新工科和雙一流背景下電工學課程教學改革與實踐

秦偉剛 杜啟飛 黃琦蘭

摘? 要：電工學是非電專業(yè)的一門重要的技術基礎課程，其理論性、實踐性都很強。根據(jù)天津工業(yè)大學專業(yè)設置的特點和人才培養(yǎng)的要求，將立德樹人作為根本任務，不斷改革課程體系和教學內容，以學生為中心，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，并加以反饋和改進。在新工科和雙一流背景下，構建多元人才培養(yǎng)體系，根據(jù)不同模塊的教學內容，進行基于綜合能力培養(yǎng)的綜合性、創(chuàng)新性實驗項目的開發(fā)與實踐，滿足不同專業(yè)學生對高層次電工電子技術實驗和設計的興趣和要求，鼓勵和引導大學生實現(xiàn)科技創(chuàng)新，提高人才培養(yǎng)質量。

關鍵詞：電工學；新工科；雙一流；教學改革；非電類專業(yè)

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）25-0038-04

Abstract： Electrical Engineering is an important technical basic course for non electrical majors， which is highly theoretical and practical. According to the characteristics of Tiangong University specialty setting and the requirements of talent training， we take building morality and cultivating people as the fundamental task， and constantly reform the curriculum system and teaching content. We take students as the center， and cultivate students' practical ability and innovation ability， and give feedback and improvement. Under the background of emerging engineering education and double first-class， it is necessary to build a diversified talent training system， and carry out the development and practice of comprehensive and innovative experimental projects based on comprehensive ability training according to the teaching contents of different modules.It can meet the interests and requirements of students of different majors for high-level electrical and electronic technology experiments and design， and encourage and guide college students to realize scientific and technological innovation， and improve the quality of talent training.

Keywords： Electrical Engineering; emerging engineering education; double first-class; teaching reform; non electrical major

黨的十八大以來，為深入學習貫徹習近平同志系列講話重要精神和習近平總書記治國理政新理念新思想新戰(zhàn)略，應對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，2017年教育部積極推進新工科建設，以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調與共享為主要途徑，以培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才為內涵的新工科建設拉開大幕，先后形成了“復旦共識”“天大行動”“北京指南”，支撐中國制造2025等一系列國家戰(zhàn)略[1-3]。建設世界一流大學和一流學科，對于提升我國教育發(fā)展水平、增強國際核心競爭力、奠定長遠發(fā)展基礎，具有十分重要的意義[4]。2017年，天津工業(yè)大學（以下簡稱“我?！保┤脒x國家“雙一流”學科建設高校。

一? 課程現(xiàn)狀

電工學課程是電氣工程學的簡稱，是高等學校非電類專業(yè)開設的一門重要的技術基礎課。內容涵蓋電工技術和電子技術兩大部分，電工技術主要包括電路基礎、電動機原理及應用、電氣控制等，電子技術主要包括電子元器件及其基本應用電路等。課程具有較強的理論性和工程性。學習本課程，學生可以獲得電工電子技術必要的基本理論、基本知識、基本技能，了解電工電子技術發(fā)展的概況和電工電子技術的應用，為學習后續(xù)課程及從事有關的工程技術工作和科學研究打下一定的基礎。

目前大多數(shù)高校的電工學課程普遍存在課程學時少與內容多的問題。在有限的學時內，將豐富的電工學知識傳授給學生，不僅為授課教師提出了一個挑戰(zhàn)，而且也為學生加快消化所學知識提出了挑戰(zhàn)，這也是我校電工學課程改革的一個重要動力。

我校電工學課程在2005年被評為天津市精品課。每年授課學生數(shù)達1 500人，受益面廣。為更好地培養(yǎng)未來的工程師和科研工作者，服務于國家現(xiàn)代化經(jīng)濟建設，不斷進行教學改革，加強電工學基本理論學習，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學生的綜合能力，提高學生的學習效率和學習效果，加強學生的自主學習能力，增強學生的民族自信心，提高研究創(chuàng)新能力，達到學以致用，具有重要的意義。

二? 課程改革

（一）? 分層次模塊化

我校開設的電工學課程，涉及十幾個本科專業(yè)，學時差異大，不同專業(yè)要求學習的內容不同。針對不同專業(yè)的人才培養(yǎng)目標，構建課程的分類別方案，打破對所有學生采取一種模式、一種內容的培養(yǎng)方式，按不同專業(yè)、不同學時、不同層次的學生，在保持完整的教學體系的基礎上，在不減少基礎知識的前提下，對課程內容進行模塊化，進行分類別層次化的教學，構建不同學時的教學方案。這里把電工學課程的基本內容進行劃分，如圖1所示。

課程內容包括基本內容、非共同性內容、參考內容三大類[5]。基本內容是課程教學過程中基本要求所規(guī)定的內容，也是各個工科非電類專業(yè)的共同性內容。非共同性基本內容視不同專業(yè)的需要、學時的多少進行取舍，如三相電路、直流電動機、交流電動機、同步電動機、電力電子技術、無源和有源濾波器等。參考內容一般是加深加寬內容，短時間內吃深吃透有一定的難度，如PLC控制技術、受控源電路、三相整流電路等，學生可以拓展知識，開闊視野，提升能力。從模塊化角度來說，課程大致分為電路基礎部分、電動機和電氣控制部分、模擬部分和數(shù)字部分。根據(jù)學時安排，針對具體專業(yè)，貼近實際需求，給出適合的模塊組合。結合理論課模塊化教學模式，將實踐也劃分為不同層次。

（二）? “以學生為中心”的教學理念

2016年中國正式加入《華盛頓協(xié)議》，開啟了工程教育認證邁向國際化的新征程，“以學生為中心”就是其中內涵之一[6-7]。而新工科建設路線圖提出的三個任務其中之一就是“學與教”。

1? 線下和線上混合式教學

在信息化和智能化時代，傳統(tǒng)的線下教學模式伴隨著線上教學的應用，兩者相得益彰，打破了同時同地學習的壁壘，為課堂教學帶來良好的效果。如基本放大電路，這部分內容既是重點也是難點，學生學習似是而非，往往無從下手，再加上交流電路的相量，各種知識交疊在一起，學生的理解就會出現(xiàn)偏差。而線上學習可以將系統(tǒng)的知識體系碎片化，通過信息化手段，實現(xiàn)知識點的分解，學生可以去思考解決，各個擊破，再組建系統(tǒng)知識，加深知識點的理解和鞏固，目前對所有的專業(yè)都已納入線上和線下混合式教學。

2? 教學手段和方法改革

課程內容按照“課前提出問題、課中解決問題、課后總結問題”的教學策略，讓學習者帶著問題去學習，這也是啟發(fā)式的教學理念。圖2為講解疊加定理時，所采用的教學策略。通過物理學中電場的介紹，如果幾個點電荷同時存在一個電場中，它們的場強就互相疊加，那么某點的場強就等于各個電荷在該點產(chǎn)生的場強的矢量和，以此引入疊加定理，然后讓同學們思考生活中還有哪些事例符合疊加定理，進而深入講解疊加定理，并通過實際例子來講解其具體應用。同時利用線上教學平臺，采取多種形式，拓展教學活動，可以實現(xiàn)主題討論、搶答、選人、隨堂練習和投票等等，最后學生通過仿真或者實驗來加深對疊加定理的理解，將抽象的理論具象化。通過教師引導，學生變被動為主動，提高分析問題和解決問題的能力，增強學生的創(chuàng)新思維能力，提升學生的學習效果。

（三）? 培養(yǎng)愛國主義情懷

習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調，要堅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全過程，實現(xiàn)全程育人、全方位育人，努力開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面[8]。將思政元素融入課堂是目前教學中的一項重要內容[9-11]，高校學生是文明的傳播者，時代給予了當代青年很多的營養(yǎng)劑，首要的就是愛國，愛國主義是中華民族精神的核心，必須樹立正確的人生觀和價值觀。其次，對于一個工科學生來說，就是要掌握核心技術，要樹立自主創(chuàng)新意識，牢記初心使命。課程教授過程中引入大國重器的先進理念，如中國車、中國港、中國大飛機、FAST射電望遠鏡和神舟飛船等等，使學生了解國家自主創(chuàng)新所取得的輝煌成就，以及電工學知識所發(fā)揮的作用，更新教育方式和理念，培養(yǎng)學生的愛國主義情懷，樹立科教報國的遠大理想和信念，注重理論與實踐結合，在培養(yǎng)新時代社會主義建設者和接班人的道路上，堅定社會主義的理想信念，成為社會需要的合格人才。

三? 實驗改革

加強理論學習的同時，注重實踐教學，加大實踐教學力度，這也是實踐的重要途徑[12-14]。電工學實驗由驗證性實驗、設計性實驗、綜合性實驗構成。進行基于綜合能力培養(yǎng)的綜合性、設計性、創(chuàng)新性實驗項目的開發(fā)與實踐，加強綜合能力和工程實踐能力的訓練。比如在電動機繼電接觸器控制實驗中，加入了單人單組的設計性實驗環(huán)節(jié)，要求每位同學在規(guī)定的時間內，根據(jù)不同的題目，設計出實現(xiàn)相應功能的主電路和控制電路，這就要求學生必須深入了解電動機的控制原理和常用的控制電器的基本原理，舉一反三。又比如在四人搶答器綜合性實驗中，如圖3所示，基礎實驗是要求學生設計完成基本的譯碼顯示電路，圖3中分別按下S1、S2、S3和S4時，數(shù)碼管顯示1、2、3和4，同時要求由三極管3DG6構成的蜂鳴器電路要發(fā)聲。在此基礎上，實現(xiàn)進階實驗，將1—9九個不同數(shù)碼任意組合出不同的四個數(shù)碼，分別顯示，并給出完整的實驗電路和結果，指導教師會逐一驗收。該實驗中既有集成電路，也有分立元件；既有模擬器件，也有數(shù)字芯片，將實驗向綜合性、創(chuàng)新性實踐教學邁進。真正做到理論與實際相結合，培養(yǎng)學生的獨立思考、綜合應用和創(chuàng)新思維的能力，進一步提高同學們的工程實踐能力。

四? 評價體系

美國課程評論專家泰勒認為，課程評價是一個確定課程與教學計劃實際情況是否達到教育目標的過程[15]。學習者應是主動的參與者，而非被動的接收者。傳統(tǒng)的終結性評價，顯得過于單一，并不能反映學生對知識的深入理解和把握。建立公平合理的課程評價體系，顯得尤為重要。本課程將診斷性評價、過程性評價、終結性評價相結合，建立多元化考核體系。以圖3四人搶答器實驗為例，實驗兩人一組，學生從獨立查閱相關資料，到分析電路功能，最后搭建電路進行調試，包括單管放大電路、組合邏輯電路、時序邏輯電路和譯碼顯示電路等，這里要用到二極管、三極管、門電路和觸發(fā)器等基本器件。實驗中，學生獨立搭建電路，分析原理，教師為學生提供必要的設備和工具，給予適當指導，幫助學生進行故障診斷，主要靠學生的獨立思考來完成。診斷性評價主要是在實驗前考察學生對基本器件和基本原理是否掌握，過程性評價主要考察學生能否獨立完成自己的電路和調試，終結性評價主要考察是否實現(xiàn)了相應的功能及設計報告的規(guī)范性。另外，還要進行生生評價和教師評價，并將考察情況向學生反饋，再加以改進。這樣學生對綜合性、設計性實驗掌握得更加牢固，對知識的理解提高了一個層次，使他們體會到了成功的愉悅，增強了信心，并逐步培養(yǎng)了興趣，更加有利于提高動手實踐能力。

五? 結束語

在電工學課程改革的道路上，堅持立德樹人，堅持改革創(chuàng)新，不斷探索教學體系和教學內容改革，不斷深化課程體系和課程內容建設，其目的是為了進一步提高人才培養(yǎng)質量，培養(yǎng)學生的自主探索能力，發(fā)掘學生的創(chuàng)新意識，提高學生的動手實踐能力，增強學生的綜合素質，建立公平合理的評價體系，以生為本，培養(yǎng)創(chuàng)新型、復合型、應用型創(chuàng)新人才，不斷提高育人質量，為學校的雙一流建設提供強有力的支撐。

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