基于新工科人才培養(yǎng)的電工電子課程導(dǎo)學(xué)體系構(gòu)建

尤 佳，王 宏，薛 燕，史雪飛，李希勝

（北京科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 北京 100083）

教學(xué)需要堅(jiān)持“以學(xué)生為主體”的理念，將教師的“輔導(dǎo)”與學(xué)生的“自學(xué)”有機(jī)融合，既要調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，也要方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)，真正讓學(xué)生學(xué)得輕松、有意義，讓教師教得有效果、有成就感?！皩?dǎo)學(xué)”是指以學(xué)生的主體地位為基礎(chǔ)，教師采用多種方式來調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和發(fā)揮創(chuàng)造力，最終完成教學(xué)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的教學(xué)行為[1]。這種教學(xué)模式能充分體現(xiàn)教師的引導(dǎo)作用和學(xué)生的主體地位，教會(huì)學(xué)生怎樣學(xué)習(xí)、怎樣思考，培養(yǎng)學(xué)生的研學(xué)習(xí)慣，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，使其更好地適應(yīng)“新工科”時(shí)代。

近年來，教研組認(rèn)真研究網(wǎng)絡(luò)時(shí)代大學(xué)生的思維方式、行為方式、學(xué)習(xí)目標(biāo)和方法，依托多項(xiàng)教研項(xiàng)目和研究型課程建設(shè)項(xiàng)目，在電工電子課程中構(gòu)建導(dǎo)學(xué)體系，以導(dǎo)促學(xué)，使學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)的方法，形成以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，在一定程度上滿足學(xué)生的個(gè)性化需求，提高工程教育的效率和教學(xué)效果。

1 電工電子課程導(dǎo)學(xué)體系須解決的主要問題

1.1 引導(dǎo)專業(yè)愛好和學(xué)習(xí)興趣

電工電子課程知識(shí)點(diǎn)豐富龐雜，通常的講授過程比較強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性，增加了學(xué)習(xí)難度，阻礙了學(xué)生對知識(shí)的獲取和掌握；尤其對于非電專業(yè)的學(xué)生，會(huì)認(rèn)為課程與自己將來的工作無關(guān)，學(xué)習(xí)目的不明確，興趣不濃厚，主動(dòng)性不強(qiáng)。如果依然是以教師為主體的教學(xué)模式，學(xué)生被動(dòng)聽講，缺乏參與度，自我思考的空間小，很容易注意力渙散，影響學(xué)習(xí)效果。所以引導(dǎo)學(xué)生的專業(yè)愛好，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能夠跟隨教師的思路進(jìn)入思維過程，是導(dǎo)學(xué)體系構(gòu)建的首要目標(biāo)。

1.2 指導(dǎo)學(xué)習(xí)方法和思考能力

部分學(xué)生厭煩學(xué)習(xí)，成績差，表面上看來是自己沒有領(lǐng)會(huì)知識(shí)、沒有學(xué)懂，實(shí)則是不會(huì)運(yùn)用正確的學(xué)習(xí)方法，不會(huì)思考。勤于思考，實(shí)質(zhì)就是能否發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，思考的深度決定工作的力度。傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)往往以教師講授為主，以通過考試或完成某項(xiàng)任務(wù)為目的，更重視學(xué)生對知識(shí)的記憶并用其來解題，是一種以知識(shí)為中心的學(xué)習(xí)；而新一代的學(xué)習(xí)應(yīng)該是以人為中心的學(xué)習(xí)，主要強(qiáng)調(diào)解決自己的問題、提升自己的能力。學(xué)習(xí)方法和思考問題的能力是一種終身能力，教師指導(dǎo)學(xué)生盡快掌握合適的學(xué)習(xí)方法，提高思考能力是構(gòu)建導(dǎo)學(xué)體系的主要內(nèi)容。

1.3 倡導(dǎo)工程意識(shí)和科學(xué)精神

大學(xué)教育帶給學(xué)生最寶貴的財(cái)富應(yīng)該不只是課堂上學(xué)到的知識(shí)，更多的是一種思維方法和發(fā)現(xiàn)規(guī)律，勇于實(shí)踐，向真理接近的精神[2]。對于工科學(xué)生，倡導(dǎo)工程意識(shí)和科學(xué)精神應(yīng)是導(dǎo)學(xué)體系構(gòu)建的重要內(nèi)涵。

2 電工電子課程導(dǎo)學(xué)體系的具體構(gòu)建

2.1 通過MOOC 課程建設(shè)，提供良好的自主學(xué)習(xí)環(huán)境

“導(dǎo)學(xué)”的核心是以學(xué)生的自主學(xué)習(xí)為主體，將教師的“輔導(dǎo)”與學(xué)生的“自學(xué)”有機(jī)結(jié)合，師生共同合作完成教學(xué)任務(wù)。既要調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，也要方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)，所以，首先要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)良好的自主學(xué)習(xí)條件和環(huán)境。

MOOC作為一種顛覆性的創(chuàng)新模式，為個(gè)性化學(xué)習(xí)和交互式教學(xué)提供了良好的支持。本教研組在學(xué)校開展MOOC課程建設(shè)之初就積極跟進(jìn)，陸續(xù)進(jìn)行了5 門電工電子課程的建設(shè)，部分內(nèi)容進(jìn)行了翻轉(zhuǎn)課堂的嘗試，取得了較好的效果。今年上半年本教研組承擔(dān)的3 門主要課程均開展了慕課輔助教學(xué)形式，惠及26 個(gè)講臺(tái)總約2360 名學(xué)生。學(xué)生反饋，MOOC 中講解細(xì)致、查詢方便，對預(yù)習(xí)復(fù)習(xí)幫助很大。

MOOC平臺(tái)不僅能作為課堂教學(xué)的有益補(bǔ)充，方便學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，還加強(qiáng)了對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的管理；通過每單元的單元測驗(yàn)，及時(shí)檢查和督促學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)。而且，使用MOOC 節(jié)約了部分內(nèi)容的課堂講解時(shí)間，可以利用這些時(shí)間來安排學(xué)生完成更綜合的電路設(shè)計(jì)或補(bǔ)充擴(kuò)展內(nèi)容，學(xué)生感覺更有意義和價(jià)值。

2.2 依托研究型教學(xué)進(jìn)行學(xué)習(xí)方法和思考能力訓(xùn)練

學(xué)習(xí)方法和思考能力的培養(yǎng)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，需要在平時(shí)的教學(xué)過程中不斷滲透、潛移默化。研究型教學(xué)模式是指學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，通過教師的引導(dǎo)，能夠運(yùn)用已有知識(shí)，自我發(fā)現(xiàn)問題，并進(jìn)一步探究和解決問題[3]；它可以使學(xué)生在掌握知識(shí)的同時(shí)學(xué)會(huì)知識(shí)的應(yīng)用，完成思維的鍛煉。經(jīng)過研究型教學(xué)的鍛煉，學(xué)生能夠依靠獲取的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)逐漸成長為具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。

本教研組積極參加研究型教學(xué)示范課程建設(shè)項(xiàng)目，從多角度尋找研究型教學(xué)的切入點(diǎn)和實(shí)施方案。目前已結(jié)題完成研究型教學(xué)示范課程5 門，主要做法如下。

①提煉課程理論內(nèi)核，優(yōu)化各課程之間的銜接與過渡，實(shí)現(xiàn)課程在深度、廣度、高度上的延伸。比如在“電路分析基礎(chǔ)”的學(xué)習(xí)中，受控源模型引入晶體三極管的介紹，為后續(xù)“模擬電子技術(shù)”的學(xué)習(xí)打下感性認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)；電阻的星―三角變換可以引出“檢測技術(shù)”中的電橋；傳遞函數(shù)可以聯(lián)系到“信號(hào)與系統(tǒng)”的分析……通過和后續(xù)課程的聯(lián)系，增加了學(xué)生對基礎(chǔ)知識(shí)價(jià)值的認(rèn)同，也體會(huì)到了知識(shí)結(jié)構(gòu)體系之間的有序性。

②倡導(dǎo)團(tuán)隊(duì)合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)開放式的學(xué)習(xí)態(tài)度。團(tuán)隊(duì)合作學(xué)習(xí)是學(xué)生以學(xué)習(xí)小組為單位進(jìn)行思考和自我學(xué)習(xí)的方式[4]，整節(jié)課的過程就是學(xué)生自己去積極主動(dòng)地思考問題，解決問題，而逐漸樹立起主體意識(shí)。經(jīng)過多年的探索，目前團(tuán)隊(duì)合作學(xué)習(xí)模式已經(jīng)成為本教研組模電和數(shù)電課程的常態(tài)規(guī)?；慕虒W(xué)環(huán)節(jié)，形成了循序漸進(jìn)的、較為系統(tǒng)的實(shí)施方案，包括課堂即時(shí)討論、基于口袋設(shè)備的project應(yīng)用實(shí)例設(shè)計(jì)、presentation 答辯環(huán)節(jié)、有效的評價(jià)考核體系等流程豐富的教學(xué)內(nèi)容。

③建立設(shè)計(jì)案例、仿真案例和錯(cuò)誤案例集，案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)，深化對理論知識(shí)的理解。設(shè)計(jì)案例是和教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合的實(shí)際電路應(yīng)用資源，也包括一些易于復(fù)現(xiàn)的小制作、小發(fā)明，能更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和對原理的認(rèn)識(shí)。仿真案例主要是通過EDA 電路仿真分析軟件對一些難于理解或變化復(fù)雜的電路過程進(jìn)行展示，使學(xué)生能加強(qiáng)對電路分析和電路規(guī)律的理解。錯(cuò)誤案例是把課程的難點(diǎn)和學(xué)習(xí)過程中易出現(xiàn)的錯(cuò)誤有針對性地編輯成集，讓學(xué)生能夠?qū)﹃P(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)快速入門并加強(qiáng)注意。

2.3 基于綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐，滲透工程意識(shí)和科學(xué)精神

“學(xué)以致用”在新工科教學(xué)改革中得到更多的重視。要培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，就需要在課程教學(xué)過程中更多地培養(yǎng)學(xué)生自己動(dòng)手、勇于實(shí)踐的能力。電工電子課程是實(shí)踐性非常強(qiáng)的工科課程，作為基礎(chǔ)課，還擔(dān)負(fù)著啟蒙工程思維的任務(wù)。

從2017 年起，本課程組在各類教學(xué)教研資金的支持下，陸續(xù)購買了硬木課堂口袋實(shí)驗(yàn)套件和依元素公司的FPGA 口袋實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及一些元器件，并設(shè)計(jì)積累了基于口袋平臺(tái)的開放式實(shí)驗(yàn)選題69 個(gè)。學(xué)期初，將口袋實(shí)驗(yàn)套件發(fā)放給學(xué)生，讓學(xué)生利用課余時(shí)間在宿舍里去實(shí)踐探索，從而擴(kuò)展了實(shí)驗(yàn)的空間和時(shí)間，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和積極性，更是促進(jìn)了很多同學(xué)進(jìn)一步進(jìn)行科技實(shí)踐，提高參加科技競賽的熱情和信心。

2.4 運(yùn)用多種信息手段，加強(qiáng)過程評價(jià)與考核

信息技術(shù)的普及和發(fā)展，使學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)體驗(yàn)更豐富了。學(xué)生可以在傳統(tǒng)課堂之外，利用網(wǎng)絡(luò)，通過手機(jī)和電腦等，在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，進(jìn)行任何形式的學(xué)習(xí)活動(dòng)[5]。

為更好地發(fā)揮導(dǎo)學(xué)體系的引導(dǎo)作用，學(xué)校還要建立合理可靠的監(jiān)督考核體制，以促進(jìn)學(xué)生在教學(xué)過程中的認(rèn)真投入，按照導(dǎo)學(xué)方向前進(jìn)。我們主要是借助各種新的信息技術(shù)軟件平臺(tái)，進(jìn)行教學(xué)過程的全程考核記錄，并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果按一定比例折算在最終課程成績中；多門課程的平時(shí)成績占比已經(jīng)達(dá)到50%，避免了學(xué)生依靠考前突擊復(fù)習(xí)的功利性學(xué)習(xí)。

3 電工電子課程導(dǎo)學(xué)體系的實(shí)施效果

3.1 適應(yīng)知識(shí)的快速更新和課程學(xué)時(shí)的壓縮

隨著傳統(tǒng)課程教學(xué)學(xué)時(shí)的不斷壓縮，教師越來越難以在課堂上細(xì)致地傳授知識(shí)。電類基礎(chǔ)課程導(dǎo)學(xué)體系的建立，在細(xì)枝末節(jié)和重復(fù)性知識(shí)上解放了教師，使得教師能夠在現(xiàn)有課堂容量和學(xué)時(shí)的條件下更充分地利用課堂時(shí)間、提高學(xué)習(xí)效率。節(jié)省下來的時(shí)間安排學(xué)生進(jìn)行綜合電路設(shè)計(jì)實(shí)踐，真正做到學(xué)以致用。

其中在線開放課程的建設(shè)與研究，讓適應(yīng)碎片化學(xué)習(xí)、從網(wǎng)絡(luò)中成長起來的一代學(xué)生能更好地融入課堂，汲取知識(shí)。方便學(xué)生隨時(shí)對知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)整理，在系統(tǒng)學(xué)習(xí)與逐個(gè)知識(shí)點(diǎn)突破中獲得統(tǒng)一，在線上自學(xué)與線下交流中做好互動(dòng)，還能夠因材施教，滿足學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。

3.2 增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主體意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和實(shí)踐能力

“新工科”需求的是工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才。而用人單位對工科生的要求是上手快、能力強(qiáng)，能夠獨(dú)立解決問題。

在我們構(gòu)建的導(dǎo)學(xué)體系的引導(dǎo)下，課前MOOC 預(yù)習(xí)培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)和思考的能力，也增強(qiáng)了學(xué)生的主體意識(shí)；課上的實(shí)例引入、器件剖析、電路思考，從應(yīng)用到理論再到應(yīng)用，幫助學(xué)生建立了良好的工程思維和科學(xué)思考方法，提高了學(xué)習(xí)能力；課后的仿真實(shí)驗(yàn)觀察和口袋平臺(tái)實(shí)際電路搭建，鍛煉了學(xué)生的研究與實(shí)踐能力以及團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。這些都讓我們的學(xué)生更加適應(yīng)時(shí)代的要求，成為合格且優(yōu)秀的畢業(yè)生。

3.3 充分利用信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)資源的便利

信息時(shí)代的資源豐富，科技發(fā)展迅速，作為信息前沿學(xué)科的重要基礎(chǔ)，電基礎(chǔ)課程教學(xué)更要及時(shí)將新技術(shù)引入教學(xué)，使科技服務(wù)于教學(xué)。

我們使用到的信息技術(shù)平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)資源主要有微助教、雨課堂、學(xué)習(xí)通、QQ 群等，通過這些平臺(tái)對學(xué)生學(xué)習(xí)的全過程進(jìn)行監(jiān)督和記錄，并依據(jù)記錄信息的大數(shù)據(jù)分析，精準(zhǔn)把握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)具有針對性的輔導(dǎo)和改進(jìn)。

4 結(jié)語

電工電子課程是工科專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程，涉及的學(xué)生面廣，不光自動(dòng)化、智能、計(jì)算機(jī)、通信等專業(yè)需要學(xué)習(xí)，土木工程、冶金、機(jī)械、能源、環(huán)境、礦業(yè)等工科專業(yè)也要學(xué)習(xí)；因此，電工電子課程導(dǎo)學(xué)體系的受益學(xué)生面寬，對各專業(yè)學(xué)生后續(xù)的發(fā)展都十分有益。

該教學(xué)體系對學(xué)生科技實(shí)踐能力的促進(jìn)，也對后續(xù)課程有很好的輻射和幫助作用，利于學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和長久發(fā)展。

社會(huì)的發(fā)展越來越快，新技術(shù)、新理念不斷涌現(xiàn)并迅速更新?lián)Q代，積極探索和跟進(jìn)新的教學(xué)改革不僅是潮流，也是教師自身素質(zhì)提升的需要。只有不斷加強(qiáng)對教學(xué)和研究的理解，才能更好地把握課堂，引領(lǐng)學(xué)生完成知識(shí)的傳承發(fā)展。