面向卓越計(jì)劃的少課時(shí)“電工電子學(xué)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐

□曹玉蘋　劉潤華　劉復(fù)玉　賀　利　周蘭娟

面向卓越計(jì)劃的少課時(shí)“電工電子學(xué)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐

□曹玉蘋劉潤華劉復(fù)玉賀利周蘭娟

為了提高非電專業(yè)學(xué)生的應(yīng)用能力，針對(duì)卓越計(jì)劃的教育需求，圍繞少課時(shí)“電工電子學(xué)”課程研究改革方案，在基本理論教學(xué)內(nèi)容中融入實(shí)際應(yīng)用電路、在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中增加故障模擬和典型應(yīng)用電路、布置電工電子產(chǎn)品論文、采用半閉卷考試等。教學(xué)實(shí)踐表明，該方案能夠有效激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、提高實(shí)際應(yīng)用能力、培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新思維。所提方案可以推廣到其他少課時(shí)專業(yè)基礎(chǔ)課中運(yùn)用。

卓越計(jì)劃；電工電子學(xué)；應(yīng)用能力；創(chuàng)新思維

為了提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量，2010年教育部發(fā)布了《教育部關(guān)于實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的若干意見》，中國石油大學(xué)（華東）是第一批獲批卓越計(jì)劃的高等院校之一。卓越工程師的核心能力是創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力。為了培養(yǎng)具有一定創(chuàng)新能力和較強(qiáng)工程實(shí)踐能力的本科畢業(yè)生，有必要面向卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃研究切實(shí)可行的教學(xué)方案［1-3］。高等院校非電類專業(yè)普遍開設(shè)了“電工電子學(xué)”課程，結(jié)合卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃，制定了教學(xué)改革方案。因此，針對(duì)中國石油大學(xué)（華東）石油工程、化學(xué)工程與工藝等專業(yè)開設(shè)的少課時(shí)“電工電子學(xué)”課程，分析課程教學(xué)中存在的問題，研究適合于非電卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的教學(xué)改革方案。

一、“電工電子學(xué)”課程現(xiàn)有教學(xué)方案存在的不足

中國石油大學(xué)（華東）的“電工電子學(xué)”課程已成為國家級(jí)精品課和國家級(jí)精品資源共享課，形成的國家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)在教材建設(shè)、理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)等方面取得了一定研究成果。針對(duì)新時(shí)期卓越工程師的教育需求和少課時(shí)的客觀條件，現(xiàn)有教學(xué)方案存在以下不足：

（一）理論教學(xué)內(nèi)容涉及的實(shí)際應(yīng)用電路偏少

少課時(shí)“電工電子學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容只包括電路的基本概念、定律和分析方法、正弦交流電路、電路的暫態(tài)分析、常用半導(dǎo)體器件、基本放大電路、集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用和數(shù)字集成電路及其應(yīng)用［4］。在實(shí)際工程應(yīng)用中，石油工程、化學(xué)工程與工藝等非電工程師需要面對(duì)測(cè)量與控制系統(tǒng)、變壓器、電動(dòng)機(jī)、直流穩(wěn)壓電源等典型電工電子設(shè)備。因此，如何在現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上有效融入實(shí)際應(yīng)用電路或典型設(shè)備是需要解決的關(guān)鍵問題［5］。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容以驗(yàn)證為主，缺乏應(yīng)用背景

實(shí)驗(yàn)電路多為針對(duì)單一元器件的典型電路，不具有明確的應(yīng)用功能［6］。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以驗(yàn)證電路的工作原理為主，未涉及故障情況的分析和處理。由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限，損壞器件會(huì)影響成績或經(jīng)濟(jì)賠償，學(xué)生無法根據(jù)興趣對(duì)電路的故障特性進(jìn)行測(cè)試。因此，如何增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)電路的實(shí)際應(yīng)用背景是亟待解決的關(guān)鍵問題。

（三）現(xiàn)有考核形式不利于培養(yǎng)創(chuàng)新能力

實(shí)際工程應(yīng)用中只有問題，需要工程師自己確定采用何種方式分析哪些參數(shù)。而現(xiàn)有考試已在題目中明確指出電路分析方法和需求的參數(shù)，導(dǎo)致學(xué)生腦海里只見公式，不見知識(shí)體系，只見單個(gè)獨(dú)立的方法，不見各方法的對(duì)比與綜合。因此，如何通過合理設(shè)置考核方式引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維是需要解決的關(guān)鍵問題。

針對(duì)上述問題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核形式等方面進(jìn)行研究，探討適合卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的少課時(shí)“電工電子學(xué)”教學(xué)方案。

二、利用應(yīng)用電路豐富教學(xué)內(nèi)容

（一）優(yōu)化整合理論教學(xué)內(nèi)容

1.結(jié)合專業(yè)特色介紹自動(dòng)控制系統(tǒng)。如針對(duì)化學(xué)工程和工藝專業(yè)介紹煉油廠分布式控制系統(tǒng)，針對(duì)石油工程專業(yè)介紹采油控制系統(tǒng)。通過接觸工程實(shí)踐中的系統(tǒng)，使學(xué)生建立完整的電工電子系統(tǒng)的概念，不僅拓寬了視野而且調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)積極性。

2.結(jié)合生活場(chǎng)景介紹電路的設(shè)計(jì)和制作過程。如以空調(diào)的溫度檢測(cè)和控制系統(tǒng)為例（如圖1所示），介紹項(xiàng)目需求、功能分析、電路設(shè)計(jì)、電路制作和調(diào)試等環(huán)節(jié)，使學(xué)生從宏觀上建立模塊化分析和設(shè)計(jì)的概念，有利于學(xué)生對(duì)所學(xué)零散知識(shí)進(jìn)行有機(jī)整合。

圖1　空調(diào)溫度檢測(cè)和控制系統(tǒng)

3.在相關(guān)理論章節(jié)融入實(shí)際應(yīng)用電路或典型設(shè)備。如在電感元件部分引入變壓器，在三相交流電路部分引入三相變壓器和三相異步電動(dòng)機(jī)，在二極管元件部分引入直流穩(wěn)壓電源等。典型應(yīng)用電路增強(qiáng)了理論知識(shí)的實(shí)用性，不僅能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。

（二）增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的應(yīng)用背景

1.為了體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)電路的應(yīng)用功能，對(duì)實(shí)驗(yàn)電路的規(guī)模進(jìn)行擴(kuò)大。以“一階RC電路過渡過程的研究”為例，該實(shí)驗(yàn)主要觀察電阻和電容端電壓的波形，電路缺乏實(shí)際工程意義。可以在現(xiàn)有器件的基礎(chǔ)上增加555定時(shí)器以構(gòu)成脈沖信號(hào)發(fā)生器，學(xué)生重點(diǎn)研究一階RC電路，同時(shí)了解應(yīng)用廣泛的555定時(shí)器，明確一階RC電路的實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。

2.在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)增加軟件仿真，學(xué)生通過仿真軟件模擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。為了了解故障電路的特點(diǎn)，模擬元件短路、開路、電容容量衰減等典型故障。學(xué)生還可以根據(jù)個(gè)人興趣和愛好對(duì)電路進(jìn)行改造，觀察信號(hào)的變化。通過軟件仿真不僅滿足了學(xué)生嘗試改變電路的好奇心，而且使學(xué)生了解了故障電路的特點(diǎn)，有助于在實(shí)際操作中快速解決故障。

三、利用研究性、啟發(fā)性等教學(xué)方法重點(diǎn)培養(yǎng)實(shí)際聯(lián)系理論的能力

對(duì)于非電工程師，“電工電子學(xué)”課程教學(xué)的重點(diǎn)不是講授深?yuàn)W的理論，而是培養(yǎng)學(xué)生將電工電子基本知識(shí)應(yīng)用于各自專業(yè)的工程實(shí)踐能力。因此，應(yīng)研究有效的教學(xué)方法，以使學(xué)生能夠在實(shí)際工程問題面前有章可循地聯(lián)系所學(xué)知識(shí)和方法。

（一）從研究性教學(xué)方法出發(fā)組織教學(xué)內(nèi)容

為了解決具體問題，應(yīng)首先介紹電路的基本元件、基本概念、定律和分析方法，其中基本元件不僅包括電路分析中的基本元件還包括模擬電子技術(shù)中的基本元件。學(xué)習(xí)完這部分內(nèi)容之后，學(xué)生就具備了自主分析電路的基礎(chǔ)。然后選擇既在生產(chǎn)和生活中具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值又能夠覆蓋主要教學(xué)內(nèi)容的典型案例，引導(dǎo)學(xué)生將案例需求作為研究目標(biāo)，將各個(gè)功能模塊作為研究內(nèi)容。教師按照功能模塊組織教學(xué)內(nèi)容，針對(duì)每個(gè)功能模塊講授涉及的典型電路，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)功能電路。由于石油工程專業(yè)、化學(xué)工程與工藝等專業(yè)對(duì)電路硬件制作要求不高，所以只對(duì)電路進(jìn)行仿真調(diào)試，不進(jìn)行硬件制作和調(diào)試。典型案例如空調(diào)溫度檢測(cè)和控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)涉及溫度檢測(cè)（熱敏電阻）、比較（集成運(yùn)算放大器）、延時(shí)（暫態(tài)分析）、發(fā)光報(bào)警（二極管）、聲音報(bào)警（555定時(shí)器和功率放大）、繼電控制、直流穩(wěn)壓電源等環(huán)節(jié)，能夠覆蓋主要教學(xué)內(nèi)容。

（二）利用啟發(fā)教學(xué)法增強(qiáng)學(xué)生自主獲取所需知識(shí)的能力

在理論知識(shí)的學(xué)習(xí)中，引導(dǎo)學(xué)生提煉電工電子工程師實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì)的深層次思維內(nèi)涵。例如逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器體現(xiàn)了逆向思維，戴維寧定理體現(xiàn)了黑箱建模的思想，啟發(fā)學(xué)生利用這些思維方式分析問題解決問題。

對(duì)融入相關(guān)理論章節(jié)的典型工程應(yīng)用電路或設(shè)備，重點(diǎn)介紹外部特性和關(guān)鍵原理，啟發(fā)學(xué)生自主思考，通過查閱資料和討論理解工作原理。如變壓器，主要講授電能和磁場(chǎng)能的互相轉(zhuǎn)換原理，剩余內(nèi)容由學(xué)生自學(xué)完成。

課堂上涉及的工程應(yīng)用案例有限，可以啟發(fā)學(xué)生思考如何利用典型案例解決同一類型問題。如介紹空調(diào)溫度檢測(cè)和控制系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生嘗試設(shè)計(jì)煉油廠反應(yīng)器壓力檢測(cè)和控制電路、有害氣體報(bào)警器等。

四、優(yōu)化多元考核方式，培養(yǎng)科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新思維

近年來普遍采用的多元考核方式有作業(yè)、半開卷考試、課程論文等，根據(jù)卓越計(jì)劃特點(diǎn)對(duì)考核方式進(jìn)行優(yōu)化，以重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新思維。

（一）改革傳統(tǒng)作業(yè)模式，創(chuàng)新多元化考核方式

現(xiàn)有的電工電子學(xué)作業(yè)大多是抽象和簡化的電路，實(shí)際工程意義已被省略。為了緊密聯(lián)系工程應(yīng)用，應(yīng)大量增加具有實(shí)際工程背景的作業(yè)。作業(yè)題目應(yīng)介紹實(shí)際應(yīng)用背景、電路模型與實(shí)際器件的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如一階線性電路暫態(tài)分析作業(yè)采用延時(shí)繼電器，二極管作業(yè)采用整流電路，集成運(yùn)算放大器的作業(yè)采用變送器中信號(hào)變換和放大電路等。該類型的作業(yè)不僅能夠使學(xué)生明確理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模能力。

由于電工電子學(xué)技術(shù)已經(jīng)滲透到現(xiàn)代化生產(chǎn)和生活的方方面面，一些基本知識(shí)和方法隨時(shí)可以用到，需要牢記。傳統(tǒng)的閉卷考試容易誤導(dǎo)學(xué)生死記硬背應(yīng)付考試；允許自由攜帶少量資料的半開卷考試容易使學(xué)生產(chǎn)生無需記憶的懈怠心理，導(dǎo)致一些需要牢記的知識(shí)和方法沒有掌握。為了避免上述問題，可以采用半閉卷的考核方式，即由教師統(tǒng)一提供參考資料。由教師明確哪些知識(shí)和方法是需要牢記的（如三相交流電、一階線性電路的暫態(tài)分析等），哪些知識(shí)和方法在應(yīng)用時(shí)可以查閱資料 （如常用中規(guī)模組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的功能表）。對(duì)于后者，在試卷中應(yīng)根據(jù)需要提供資料。

為了引導(dǎo)學(xué)生建立完整的知識(shí)體系，對(duì)題目要求進(jìn)行改革，不再明確指出利用什么方法求哪些參數(shù)，而是由學(xué)生根據(jù)應(yīng)用需要自行確定哪種方法最優(yōu)、哪些關(guān)鍵參數(shù)需要分析。這種類型的題目有助于學(xué)生明確方法的使用特點(diǎn)、公式的適用條件，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神。

（二）設(shè)置課程論文環(huán)節(jié)，培養(yǎng)科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新思維

為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)規(guī)范和創(chuàng)新思維，設(shè)置課程論文環(huán)節(jié)。結(jié)合典型電工電子產(chǎn)品講授什么是創(chuàng)新以及創(chuàng)新的重要性。由學(xué)生自主選定生活中的電氣電子產(chǎn)品作為研究對(duì)象，查閱資料、獨(dú)立思考并撰寫論文。要求闡述所選產(chǎn)品的主要工作原理，指出存在的問題，展望發(fā)展方向。學(xué)生利用幻燈片做報(bào)告，回答提問。該課程論文利用所學(xué)知識(shí)分析實(shí)際電路，不僅有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且拓寬了視野。啟發(fā)學(xué)生分析電子產(chǎn)品存在的問題，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力。根據(jù)需求啟發(fā)學(xué)生分析電子產(chǎn)品的發(fā)展方向，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

從卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的需求出發(fā)，研究少課時(shí)“電工電子學(xué)”課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式的改革方案。對(duì)于課程論文環(huán)節(jié)，學(xué)生選題不僅有傳統(tǒng)的電熱毯、收音機(jī)、LED顯示屏等傳統(tǒng)電子產(chǎn)品，還出現(xiàn)了移動(dòng)電源、智能手環(huán)、心臟起搏器、電吉他等新興產(chǎn)品，豐富了教學(xué)內(nèi)容。教師針對(duì)學(xué)生困惑進(jìn)行解答，并指導(dǎo)論文寫作規(guī)范，學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)得到培養(yǎng)和鍛煉。課程實(shí)踐表明，該方案能夠有效激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力。該教學(xué)方案也可以推廣到其他少課時(shí)專業(yè)基礎(chǔ)課，提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。

［1］林健.談實(shí)施“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”引發(fā)的若干變革［J］.中國高等教育，2010（17）：30-32.

［2］王寶璽.關(guān)于實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的思考［J］.高校教育管理，2012（1）：15-19.

［3］王菁華，等.“‘卓越計(jì)劃’123模式”的創(chuàng)建與實(shí)踐研究［J］.高等工程教育研究，2012（3）：47-52.

［4］劉潤華.電工電子學(xué)［M］.東營：中國石油大學(xué)出版社，2008.

［5］黎明，付揚(yáng).少學(xué)時(shí)電工電子學(xué)課程教學(xué)改革探究［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010（11）：292-294.

［6］郝寧眉.電工電子學(xué)實(shí)驗(yàn)與實(shí)習(xí)［M］.東營：中國石油大學(xué)出版社，2004.

責(zé)任編輯時(shí)紅兵

曹玉蘋（1982-），女，山東單縣人，中國石油大學(xué)（華東）講師，博士，研究方向?yàn)殡姽る娮訉W(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)；劉潤華（1958-），男，山東梁山人，中國石油大學(xué)（華東）教授，研究方向?yàn)殡姽る娮訉W(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)；劉復(fù)玉（1963-），男，山東濰坊人，中國石油大學(xué)（華東）副教授，研究方向?yàn)殡姽る娮訉W(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)；賀利（1972-），女，四川廣安人，中國石油大學(xué)（華東）講師，研究方向?yàn)殡姽る娮訉W(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)；周蘭娟（1978-），女，山東德州人，中國石油大學(xué)（華東）講師，研究方向?yàn)殡姽る娮訉W(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)。

山東省高等學(xué)校教學(xué)改革項(xiàng)目“電類基礎(chǔ)課程自主性、探究性教學(xué)方法的研究與實(shí)踐”（編號(hào)：2012145），主持人：劉潤華。

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1001-7518（2015）02-0066-03