課程教學(xué)模式研究與實(shí)踐［7］。有通過線上線下學(xué)習(xí)相結(jié)合、采用模塊化教學(xué)、創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行以學(xué)生為中心的電工學(xué)類課程教學(xué)改革探索［8］。有通過融合多種教學(xué)方法、虛擬仿真技術(shù)融入課程各環(huán)節(jié)教學(xué)、精選科研內(nèi)容為課程教學(xué)案例擴(kuò)展學(xué)生的科研思路等方法進(jìn)行電工學(xué)課程教學(xué)改革［9］。在課程思政方面，紀(jì)安平等［10］通過思想政治理論課教師加入課程思政改革團(tuán)隊(duì)、有機(jī)融入新技術(shù)發(fā)展、部分科學(xué)機(jī)理合理利用馬克思主義基本原理加以闡釋、有機(jī)融入科學(xué)史以增強(qiáng)榜樣示范作用等方面進(jìn)行課程思政教學(xué)改革；劉加萍等［11］采用問題導(dǎo)向策略，結(jié)合講授法、互動法、體驗(yàn)法等將思政元素轉(zhuǎn)化為學(xué)生的思想元素，做好“教書育人、育人為先”思政教育，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智慧工具與課堂教學(xué)深度融合。

考慮到“電路原理與系統(tǒng)Ⅰ”是智能制造工程專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)必修課，是后續(xù)其他各門電類課程和相關(guān)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，旨在為機(jī)電類本科生打下學(xué)習(xí)電氣與電子技術(shù)的理論基礎(chǔ)，所以，結(jié)合本課程的特點(diǎn)，以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用知識、樹立正確價值觀為目標(biāo)，對該課程改革與課程思政示范實(shí)踐進(jìn)行探討。

一、“電路原理與系統(tǒng)Ⅰ”課程內(nèi)容改革舉措

“電路原理與系統(tǒng)Ⅰ”是北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部面向智能制造工程專業(yè)大二學(xué)生開設(shè)的學(xué)科基礎(chǔ)必修課，從2020年開始實(shí)施，共32學(xué)時，并且配置了32學(xué)時的“電路原理與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)”課程。課程采取研究型教學(xué)手段，強(qiáng)調(diào)啟發(fā)性和實(shí)踐性，在講授電路原理與系統(tǒng)相關(guān)理論知識的同時，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和動手實(shí)踐的基本技能。同時，課程還涉及了電路原理與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)以及Multisim仿真軟件的教學(xué)，采用交叉授課的方式，讓學(xué)生從所學(xué)到所用快速過渡，培養(yǎng)其動手能力和知識應(yīng)用能力，為自學(xué)、深造、拓寬和創(chuàng)新打基礎(chǔ)?！半娐吩砼c系統(tǒng)Ⅰ”課程，結(jié)合之前機(jī)械工程專業(yè)“電工電子技術(shù)-1”的教學(xué)內(nèi)容，做了如下課程改革。

（一）理論授課內(nèi)容整理、優(yōu)化

之前開展的機(jī)械工程專業(yè)“電工電子技術(shù)-1”課程主要利用32學(xué)時講解電路的基本概念與基本定律、電路的分析方法、電路的暫態(tài)分析、正弦交流電路、三相電路、磁路與鐵心線圈電路、交流電動機(jī)七章內(nèi)容，該部分內(nèi)容雖然涵蓋了電路原理的基本知識，但其中部分內(nèi)容過于陳舊，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化、調(diào)整，以跟上信息化的快速發(fā)展?；诖丝紤]，結(jié)合智能制造工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，對“電路原理與系統(tǒng)Ⅰ”的授課內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整，除了整合“電工電子技術(shù)-1”的部分內(nèi)容外，還加入了一部分模擬電路知識，主要包括：電路的基本概念與基本定律、電路的分析方法、電路的暫態(tài)分析、正弦交流電路、三相電路、磁路與鐵心線圈電路、繼電接觸器控制系統(tǒng)、半導(dǎo)體器件、基本放大電路、集成運(yùn)算放大器、電子電路中的反饋、直流穩(wěn)壓電源共十二章內(nèi)容，并且摒棄了前六章內(nèi)容中過于陳舊的部分，同時結(jié)合該專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，來闡述本課程中每一部分內(nèi)容的實(shí)際應(yīng)用，以增強(qiáng)學(xué)生對理論知識的理解。且本門課程改革后，通過將之前的“電工學(xué)Ⅰ”中電路原理部分和“電工學(xué)Ⅱ”中上半部分模擬電路內(nèi)容壓縮到一門課程，保留和添加了與時俱進(jìn)的內(nèi)容，精簡了課程內(nèi)容，大大縮小了學(xué)生的課程量。

（二）配套實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)理論應(yīng)用

為了能夠短時間提升學(xué)生對“電路原理與系統(tǒng)Ⅰ”理論內(nèi)容的理解，學(xué)校配套了32學(xué)時的“電路原理與系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)，旨在幫助學(xué)生從掌握理論知識過渡到實(shí)踐應(yīng)用，教授學(xué)生掌握Multisim仿真軟件，用軟件來分析、驗(yàn)證所學(xué)電路理論，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。同時，教授學(xué)生識別各種電子元器件和儀器儀表，學(xué)會搭建典型的電路，培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)電控制技術(shù)方面分析問題和動手實(shí)踐的基本技能，能夠適應(yīng)機(jī)械工程領(lǐng)域工作崗位對于電工技術(shù)的基本要求。因此，采用先開展16學(xué)時的理論課，然后理論課和實(shí)驗(yàn)課同步進(jìn)行的策略，課堂上將所講解的知識點(diǎn)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，讓學(xué)生知道為什么要學(xué)這些知識點(diǎn)以及如何使用這些知識點(diǎn)，這樣可以更好地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，活躍課堂氛圍。設(shè)置的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括：（1）Multisim軟件使用，疊加定理、基爾霍夫定理驗(yàn)證試驗(yàn)。（2）戴維南定理、電源等效變換及實(shí)際電源外特性測量。（3）一階電路暫態(tài)分析過程的研究。（4）交流電路實(shí)驗(yàn)。（5）集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用。（6）負(fù)反饋放大電路。（7）利用運(yùn)算放大器進(jìn)行課設(shè)。通過配套實(shí)驗(yàn)課，使學(xué)生掌握Multisim仿真軟件的使用，能夠?qū)﹄娐废到y(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證；熟悉常見電氣元件與儀器儀表；熟悉典型電路，能獨(dú)立設(shè)計(jì)和搭建電路，進(jìn)行電路原理的仿真和測試。通過實(shí)驗(yàn)課的動手操作，學(xué)生對理論內(nèi)容的理解明顯增強(qiáng)了，也熟悉了電氣元件和實(shí)際電路。

二、課程思政示范實(shí)踐探討

以培養(yǎng)大學(xué)生承擔(dān)社會主義核心價值觀的歷史使命為目標(biāo)，在授課過程中，我校主動地進(jìn)行專業(yè)課與思政元素融合，找準(zhǔn)課程自身在整個知識體系中的定位及要求，以馬克思主義和習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想為指導(dǎo)，對我國電工電子技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行客觀分析，堅(jiān)定學(xué)生對中國特色社會主義的國家認(rèn)同、政治認(rèn)同、文化認(rèn)同等。結(jié)合北京工業(yè)大學(xué)“電路原理與系統(tǒng)Ⅰ”課程特點(diǎn)，融入思政元素的基本思路和舉措，主要有以下幾點(diǎn)。

（一）理論內(nèi)容有機(jī)融入思政元素，增強(qiáng)學(xué)生的家國情懷和社會責(zé)任感

針對本門課程十二章的授課內(nèi)容，其思政內(nèi)容的融入點(diǎn)分別如下：（1）電路的基本概念與基本定律，通過基爾霍夫電流定律與流體連續(xù)性的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生增強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際的觀念，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和實(shí)踐應(yīng)用能力。（2）電路的分析方法，通過疊加定理，講述團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性，增強(qiáng)學(xué)生的凝聚力；并引出戴維寧如何經(jīng)過幾十年的辛勤工作，發(fā)現(xiàn)了應(yīng)用極其廣泛的著名的戴維寧定理，據(jù)此鼓勵學(xué)生要有鉆研精神和科學(xué)態(tài)度，以及為國家奉獻(xiàn)的責(zé)任感。（3）電路的暫態(tài)分析，闡述事物的發(fā)展規(guī)律，讓學(xué)生明白變化是常有的，穩(wěn)定才是常態(tài)，只要堅(jiān)定了方向，人生征途中遇到任何波折都只是短暫的插曲；并通過三要素法分析暫態(tài)電路學(xué)習(xí)，讓學(xué)生提高從具體問題中歸納總結(jié)的能力。（4）正弦交流電路，介紹交流電之父法拉第的成長經(jīng)歷，鼓勵學(xué)生對科學(xué)技術(shù)知識大膽探索、細(xì)心求證，對專業(yè)技術(shù)精益求精，塑造追求至善至美的職業(yè)品質(zhì)。（5）三相電路和磁路與鐵心線圈電路結(jié)合起來，通過變壓器中感應(yīng)電流會產(chǎn)生熱效應(yīng)，導(dǎo)致“渦流損耗”來入手，講解事情的兩面性，比如，電磁爐正是利用渦流產(chǎn)生的熱效應(yīng)加熱食物。（6）繼電接觸器控制系統(tǒng)，講解控制電器件作用，引出社會分工的精細(xì)化，以及團(tuán)隊(duì)分工、協(xié)作的重要性和必要性。（7）半導(dǎo)體器件，講解PN結(jié)的形成是由電子和空穴的運(yùn)動達(dá)到一定平衡實(shí)現(xiàn)形成的，如同矛盾的對立統(tǒng)一規(guī)律，在對立中實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。此外，還可以結(jié)合京東方、華為等企業(yè)的半導(dǎo)體技術(shù)被封鎖以及2018年的美國制裁中興事件，讓學(xué)生了解到半導(dǎo)體器件的復(fù)雜性和先進(jìn)性，意識到歐美國家的技術(shù)壟斷和技術(shù)霸權(quán)，使學(xué)生認(rèn)識到中國科技振興任重道遠(yuǎn)，必須艱苦奮斗，從而培養(yǎng)學(xué)生居安思危的意識、勇于承擔(dān)振興科技的責(zé)任感，增強(qiáng)學(xué)生的家國情懷和政治認(rèn)同。（8）基本放大電路，以放大電路的原理，以及新工藝在芯片加工中的重要性，增強(qiáng)學(xué)生對加工制造業(yè)的熱愛，提高其愛國主義情懷和社會責(zé)任感。（9）集成運(yùn)算放大器，結(jié)合我國集成電路發(fā)展的引領(lǐng)者黃敞的事跡，加強(qiáng)學(xué)生的理想信念教育；并結(jié)合中美關(guān)系背景下的華為困境，鼓勵學(xué)生投身集成電路，報效國家。（10）電子電路中的反饋，通過反饋實(shí)現(xiàn)自我調(diào)節(jié)的講解，讓學(xué)生意識到生活中的萬事萬物都不是十全十美的，要學(xué)會揚(yáng)長避短，發(fā)揮自己的優(yōu)勢，就像負(fù)反饋，雖然損失了放大倍數(shù)，但獲得了提高放大電路的穩(wěn)定性和改善波形失真等優(yōu)點(diǎn)。（11）直流穩(wěn)壓電源，講解從交流到直流穩(wěn)壓的過程，引出科技創(chuàng)新的重要性。此外，根據(jù)相關(guān)理論內(nèi)容，介紹相關(guān)科學(xué)家的成長經(jīng)歷，鼓勵學(xué)生在成長道路中要樹立信心，持之以恒。同時，引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識世界，全面了解國情，把握時代大勢，在學(xué)習(xí)電路基本規(guī)律知識的同時，樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀。

（二）完善課程思政教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺，通過實(shí)驗(yàn)課培養(yǎng)學(xué)生大國工匠精神

充分利用好配套的電路原理與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程，堅(jiān)持以學(xué)生為中心，以傳授專業(yè)知識為導(dǎo)向，理論聯(lián)系實(shí)際，加強(qiáng)動手實(shí)踐教學(xué)，無論是在前六次的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)還是最后兩次課程設(shè)計(jì)，都在引導(dǎo)并鼓勵學(xué)生要有大國工匠精神，對待科技工作要一絲不茍、精益求精。此外，指導(dǎo)學(xué)生積極參與課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力及其思想政治定力，與思想政治理論課同向同行，在整個教學(xué)實(shí)踐中貫穿社會主義核心價值觀，以潤物無聲的方式熏陶、激勵大學(xué)生的理想信念，把課程思政有機(jī)融入立德樹人中心環(huán)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)傳道授業(yè)解惑的德智相融的目標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，高校還需要根據(jù)教學(xué)過程中學(xué)生的反饋意見，逐步改進(jìn)、完善理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)課程大綱，開展理論課程教材和實(shí)驗(yàn)手冊教材建設(shè)，并以說課的形式不斷提高師資隊(duì)伍整體的水平和素質(zhì)，充分融入課程思政元素。

結(jié)語

針對智能制造工程對電工學(xué)類課程改革和課程思政的需求，本文以“電路原理與系統(tǒng)Ⅰ”為例，系統(tǒng)闡述了如何對該課程進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式的改革，以及如何在課程改革、授課過程中貫穿思想政治教育內(nèi)容。本研究不僅可以增強(qiáng)學(xué)生對知識的理解與應(yīng)用，而且可以培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際工作中的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)，為以后的科研、學(xué)習(xí)、工作奠定基礎(chǔ)。

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Curriculum Reform of Intelligent Manufacturing System and the Practice of Curriculum

Ideology and Politics

DONG Ming-jie， YU Yue

（Faculty of Materials and Manufacturing， Beijing University of Technology， Beijing 100124， China）

Abstract： Intelligent manufacturing engineering integrates machinery， manufacturing， materials， measurement and control， electrical， control， computing， communication， the Internet of things and intelligent science as one， and is a cutting-edge technology with distinct multi-disciplinary characteristics. In this context， how to quickly carry out curriculum reform to meet the requirements of the new major of intelligent manufacturing engineering， which integrates ideological and political education， has become an important problem faced by higher education. This paper takes “circuit principle and system I” as an example， explores the ways to reform the teaching content and methods to integrate ideological and political education into teaching process to enhance students understanding and application of scientific knowledge， and cultivate engineering students responsibility in the process of practical work， laying the foundation for their future scientific research， study and work.

Key words： intelligent manufacturing engineering; Circuit Principle and System I; curriculum reform; curriculum ideology and politics