信息技術(shù)與電工學(xué)課程的融合研究

楊 琛 吳燕翔 霍海波 匡興紅

上海海洋大學(xué)工程學(xué)院 上海 201306

信息技術(shù)與電工學(xué)課程的融合研究

楊 琛 吳燕翔 霍海波 匡興紅

上海海洋大學(xué)工程學(xué)院 上海 201306

隨著信息技術(shù)的發(fā)展和普及，信息技術(shù)與高等院校課程教學(xué)的融合已成為我國教育發(fā)展的趨勢。探討了高等院校非電專業(yè)基礎(chǔ)課程電工學(xué)與信息技術(shù)融合的實踐問題。在分析電工學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，積極探索信息技術(shù)與該課程有效整合的思路和手段，提出了4種教學(xué)融合模式，同時指出在融合過程中應(yīng)避免的誤區(qū)。

信息技術(shù)；電工學(xué)；融合

Abstract: Electrotechnics is a professional foundation course for the non-electric college students. Under the new circumstance of the application and popularity of the information technology, the traditional teaching method in college faces the new challenges. This paper analyzed the characteristics and current situation of the electrotechnics teaching at f rst, then proposed 4 integration modes based on the teaching experience, f nally pointed out 3 points we should avoid in the integration process.

Key words: tnformation technology; electrotechnics; amalgamatior

電工學(xué)也叫電氣工程學(xué)，是研究電磁現(xiàn)象在工程技術(shù)中運用的一門學(xué)科。電工學(xué)課程是高等院校非電類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，通常分為電工技術(shù)基礎(chǔ)和電子技術(shù)基礎(chǔ)兩門課進行教學(xué)。課程涵蓋了電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)以及電磁理論、電動機與電氣控制等知識，基本整合了電專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。具有教學(xué)內(nèi)容多、知識跨度大、理論和實踐性強、相關(guān)技術(shù)發(fā)展快、學(xué)生實踐能力要求高等特點。隨著高校教學(xué)學(xué)時的壓縮，電工學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容多、知識跨度大、授課學(xué)時少這一矛盾愈加突出，給教學(xué)造成了更大的難度。

針對教學(xué)現(xiàn)狀，我們在電工學(xué)課程建設(shè)過程中，對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、學(xué)習(xí)方式進行改革。充分發(fā)揮信息技術(shù)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和多媒化的技術(shù)特點，將先進的信息技術(shù)與課程融合，成為課程內(nèi)容和課程實施的有機部分[1]。通過信息技術(shù)與課程全方位的融合, 將多學(xué)科的知識和學(xué)生的綜合能力整合，使信息技術(shù)作為構(gòu)建自主、探究學(xué)習(xí)環(huán)境的要素來支持學(xué)習(xí)，不斷改進傳統(tǒng)的教學(xué)模式和提升教與學(xué)的效率，達到整體優(yōu)化，實現(xiàn)高質(zhì)量教學(xué)目標(biāo)的目的[2]。

1 信息技術(shù)與電工學(xué)的融合模式

總結(jié)多年教學(xué)情況，我們提出以下4種融合模式。

1.1 多媒體的輔助教學(xué)模式

電工學(xué)教學(xué)內(nèi)容繁多、涉及面廣、課堂信息量大，在教學(xué)過程中涉及大量的電路原理、狀態(tài)轉(zhuǎn)移、電子電氣設(shè)備等知識的分析和講解，不但原理抽象難懂，并且電路圖往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難畫。傳統(tǒng)的板書教學(xué)模式，大量時間都浪費在電路圖的板書上，減少了課堂信息量，影響了教學(xué)進度，并且講述不夠形象，效果不佳。利用多媒體手段，將理論課的內(nèi)容制作成多媒體課件，將典型電路和實例制成圖像、視頻或動畫，形成交互式的教學(xué)資料供學(xué)生學(xué)習(xí)。一方面可以解決課程內(nèi)容多和學(xué)時少的矛盾，豐富了教學(xué)信息量，另一方面將抽象的知識形象、直觀地展示給學(xué)生，便于學(xué)生理解。

1.2 電子仿真軟件對理論教學(xué)的補充模式

電工學(xué)中電路理論分析較為抽象，但是大都可以通過實驗進行觀察和驗證。傳統(tǒng)的教學(xué)手段一般將這一觀察和驗證環(huán)節(jié)放到理論之后，在實驗室完成，這樣造成學(xué)生的理解滯后。為解決這一問題，我們引入仿真技術(shù)，在理論學(xué)習(xí)過程中結(jié)合仿真，讓學(xué)生直觀地看到現(xiàn)象，而不是僅僅停留在數(shù)值分析和抽象的計算之上。Multisim是一種常用的虛擬儀器電路仿真軟件，在教學(xué)過程中我們利用這一類電子仿真軟件豐富的現(xiàn)有資源，在計算機上構(gòu)建模擬電路，對電路進行仿真和分析，以便學(xué)生在學(xué)的過程中直觀了解電磁現(xiàn)象，并對一些規(guī)律或現(xiàn)象進行初步的試驗研究。

1.3 網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺的教學(xué)互動模式

電工學(xué)涵蓋知識多，對學(xué)生課后的學(xué)習(xí)要求高，由于時間和空間的限制，許多教學(xué)內(nèi)容難以在課堂上難以詳盡講解，新技術(shù)的獲知也需要學(xué)生在課后完成。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的教學(xué)拓展了課堂的時間和空間，為師生提供了一個交互式的平臺。改變教師課堂上填鴨式的傳統(tǒng)教學(xué)模式，在教學(xué)過程中，轉(zhuǎn)變學(xué)生單純的接受方式，充分發(fā)揮教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的“自主性、探究性、合作性”[3]為特征的教學(xué)模式。

1.4 虛擬實驗室的開放模式

電工學(xué)課程實踐性較強，要求學(xué)生學(xué)習(xí)理論時必須聯(lián)系實際，通過實驗操作加深對理論的理解和認知。在我校教學(xué)中，電工技術(shù)基礎(chǔ)在理論教學(xué)課內(nèi)涉及6個實驗；電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗是獨立授課，共15個實驗。由于實驗內(nèi)容多，學(xué)時少，且面向全校的非電專業(yè)學(xué)生開設(shè)，為方便學(xué)生，提高課堂實驗效率，增加課外實驗時間，我們采用了虛擬儀器與實驗室教學(xué)相結(jié)合的實驗教學(xué)模式。

2 各模式的具體應(yīng)用及效應(yīng)

(1)例如在電工技術(shù)基礎(chǔ)課程正弦交流電路這一章中，涉及一個較為重要的概念：正弦量的相量表示法。若采用傳統(tǒng)講授方法，學(xué)生常感覺無法理解正弦波瞬時量向相量的轉(zhuǎn)換過程，我們將該知識點制成動畫，通過旋轉(zhuǎn)的矢量線段在縱軸的投影獲得一條完整的正弦波，形象地再現(xiàn)了這一對應(yīng)關(guān)系(如圖1所示)。

圖1 教學(xué)動畫片段圖示

再如電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電路部分，需要研究三極管載流子的運動，由于這一微觀過程較為復(fù)雜和抽象，我們將整個過程制作成動畫，通過動畫向?qū)W生形象地展現(xiàn)了各載流子的擴散和漂移運動。

(2)我校提供了統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境，教師可以將課程教學(xué)內(nèi)容、自測習(xí)題、前沿知識等教學(xué)相關(guān)信息上傳，為學(xué)生提供一個開放的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺。目前已經(jīng)上網(wǎng)的教學(xué)資源項目有：教學(xué)大綱、教案、例題和習(xí)題、本課程的重點、難點、教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方法、相關(guān)學(xué)習(xí)網(wǎng)站鏈接、技術(shù)新動態(tài)。學(xué)生可以隨時隨地訪問互聯(lián)網(wǎng)，從網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺上進行課程學(xué)習(xí)，也可以根據(jù)自己的興趣、愛好及發(fā)展需求，選學(xué)一些課堂上沒有涉及的知識。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在教學(xué)中的融合將局限的課堂教學(xué)拓展到課堂外，成為學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的補充和延伸，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

同時，教師可以在網(wǎng)絡(luò)平臺上布置作業(yè)，學(xué)生也可以提交作業(yè)，進行自測，向教師提問，獲得教師遠程輔導(dǎo)。增加了教師與學(xué)生在課外的互動，也緩解了我校遠郊辦學(xué)帶來的實際困難。

(3)在電工技術(shù)教學(xué)中，由于課時少，《RC電路的暫態(tài)響應(yīng)》這一章常作為課后自學(xué)內(nèi)容。由于暫態(tài)過程持續(xù)時間很短，在實際中很難觀察到這一現(xiàn)象，學(xué)生對這一過程不容易理解。而課后自學(xué)的效果往往不盡如人意，影響對后續(xù)知識的學(xué)習(xí)。為了解決這一矛盾，我們利用Multisim2001軟件的仿真功能，構(gòu)建RC電路實現(xiàn)電路仿真，結(jié)合仿真過程進行知識點的講解。不但節(jié)約了課堂時間，而且可以向?qū)W生直觀地展現(xiàn)出暫態(tài)響應(yīng)過程。

通過電路仿真對理論教學(xué)的補充，大大提高了課堂教學(xué)效率，使理論知識和實際現(xiàn)象緊密聯(lián)系起來，有利于提高學(xué)生對理論知識的理解和掌握，同時能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，取得良好的課堂教學(xué)效果。

(4)學(xué)生在進入實驗室前，可以在課外利用虛擬儀器來進行實驗仿真，在虛擬平臺上構(gòu)建電路，觀察響應(yīng)，分析結(jié)果。使得學(xué)生在實驗過程中更加有的放矢，保證課堂上完成既定內(nèi)容，提高效率，在學(xué)時少的情況下，虛擬實驗可以補充課內(nèi)實驗課程的不足。同時學(xué)生可根據(jù)理論內(nèi)容，自己設(shè)計電路實驗內(nèi)容，進行驗證性、測試性、設(shè)計性和創(chuàng)新性等不同形式的電工電子技術(shù)實驗。在仿真過程中，學(xué)生可以隨時改變電路結(jié)構(gòu)、電路參數(shù)和測量數(shù)據(jù)，觀察波形，直至電路最優(yōu)。以此調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生分析問題、解決問題和進行計算機輔助設(shè)計的能力，能夠得到事半功倍的效果。

3 融合過程中避免誤區(qū)

信息技術(shù)與電工學(xué)課程教學(xué)的融合，為教學(xué)理念、教學(xué)模式、教學(xué)結(jié)構(gòu)帶了較大變革，分享它帶來優(yōu)勢的同時需要避免進入誤區(qū)。

(1)教學(xué)與信息技術(shù)的融合不等于簡單的相加，更不是取代教學(xué)的主體地位，信息技術(shù)的應(yīng)用只是手段，是為了更好地進行教和學(xué)。不能為了單純追求信息技術(shù)的融合而花費大量的時間、人力和財力，而忽視了教學(xué)本身。不斷提高教學(xué)水平，建設(shè)好課程才是教學(xué)的關(guān)鍵。

(2)在教學(xué)過程中，多媒體的運用雖能將抽象的理論知識具體化和形象化，有助于學(xué)生對理論知識的理解和掌握。但是，如果僅向?qū)W生直觀展示理論結(jié)果，而不深究其深層次知識，那么就會嚴重影響學(xué)生抽象思維、邏輯思維和整體感知等能力的培養(yǎng)。因此在融合過程中需要經(jīng)歷“抽象—具體—抽象”的過程[4]。

(3)不能為了追求多媒體課件的精美、虛擬教學(xué)平臺完善，將教師變?yōu)橐粋€美工或網(wǎng)管。教師應(yīng)專注于學(xué)術(shù)和教學(xué)，多媒體資料、虛擬教學(xué)平臺可以更多地依賴共享網(wǎng)絡(luò)資源和專業(yè)人員。

(4)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)很先進，但在教學(xué)過程中教師的課堂教學(xué)仍然是主體，不能忽視面對面的教學(xué)交流；電子仿真實驗雖然能方便直觀地展現(xiàn)實驗現(xiàn)象，但是實際的實驗操作仍然是最為重要的，學(xué)生的實驗、實踐環(huán)節(jié)不能缺少，動手能力的培養(yǎng)是重點。

4 結(jié)束語

信息技術(shù)和教學(xué)的融合是現(xiàn)代國內(nèi)外教學(xué)的發(fā)展趨勢，加強計算機多媒體技術(shù)的開發(fā)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的有效利用有著重要的現(xiàn)實意義。我們應(yīng)在深入了解電工學(xué)等專業(yè)背景和教學(xué)特性的基礎(chǔ)上，合理選擇信息技術(shù)的教學(xué)手段，發(fā)揮新技術(shù)的優(yōu)勢，促進教學(xué)水平的提高。

[1] 孟秀玲,曹勇,任銳.對信息技術(shù)與電子技術(shù)課程整合的思考[J].華北航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2005,15:27-31.

[2] 梁莉.電工學(xué)基礎(chǔ)課程探索[C].電子技術(shù)教學(xué)論壇,2006.

[3] 王林濤,虞莉娟,張菊秀,陳建峽.電工學(xué)多媒體教學(xué)課件的應(yīng)用研究[J].建材高教理論與實踐,2001,3:56.

[4] 儲孝龍.信息技術(shù)與學(xué)科整合的思考[J].文教資料,2006,3:151-152.

[5] 張林峰.信息技術(shù)與電工電子課程的整合[J].河北廣播電視大學(xué)學(xué)報,2008,13:36-37.

Research on the integrating information technology into the electrotechnics

Yang Chen, Wu Yanxiang, Huo Haibo, Kuang Xinghong
Shanghai ocean university, Shanghai, 201306, China

2012-02-13

楊琛，碩士，講師。

本文獲上海市教委“085工程”特色型高校工科專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式的研究與實踐項目資助。