研究式教学方法在“电工学”课程中的应用

毛一之，张雪辉，黎 霞

(河北工业大学电气工程学院，天津 300130)

当前高等教育改革的时代背景是综合化、信息化、终身化、国际化;大众化、工业化、知识化、全球化。为了适应知识经济发展的趋势，需要培养一大批创新型人才;为了适应工业化进程和产业结构升级的需要，需要培养一大批实用型人才;为了适应经济全球化趋势，需要培养具有国际竞争力的人才;为了适应高等教育大众化的要求，需要增强学生的就业能力与创业能力。

1 精品课程建设教改要求

宏观背景的变化对教学改革提出了更高的要求。国家精品课程建设标准(本科)是一流的师资队伍，一流的教学内容，一流的教学方法，一流的教材，一流的教学管理。高校要通过一系列举措，使得重视教学、投入教学、研究教学成为大多数教师的自觉行动，推动一大批学术水平高、科研能力强的教师走上本科讲台，承担大量核心课程、精品课程的教学工作。建设出一支教学与学术水平兼备，年龄结构、知识结构层次合理的高水平师资队伍，中青年教师踊跃参与教学并成为教学的中坚力量，为后续课程建设的持续发展打下基础，即深层次地完成教学中坚力量的新老交替，营造一种以人才培养为己任的氛围。从而达到提高整体教学质量的目的。

在不断调整和完善课程结构体系的前提下，重点加强课程内涵建设和授课方式的改进，使学生在获取知识的同时，提高认知能力和研究能力，培养学生的创新意识和创新能力。结合国际相关学科的研究进展及发展需要，不断更新课程内容，以保证课程的前沿性与先进性。及时反映本学科领域最新的科技成果和实践动态，更新并充实教学内容;实验课内容的技术性、综合性和探索性关系处理得当，有效培养学生的实践能力和创新能力。

采用能反映课程主讲教师的教学思想和该课程教学特色的优秀教材，注意吸收借鉴国际国内同类型优秀教材的成果，为学生研究性学习和自主学习提供有效的文献资料。开设综合性、创新性实验，为本科生参与与课程有关的科研活动提供条件。加强网络教学资源建设，要保证课程网站运行良好，教学资源丰富，辅教、辅学功能齐全，并能有效共享。

2 深入进行教学方法的研究

我们现有教学方法在培养学生自主学习，创新能力方面与世界发达国家的教育水平还存在相当差距，因此我们必须在明确教学理念的基础上，探索和改进我们的教学方法。教学方法改革的关键是坚持三个基本科学原则，第一个原则就是教学方法是要以实现教学理念为目标，我们的理念是如何把应试教育与纯知识教育转变为创新教育。第二个原则就是多样化，教学方法一定要多样化，不同的教学内容、不同的教师、不同的学生对应的教学方法应该是多样化的，没有哪一个方法永远是最合适的，所以对教学方法的讨论我们认为重点应放在你的教学方法是有利于实现什么样的教学理念;第三个原则就是教学方法必须符合教育规律，必须经过实践的检验，符合教育规律并有利于实现科学的教学理念的方法都是好方法。

我们必须进行教学方法的研究与实践，在这里先对研究式教学方法展开研究与实践，为高校教师，特别是青年教师搭建一个教学方法研究的平台。

现代国际主流教育教学理念采用“研究式教学”模式。培养学生的创新思维、工程意识、分析问题与解决问题的能力。在“研究式教学”方法中，在课程绪论里就要给出若干研究题目，这些题目是从工程实际和日常生活中提炼出来的，题目的研究多数是要通过整个课程的学习和研究，才可以得出研究结果。以此引导学生自发构建学习平台，实现自主学习的目的。研究型教学方法是以教师的课程内容和学生的知识积累为基础，引导学生创造性地应用知识和能力，自主地发现问题、研究问题和解决问题。在研讨中积累知识、培养能力和锻炼思维的新型教学模式。基于问题的学习;案例研究;项目训练;指导性设计;小论文研究等都是“研究式教学”方法的例子。

3 研究式教学方法探讨

3.1 研究型题目选题的宗旨

选题应该是理论基础与实践应用相结合;工程应用与研究设计相结合;基本技能与创新意识相结合;能力培养与安全实践相结合;趣味性与知识性相结合;渐进提升与个性拓展相结合。引导学生思考、参与，激发学生的兴趣、潜能。

例如题目:设计一个9-30V的直流稳压电源电路;220V、50Hz的电源经变压器降压、全波整流、滤波和稳压电路的稳压，在输出端得到9-30V的可调稳压直流电压，运行该电路，如有故障则需要分析原因并排除。

该题目任务之一为变压器参数设计，任务之二为讨论滤波电容C的大小与好坏对电路稳定效果的影响，任务之三为讨论电位器Rw调节的位置对电路输出电压的影响。该电路并不是一个完美的电路，运行过程会出现故障，此时需要学生通过理论知识的分析，来分析故障产生的原因，并通过调节电路中的某些元件参数加以改正。完成这个问题需要加深了解变压器设计时的参数选择，需要学习有关稳压电源电路的理论知识，加深对串联型稳压电路、集成稳压电路的理解，并提高电路故障的排除技能，掌握示波器、电压表及万用表的使用方法。

3.2 “基于问题”精心设计每堂课的教案

教师高提出研究的问题，结合启发式教学方法，层层深入。设计互动的环节，据此再引出接下来要研究的问题。这就要求教师提出的问题要有水平:问题要有思考的空间，问题能引出有深度的思考，而不是简单问题的罗列。

例如，讲正弦稳态电路的内容是学生接触正弦交流电的开始，很有必要在此环节介绍直流电和交流电的有关工程方面的内容。

让学生分析交流输电与直流输电的优缺点:交流输电线路中，除了有导线的电阻损耗外还有交流感抗的损耗。为了解决交流输电电阻的损耗，采用高压和超高压输电来减小电流减小损耗，但是交流电感损耗不能减少，因此交流输电的距离不能做到太远。如果线路过长，输送的电能就会全部消耗在输电线路上。交流输电并网还要考虑相位的一致，如果相位不一致两组发电机并网会互相抵消。

直流输电是电力系统中近年来迅速发展的一项新技术。直流输电克服了上述电感的损耗，只有导线电阻的损耗。主要应用于远距离大容量输电、电力系统联网、远距离海底电缆或大城市地下电缆送电、配电网络的轻型直流输电等方面。现在随着电压等级的升高，大系统互联等等原因，直流输电的前景越来越好。

在讲节点电位法时，抓住KCL定律的应用，用节点电压写出每一支路的电流，然后列出KCL方程，这样减轻了学生死记硬背公式的负担，加深了对基本定律的理解，免除了套用公式时由于条件不符时产生的错误。

3.3 在研究式教学方法的实施

在研究型教学方法的实施过程中，要求教师有工程眼界;有工程经验。要让学生了解工程师在创造设计新东西过程中的主要思路:模块化思想(抽象的观点);只关心最影响性能的部分(近似简化的观点);从不同角度思考问题(等效变换的观点);对功率、效率、灵敏度、可靠性的关注。要让学生掌握分类方法:将问题分成相互并行的几个方面(纵向);分层方法:将问题分成上下层次的几个方面(横向);分解方法:将问题分成相互关联的几个方面;分步方法:与分解类似，但更多地体现在时间过程中;合成方法:与分解相对应，分解的逆过程;概括方法:对一个问题的精练描述，如论文摘要。

在研究式教学方法实施过程中，注重教学内容的更新，要求任课教师结合自己的科研成果和现代科学技术发展的趋势，及时更新授课内容。讲授内容突出“少而精”的原则，重在讲思路、讲线索、讲重点和难点。要求任课教师充分调动学生学习的自主性，为学生提供自由提问、质疑、探究、讨论问题的机会。并建议任课教师在每次讨论或讲述前，向学生发放讨论或讲述内容提纲，便于学生充分准备。任课教师应指导学生课外阅读，定期检查学生的读书笔记。课程的作业要有利于学生的自主学习。任课教师必须精心设计作业(包括习题、大作业、课程设计、专题研究报告等)。习题课、辅导课的课时不少于总学时的三分之一。习题课采取学生主讲，辅导教师总结的方式进行，以加强学生学习能力的培养。

3.4 研究性题目的选择安排

我们选择安排的电子技术相关题目如:电压超限报警电路的设计可巩固窗口比较器和555电路的知识以及各种逻辑门的使用;编码电子锁的设计可巩固触发器和门电路的学习;多路数据巡回检测电路会用到包括寄存器、计数器、数据选择器和数字分配器等多个中等规模集成电路的内容;广告灯控制电路包括了倒数计数、逐位显示和蜂鸣报警电路等单元部分，会用到显示译码器、计数器和555电路等电子知识。

我们的设计题目还包括一些传统课题，如功能数字钟的电路设计、数字频率计的电路设计等题目。指导教师在告诉学生研究、设计题目的同时，还要把实验室的现有资源给学生讲清楚，学生可在这些限定的条件下进行设计，比如:实验室可提供的触发器只有JK触发器，逻辑门只有与非门。这样学生在设计过程中用到其它的触发器和逻辑门时可以相应的改成实验室已有的器件。这就要求他们要熟练的掌握课本上的理论知识，能够随机应变。如果实验室确实无法提供的器件，我们也鼓励学生自己去购买，这使得他们熟悉了更多新型电子器件的规格和功能，提高他们亲力亲历的能力和学习兴趣。

进行预设计时要鼓励学生用模块化的分析和设计方法进行设计。学生通过查阅资料，根据设计要求自行确定设计方案，给学生提供更大的自主权，使学生能够相对独立的进行实践，充分扬其所长。

4 实验开设方式

4.1 实验方式和考核方式

实验开设方式为指导、自主、综合、设计等逐步提高的实验教学方式;课内、课外、必做、选做、开放、培训、竞赛等多种实验开设形式;以及操作、答辩、撰写小论文、完成小项目等多种考核方式。同时，建立分层次的综合实验教学方案，根据加强培养实践能力和创新意识的宗旨，更新实验内容，自制与实验内容相配套的实验箱。按照技术专业开设的课程优化组合成三个层次的实验。在第一层次实验中，学生按照教材的要求，完成实验。在第二层次的实验中，学生按照教材提出的设计要求，查阅资料，设计方案，完成实验。在第三层次的实验中，进一步加大实验难度，以便于更好地发展学生的创造性思维能力。

4.2 学生实验的自主性

为增强学生学习的主动性和参与性，在电子技术实验中，设置了“四人抢答器电路”的综合实验项目。抢答器的电路主要有组合逻辑电路、时序控制电路、晶体管放大电路以及外围电路组成。整个实验中，学生从分析电路功能开始，到查阅相关资料，最后搭建电路进行调试。涉及所学电工学中的知识有:直流;二极管、三极管的管脚判断及性能分析;单管放大电路知识;数字电子技术方面的内容(组合逻辑电路、时序逻辑电路、数码显示电路)。在综合实验中，学生独立搭建电路，分析原理，教师在学生做实验中给与适当指导，帮助学生进行故障诊断，最后调试出结果。这样学生可以从四人抢答器综合实验中了解到如何应用所学知识解决实际问题，并加深对电工技术和电子技术相关知识的理解。

4.3 学生实验的能力提高

基于工程和研究实践的题目，使学生无法仅依靠教科书就能完成任务，必须翻阅杂志、上网查询资料，甚至做市场调研，拉近了学生与社会的距离，提高了学生的自主学习能力和创新研究意识;大量的信息需要处理，锻炼了学生的综合分析能力;成本核算、产品研制的过程建立了学生的工程意识;分组分工的完成模式，大大提高了学生的交流和协作能力。这些工作对学生的专业品质培养、工程思想树立、操作能力锻炼都有重要的意义。在对05、06、07、08、09级学生进行的回访中，大多数学生认为采用该教学方法不仅能学习基础理论，还能扩展知识，扩展思路，同时提高了学习兴趣，锻炼了实际动手和语言表达能力，培养了团队合作精神。

5 结语

面对合作和竞争的世界，创新能力决定胜利者。中国必须建设创新型国家，建设创新型国家，人才是关键，人才又直接与教育相连。科学、技术、工程教育是重要一环。工程包含研究到实际应用的全周期，因此工程专业比其他专业更能传播创新思想，弘扬创新精神，创造新的解决方案来改进我们的生活，把梦想变成现实，帮助我们满足21世纪的需求。工程专业的学生肩负着建设“创新性国家”的重担。

经济危机将催生技术革命，发达国家不断更新和调整各自的科学发展战略;把增强自主创新能力作为调整产业结构和转变发展方式的中心环节;建设创新型国家是贯彻科学发展的必然要求;信息时代的创新能力比资本更决定国家核心竞争力;让我们共同努力推动科学发展，着力自主创新，迎接新的国际竞争挑战。

［1］ 李元杰，现代教学理念与教学方法的改革，第四届电工电子论坛大会报告，2008.11.30，西安.

［2］ 刘时进，基于研究型教学改革的“数字电子技术”课程教学方法研究，第五届电工电子论坛论文集，2009.11.30，杭州

［3］ 樊明武，工程基础课程的特色与使命，第五届电工电子论坛大会报告，2009.11.30，杭州.