“以學為中心”的電工學課程教學模式探索

張引紅 吳晶

陜西師范大學物理學與信息技術學院, 陜西 西安710062

“以學為中心”的電工學課程教學模式探索

張引紅 吳晶

陜西師范大學物理學與信息技術學院, 陜西 西安710062

傳統的以教為中心的教學模式強調知識的傳授, 學生被動接受。建構主義提出的以學為中心的教學則強調學生通過主動意義構建獲取知識,電工學是物理學專業的一門基礎課，與現代科技發展息息相關。結合在物理創新實驗班的電工學課程教學過程中的一些體會，對電工學課程的“以學為中心”教學模式及方法等方面進行分析探討。通過課堂實踐，引入這一教學模式,有利于培養創新實驗班學生的自主學習和創新的能力,提高了教學效果, 取得一定成效。

電工學；以學為中心；自主學習；教學模式

現代教學的發展越來越重視學習者的個體差異和個性發展。以教師、書本或知識為中心的傳統教學模式，正快速地轉變為以學生、生活和能力為中心的新形式，以適應信息時代對人才培養的需求。以學習者的學習為中心構建新的教學模式和體系成為當前教學改革的核心內容之一[1]。

本校物理創新實驗班，以科學研究的創新能力為重點培養目標，同時探索在師范院校進行非師范專業培養的新模式，并推廣和探索新的教學理念及方法。作為承擔第一屆物理創新實驗班的電工學指導教師，筆者指導了部分大學生創新科研項目，結合教學實踐，對“以學為中心”的電工學課程教學模式及方法進行了探討。

1 電工學課程結構特點

電工學是物理學專業創新班學生進入大學學習的一門專業基礎課，是研究電磁的自然規律在工程技術上應用的科學，是集電工電子和其它科學理論與技術于一體、覆蓋面廣、實踐性很強的非電專業技術基礎課，在學生的專業學習中起著承前啟后的重要作用，具有基礎性、應用性和先進性的特征。隨著電工電子技術的飛速發展，大量的新知識和高新技術成果不斷地引入到教學中，加之電工學課程概念多，計算量大，分析和計算電路的方法和手段多，與工程實際聯系緊密等原因，仍采用傳統的教學模式、方法和手段，要在有限的教學時間內完成電工學課程的教學任務顯得不太適應，難以達到現代社會對人才培養的要求[2]。

復雜電路的分析方法是本門課程的重點，引導學生積極主動地掌握各種電路分析方法的要點，做到一題多解，觸類旁通，必然會增強學生的學習主動性，提高他們分析和解決實際問題的能力。對于創新實驗班新生，雖然有高中物理電磁學部分堅實的理論基礎知識，但電路內容偏簡單，且高中學習大多數是以“教師為中心”的注入式教學，學生被動地接受知識，其自主學習的能力相對薄弱。“以學為中心”的學習方式更注重學習者對知識的主動建構，與其他學習方式相比較，其特征主要表現為更多的開放性、問題性、實踐性和參與性，而且學習過程中重視學生間的相互合作[3]。在充分了解創新實驗班學生原有的電學知識結構后，合理選擇教學內容的起始點和重難點，在電工學課程教學過程中，施行“以學為中心”的教學模式，注重課程教學內容和中學內容的合理銜接與適當深化，不斷強化創新意識，同時注重學生系統學習能力和實踐能力的培養。為后續專業課的學習和畢業后在工程技術崗位上的自學、深造、拓寬和創新打下堅實基礎[4]。

2 “以學為中心”的電工學課程 教學模式

“以學生為中心”的教學可追溯到皮亞杰、杜威和俄羅斯的發展心理學家維果茨基。皮亞杰探索了人類如何建構自己對世界的認識；杜威強調學習者與物理環境的互動；維果茨基強調社會交往在學習中的作用。在“以學為中心”的課堂上，學生直接參與知識的發現過程。通過與他人協作、合作和分享，學生所經歷的體驗式學習是真實可靠、整體的和具有挑戰性的。學生利用其認知結構中的原有知識來構建新的學習。通過發展元認知過程，學生反思自己的思考過程。作為學習伙伴，教師有意創建有組織、有內聚力的經驗以協助學生建立關鍵概念間的聯系。

創新班的學生有其特有的學習特點，具有獨立自主學習的能力，積極的學習態度、明確的學習意識、良好的學習習慣品質。因此在在電工教學實踐中，嘗試“以學為中心”的教學模式，有利于他們批判性思維的形成和創新能力的初步培養。

2.1 創設真實的問題情境, 引導學生主動參與知識建構的過程

我們的教學手段以多媒體教學為主，結合板書的教學模式，在多媒體課件制作的過程中注重形象生動以及知識點之間的邏輯性，增加新問題及互動情景的設置，讓大部分的學生積極主動地參與到課堂教學的活動當中。例如在電動機教學環節中[5]，因為電動機有直流與交流之分，這正是解決學生對前面章節直流電路與交流電路理論學習存在疑惑的最好時機。課件中涉及電磁學中電與磁的關系、直流電路與交流電路的實際應用，通過簡單介紹，使同學們立刻對這章內容有了感性的認識，激起了他們渴望學習的熱情，課堂上，同學們根據自己對學過知識的掌握程度進行交流并熱烈討論，然后才仔細講解了直流電動機和交流電動機不同的工作原理，課后要求同學們自己找出一個有關直流或交流電動機的實際例子并講述它們的工作原理及記錄有關銘牌數據信息，為下節課有關計算打好基礎。在整個教學環節過程中可以看到每位學生都很興奮，主要是和實際結合起來，使他們體會到了電與磁是密不可分的，學會靈活應用所學過的理論基礎知識，并幫助學生建構自主學習的知識體系，提高了學生學習的主動性。在教與學的課堂討論過程中教師要細心傾聽學生的意見，鼓勵每個學生,培養他們的自信心和學習興趣,并注意教學狀態的形成。

2.2 合理設置實踐教學環境,通過體驗、反思增強學生的動手能力和對知識的深入理解

通過電工實驗的教學, 有意識地培養學生獲取知識的能力,可以充分調動和發揮學生的主觀能動性。在教學中加強學生實驗,通過學生自己動手做實驗來帶動相關知識的學習。例如在講“基爾霍夫定律”時,盡管課堂多次強調電壓電流實際方向與參考方向的不同，分析問題時標注參考方向的重要性，但是，幾乎每一屆的學生作業還會出錯。解決這個問題，通過加強實驗課的教學改革加深學生對電壓電流參考方向重要性的理解，要巧設“陷阱”，留給學生一個思考發揮的空間。實驗課上，我只是簡單介紹了電壓源、電流源的用法、及電壓表、電流表測量方法,不再陳述基爾霍夫定律的實驗原理，也不再畫出具體的實驗線路圖，而讓學生自己動手設計電路, 并要求用電壓表和電流表分別測出各支路的端電壓和電流，在處理實驗數據并驗證基爾霍夫定律的正確性時，同時考慮什么樣的結果是符合要求的？若實驗中出現異常情況，可能是什么原因？如何來分析、解決？最后，寫實驗報告時，這些問題都要在實驗報告中來體現。在批閱學生實驗報告時，首先檢查學生設計的實驗圖，標出的各支路電壓和電流的方向是否和測得的實驗數據相符？從而防止他們互相照抄；第二，檢查學生是否會進行實驗數據的正確分析？有的同學認為做完實驗就完成任務了，實際上對實驗數據的分析至關重要；第三，檢查學生是否會靈活處理實驗中出現的異常數據？實驗中出現錯誤的數據并不可怕，關鍵的能否通過實驗來查找錯誤數據的來源。這樣既有利于培養學生動手、動腦的習慣,提高學生實際操作與研究問題的能力,又可以激發學生的學習興趣, 調動學習積極性。

2.3 將所學知識運用于現實生活中，使知識產生新的意義并有利于創新能力的形成

深化教學改革，實現素質教育是一個長期而復雜的系統工程。創新教育是素質教育的主要方面，創新教學是實現創新教育、培養創新型人才的核心所在。學生創新教育的目標是培養學生文獻資料檢索能力、實驗操作能力、信息綜合加工能力、運用創新技法的能力、創新成果的表現力、社會調查能力等[6]。課堂教學中采用由實際問題創設問題情境。比如對大一新生學習電工學,教師可以組織一些與電子信息相關的課外活動，引導學生參加課外電子設計興趣小組，通過學生的自主學習來提高學生的自我學習能力和意識。同時，學生還應具有對知識大膽引疑質疑，這是激發探究的原始動力；不局限于現有的課本知識，課外的科學文化知識的拓展延伸是引申探究的途徑。教師不僅要制造學習環境，也要投入學習環境，教師是作為學生的合作伙伴出現的，他的合作體現在適時、適當地向學生提出問題并對課程資源進行再挖掘、再設計。對課堂教學中某些內容、某些實驗操作、某個創新點、興趣點,進行臨時調整創設一種適于探究的問題情境。然后,讓學生從問題情境中形成問題,建立假設,并在收集各種證據的基礎上證實或證偽假設,最后得出自己的結論。例如在交流電動機啟動教學環節中，我們結合電磁學課程、電動機軟啟動器實用技術、單片機、變頻器、軟啟動器及PLC實用技術等課程相關內容的教學，我要求同學們利用自己所學并查閱相關資料自己設計一個綜合性較強的實用電路，如電動機的啟動方式的控制等，結果學生們設計的電路圖各有不同，有的簡單，有的復雜，有的奇思妙想，有些構思巧妙，雖然不盡相同，但在這個過程中可以看到每位學生都在積極主動的學習，用心去做，使他們體會到所學知識的重要性并逐步建立了電動機軟啟動技術的框架結構，并幫助學生自主學習，挖掘其潛在能力,培養學生探索實踐創新能力。這種多方式的交流有利于促進學生的心理健康發展, 同時也極大地優化了課堂教學質量。

3 電工學課程實施“以學為中心”教學模式的關鍵

“以學為中心”教學對教師的能力要求更高，更要注重學生探索實踐能力的培養。開展“以學為中心”教學時，關鍵在于如何引導學生一步一步地分析思考并鼓勵學生大膽猜測或作假設,即勇于發現。開展“以學為中心”教學時,可借助一些前沿課題幫助和引導學生收集與各章節相關的資料，鍛煉學生收集文獻資料的能力。如在講解電動機啟動方式時，結合教材的內容，我精心做了如下教學環節的設計：先按照教材幫助學生設計實驗，測試相關數據并分析數據，說明目前啟動電動機存在的弊端，憑借現有的知識想要改變電動機的啟動條件是遠遠不夠的，如果能夠在單片機和PLC控制下，或許能有所改變，希望有興趣的同學可嘗試做設計性的實驗，來研究在實際應用中各種不同電動機的啟動方式的優缺點，引導學生積極思考，在不同的環境下應該如何正確地啟動電動機。目前學校非常重視大學生創新能力的培養，開辟了各種支持渠道，如大學生勤助科研創新基金項目，本科生與博士生手拉手活動等。在這樣的鼓勵和引導之下，幾位同學帶著濃厚的興趣積極申報學校組織的大學生勤助科研創新基金項目，將單片機控制技術與電動機啟動技術聯系起來，邀請教師利用課余時間進行輔導并組織協調各種后期實驗工作。當時創新班學生電子技術課程基礎非常薄弱，申報項目時需要查找哪些方面的資料？怎樣查找？對雜亂無章的資料怎么整理？等等。經過精心挑選科研小組成員（必須有高年級同學參與），利用暑假期間自學單片機知識、MATLAB語言等課程，參加的電子設計大賽培訓，幫助老師做相關課題研究，隨著時間的推移，憑著他們的勤奮好學和電子技術基礎知識的不斷積累，同學們學習的自覺能動性不斷增強，逐步培養學生的創新能力和參與課題研究的實踐能力。

隨著創新教學改革的不斷深入，作為教師我們要從教學模式、教材內容和體系、教學方法和手段、課程評價方式等方面進行大膽的、不懈的探索和創新，找到一個可行的、更適合創新型人才培養要求的電工學課程教學模式。更注重學生的科研意識、科研能力和創新意識的培養，在教學過程中力求一種教學與研究相結合的氛圍，教師和學生都是其中的學習者和研究者，通過相互交流和合作促進教學內容的完成和學術研究的健康發展。要合理利用有限的課堂教學時間，增加課堂容量，合理設置課堂的培養目標，結合新時代教學模式和教學要求，在教學實踐中不斷調研，不斷總結。總之,“以學生為中心”的教學模式的實施需要學生、教師、課堂教學幾方面做好相應的配套工作。只有這樣,“以學生為中心”教學模式學習才可能達到它預期的目標。

[1]秦華明. 以學為中心-基于建構主義的環境微生物學多媒體教學的思考[J]. 高等理科教育,2007,75(5):84～86

[2]謝生強.電工基礎課程的教學方法探索與研究[J].中國科教創新導刊, 2011,(2). 61～62

[3]楊鵬,莫岳平,史旺旺,曹衛.電氣工程及其自動化專業學生創新和實踐能力培養的內容與途徑[J].高等理科教育, 2011,(3). 96～99

[4]鄧建國,等. 強化創新意識和實踐能力的培養[J]. 西安交通大學學報,2000,20(10) :23～25

[5]秦曾煌.電工學（第六版）[M].北京：高等教育出版社,2003年12月

[6]吳根忠,盛華,李劍清.關于電工電子實驗教學改革的探索[J].高教與經濟, 2006,19(4):62～65

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.05.096

張引紅（1972－），女，陜西師范大學物理學與信息技術學院講師，在職博士，主要從事電工電子課程與實驗教學研究。