“新工科”背景下“電工學”課程教學體系的改革與建設*

羅廷芳 ， 南 江 ， 李 偉

（西南林業(yè)大學，云南 昆明 650024）

0 引言

《全球一流工程教育發(fā)展現(xiàn)狀》是當前最新、較系統(tǒng)、有一定影響力的高等工程教育改革調(diào)研報告。報告指出，高等工程教育以工程實踐為基礎，遵循以人為本的育人理念，以發(fā)展學生個體的工程技能和關注學生學習過程為重點，關注學生的個人興趣、學習內(nèi)容和學習方式，注重學生思維和能力的培養(yǎng)[1]。2017年2月，教育部發(fā)布了《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》，以一流人才培養(yǎng)、一流本科教育、一流專業(yè)建設為目標，抓住新技術創(chuàng)新和新產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機遇，在世界新一輪工程教育改革中發(fā)揮全球影響力，實現(xiàn)我國從工程教育大國走向工程教育強國的“新工科”計劃[2-4]。

“電工學”是高等院校非電類工科專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，具有較強的基礎性、工程性和實踐性，對培養(yǎng)學生邏輯思維能力、實踐操作能力及創(chuàng)新能力具有極其重要的作用。在機械類、交通運輸類、土木類相關專業(yè)的教學質(zhì)量國家標準中，均對“電工學”課程有明確的教學要求，按照“新工科”建設的要求，課程既要突出基礎性，又要強調(diào)其工程實踐性，還要與學生專業(yè)背景有機結(jié)合，突出專業(yè)特色。因此，在“新工科”背景下，研究“電工學”的教學模式與課程建設對于構(gòu)建符合新時代特色的專業(yè)人才培養(yǎng)體系、遵循以人為本的育人理念、踐行立德樹人根本任務、培養(yǎng)合格的社會主義接班人具有重要的意義[5-6]。課題組以西南林業(yè)大學機械類專業(yè)的“電工學”課程體系為主，探討“新工科”背景下“電工類”課程教學體系的改革與建設。

1 傳統(tǒng)的“電工學”教學中存在的問題

1.1 “電工學”課程簡介

1）課程的教學內(nèi)容?！半姽W”作為非電類專業(yè)的專業(yè)基礎課程，通過該課程學生可以掌握電工電子技術的基本理論，為今后從事相關的工程技術工作打下基礎。其教學內(nèi)容可分為電工學和電子學兩大部分，具體包括電路分析基礎、磁路和變壓器、電動機及繼電控制技術、可編程控制器（PLC）、模擬電子技術、數(shù)字電子技術、工業(yè)企業(yè)供電與用電安全、電工測量等。

2）課程的實踐教學?！半姽W”課程是非電類工科專業(yè)學生開展專業(yè)研究與工程實踐的技術基礎，課程教學目標是培養(yǎng)學生具備電工理論和電子技術的綜合分析和設計能力，為從事與專業(yè)相關的工程技術工作打下基礎。因此，課程教學應強調(diào)工程應用背景，突出實踐教學，以培養(yǎng)學生應用電工電子技能解決工程實際問題的能力。

3）專業(yè)教學需求的多樣性?！半姽W”課程面向非電類工科專業(yè)的學生開設，以西南林業(yè)大學為例，涉及的專業(yè)有機械類、交通運輸類、木材工程類、土木類等相關專業(yè)。不同的專業(yè)對電工電子類知識的需求是不一樣的，如機械類專業(yè)對電工電子類知識的需求高于其他專業(yè)類的要求，因此，課程教學內(nèi)容必須結(jié)合各專業(yè)的需求而進行多樣性設置。

1.2 傳統(tǒng)的“電工學”教學中存在的問題

1）課程重視程度低。首先，“電工學”課程作為非電類工科專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，其作用主要是承前啟后，因而得不到學生足夠的重視。例如，該校的機械設計制造及其自動化專業(yè)，其主干課主要與機械設計相關；車輛工程專業(yè)，其主干課主要與車身結(jié)構(gòu)設計相關；木材科學與工程專業(yè)，其主干課主要與木材等相關，導致學生主觀上對此門課程的重視程度不夠。其次，由于學時的限制，在教學中部分教師講解時與學生專業(yè)背景的聯(lián)系較少，使得學生在學完該課程后不知道如何利用所學知識聯(lián)系專業(yè)其他相關知識來解決實際問題，易導致學生認為此門課程所學知識與所學專業(yè)相關性低，學習興趣不高，缺乏學習的主動性。

2）理論教學多，實踐教學內(nèi)容單一?！半姽W”課程理論性強，要求學生具備一定的數(shù)學、物理基礎，具有較強的工程實踐性。傳統(tǒng)教學中“電工學”課程所包含的教學內(nèi)容多，實踐課時少，因此在教學過程中更側(cè)重基礎理論的講解。此外，傳統(tǒng)的“電工學”實驗教學均采用實物實驗，這類實驗教學以操作性實驗、驗證性實驗為主，這類實驗在幫助學生理解和掌握基本理論知識和基本技能方面發(fā)揮了不可替代的作用。但由于“電工學”是非電類工科專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，面向的專業(yè)多，意味著電工實驗室長期處于高使用率狀態(tài)，導致電工實驗設備的損耗率極高。因此，實驗室的硬件條件在一定程度上滿足不了教學要求，導致實驗教學內(nèi)容存在內(nèi)容單一及缺乏系統(tǒng)性、創(chuàng)新性和綜合性等問題，這不利于培養(yǎng)學生的工程實踐能力，不符合“新工科”的培養(yǎng)要求。

3）教學考查方式單一，缺少反饋與激勵機制，無法體現(xiàn)過程管理。傳統(tǒng)教學主要采用的考核方式是閉卷考試與平時作業(yè)考核，教師無法更全面具體地了解學生的學習情況及問題，即缺乏有效的教學過程管理和反饋，使得在一定程度上無法進行有效的教學改革與建設。此外，實驗教學內(nèi)容偏單一化，也在一定程度上限制了學生思維能力、實踐能力及創(chuàng)造性能力的培養(yǎng)。

2 “新工科”背景下“電工學”課程建設思路

2.1 圍繞專業(yè)重整教學內(nèi)容

“電工學”課程作為非電類工科專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，且為必修課，應針對不同專業(yè)對電工學的不同需求，深入挖掘課程相對各專業(yè)的工程背景，將“新工科”理念融入課程的教學建設，充分發(fā)揮課程的工程教學主導作用，建設工程導向的專業(yè)課程體系，培養(yǎng)出符合時代要求的專業(yè)技術人才。要充分結(jié)合各專業(yè)應用及各專業(yè)的培養(yǎng)方案，根據(jù)培養(yǎng)方案的學時安排情況，重新梳理教學內(nèi)容，可按模塊進行劃分教學。對“電工學”課程內(nèi)容進行教學模塊的劃分，可分為電路分析基礎模塊、磁路模塊、電動機及控制技術模塊、模擬電子技術模塊、數(shù)字電子技術模塊、安全用電及電工測量模塊等，如圖1所示。根據(jù)各專業(yè)特色及需求對各個模塊進行整合重組，比如機械類專業(yè)，根據(jù)專業(yè)需求，需講解電路分析基礎模塊、磁路模塊、電動機及控制技術模塊、模擬電子技術模塊、數(shù)字電子技術模塊、安全用電及電工測量模塊等，其中安全用電及電工測量部分集中在實踐教學中體現(xiàn)。

2.2 改進教學手段，加強過程管理

上好一堂課，好的課程教學設計是必不可少的，而多樣化的教學手段不僅可以激發(fā)學生的學習興趣，提升教學效果，還可以輔助任課教師加強教學過程管理。首先，教師的講解應生動有趣，利用現(xiàn)有的多媒體技術做一些形象生動的電路變化過程動畫演示，與專業(yè)實踐相結(jié)合，提升學生的學習興趣。其次，選用“雨課堂”輔助開展混合式教學，利用彈幕功能，加強教師與學生在課堂上的互動，活躍課堂氣氛；通過“雨課堂”測試功能，加深學生對知識點的理解與掌握。這種混合式教學模式可進一步提升教學效果，利用課堂及課后反饋不僅可加強教學過程管理，還可實時優(yōu)化教學內(nèi)容及教學方法，對教師及學生起到雙向激勵的作用。

2.3 加強實驗實踐環(huán)節(jié)的教學建設

實踐教學是“電工學”教學中必不可少的一個環(huán)節(jié)，是為了讓學生能更有效地掌握理論知識并獲得實踐動手能力。因此，必須加強實驗實踐環(huán)節(jié)的教學建設，良好的實踐條件有助于激發(fā)學生的學習熱情和主動性。

1）驗證類實踐教學。可采用“預習—操作—總結(jié)”的模式開展，即實驗開始前學生應先完成實驗預習及相應的理論計算，其次按照操作規(guī)范完成實驗內(nèi)容操作并記錄實驗結(jié)果，最后通過結(jié)果總結(jié)實驗結(jié)論，完成理論驗證。在整個實驗過程中不僅要學會應用實驗驗證理論結(jié)果，同時也要掌握利用理論原理分析實驗數(shù)據(jù)是否正確可靠，并將所有的實驗操作、數(shù)據(jù)、結(jié)論整理成實驗報告提交，做好實驗教學過程管理。

2）設計創(chuàng)新類實踐教學。為更好地鍛煉學生的思維能力、創(chuàng)新能力及實踐能力，應充分利用多種電子電路軟件開展設計創(chuàng)新類實踐教學。學生以小組的形式獲取設計任務書，并根據(jù)任務要求查閱相關資料完成設計方案，根據(jù)設計方案完成電路原理設計、工作原理描述、參數(shù)計算、元器件選型，還需利用相應的電子電路軟件完成仿真驗證分析。通過機械類專業(yè)學生的電工實踐教學情況可知，此部分教學改革與建設效果良好，如圖2、圖3所示。圖2是學生基于Multisim完成的一個彩燈花樣變換電路設計，并進行了仿真驗證分析；圖3是學生利用Capture CIS完成的一個脈沖選通電路設計，并通過了仿真驗證分析。

圖2 基于Multisim的彩燈花樣變換電路設計與分析

圖3 基于Capture CIS的脈沖選通電路設計與仿真

2.4 改革考核方式，綜合評價教學效果

通過教學的過程性管理，全面了解學生“電工學”的學習情況，采用過程性評價和結(jié)果性評價相結(jié)合的綜合評價方式完成課程考核，豐富考核方式。

1）考試形式多元化。實驗成績、“雨課堂”測驗成績、筆試成績?nèi)呦嘟Y(jié)合作為最終成績，其中，實驗成績由實驗操作和實驗報告兩部分成績構(gòu)成，從而全面地評價學生學習效果。2）采用教考分離的筆試形式，更能激發(fā)學生學習的主動性。3）根據(jù)各專業(yè)的實際應用要求的不同，針對部分專業(yè)開展實踐動手能力操作考核，以增強對實踐動手能力的培養(yǎng)。

2.5 課程思政建設，弘揚工匠精神

課程思政教育是高等院校教學工作中立德樹人、德育優(yōu)先培養(yǎng)目標的導向性環(huán)節(jié)，是貫徹黨的教育方針，解決好培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人這個根本問題，以及把理想信念教育和社會主義核心價值觀教育融入教學全過程的主要方式[7-9]。“新工科”建設背景下，將思政內(nèi)容有機融入“電工學”課程教學體系中，結(jié)合學校提出的“回歸教育本源，創(chuàng)建良好教育生態(tài)”，踐行“教為不教，學為創(chuàng)造”理念。在講述電子技術發(fā)展史時，可引導學生關注集成電子技術發(fā)展前沿，了解我國電子技術發(fā)展與發(fā)達國家之間的差距，增強學生為國爭光的使命感和責任感；在講授交流電路時，引入兩位發(fā)明超人之間的“電流大戰(zhàn)”，引導學生樹立正確的價值觀；在講述基本定律時，引入科學家們艱苦卓絕奮斗的故事，引導學生堅定理想信念，學習工匠精神[10]。

3 結(jié)語

在“新工科”工程人才培養(yǎng)思想的指導下，針對傳統(tǒng)的“電工學”課程教學體系，提出了該課程存在的問題。在課堂教學和實踐教學中對教學內(nèi)容、教學手段、實踐環(huán)節(jié)及考核方法等多方面進行改革與建設，通過“新工科”背景下“電工學”課程混合式教學模式的實施，優(yōu)化傳統(tǒng)教學方法，提升教學效果，以滿足不同學科門類的專業(yè)學生的學習需求，充分調(diào)動教師和學生的積極性和主動性；遵循以人為本的育人理念，融入思政教學，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維，提升學生工程實踐能力。并且，學期考核結(jié)果及相關的課程設計和畢業(yè)設計證明了此教學改革有益于提高教學質(zhì)量。