基于卓越工程师培养的“电工学”课程改革

薛燕 刘磊明 尤佳 王宏

【摘要】首先通过分析非电类专业“电工学”课程的教学现状，结合卓越工程师教育培养计划的基本要求，对“电工学”课程体系进行教学改革的研究。确立以培养工程师为目标的课程改革思想，通过改革教学方法、教学手段和引入myDAQ套件进行实验教学，提高卓越计划中学生实践应用能力、思维开创性能力和创新性能力。

【关键词】卓越工程师 电工学课程体系 myDAQ

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）10 -0045-02

卓越工程师教育培养计划主要目标是培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的各类型高素质工程技术人才，即卓越工程师后备人才（以下简称卓越工程师），促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国[1]。2010年北京科技大学（以下简称我校）成为首批实施卓越计划的高校之一，我校成立高等工程师学院，以四个优势学科为依托，选择矿物资源工程、冶金工程、材料科学与工程、机械工程与自动化作为首批卓越计划专业，开展卓越工程师培养工作。

电工学是一门理论性和实践性较强的非电类专业学科基础课程，既强调知识的综合性、实用性，又强调创新能力、综合分析和解决生产实践问题的能力。目前传统的电工学课程体系及教学模式跟卓越计划的培养理念和教学需要还有一定的距离，因此，如何较好地实施卓越班级的电工学教学，已成为了各高校面临的一项新课题。

目前我校的电工学在进行针对卓越计划的仿真与实践相结合的电工电子课程改革，这是教育部“专业综合改革试点”类的教育教学改革与研究项目。该教改项目已经实施一年多，下面结合笔者在卓越班级课堂教学的工作实践，谈谈卓越工程师背景下电工学课程改革的粗浅认识和一点体会。

一、针对卓越划提出的教学要求

本科层次卓越工程师在能力方面要达到以下五方面要求[2]。（1）学习能力具有信息获取和职业发展学习能力。（2）分析解决问题能力具有分析、提出方案并解决工程实际问题的能力。（3）创新意识和开发设计能力具有较强的创新意识和进行产品开发和设计、技术改造与创新的初步能力。（4）管理与沟通合作能力具有较好的组织管理能力、较强的交流沟通、环境适应和团队合作的能力。（5）危机处理能力具有应对危机与突发事件的初步能力。

结合卓越计划，在仿真与实践相结合的电工电子课程改革中，该教研组针对目前电工学课程体系中不适合工程师培养计划的一系列问题，给出了相应的改革措施。

二、针对卓越计划课程提出的电工学教学不足

结合电工学的课程教学内容、卓越计划的培养要求以及课时安排，目前电工学课程的教学环节存在的难点和不足。

1.教学内容方面

原有的电工学教学中存在一些问题亟待解决问题，原有的课程内容体系建立在知识的系统性和完整性之上，在知识点的选择和安排上没有脱离传统的教学理念，所用教材的知识内容体系创新性不够，没有体现“卓越工程师”培养计划中所要求的“工程能力”主线，与生产实际要求的课程内容或知识点的编排存在一定的差距[3]。

2.实验实践方面

原有的电工学所进行的电工电子实验均为验证实验，且在在实验箱内进行，大多数的实验电路都已经连接好，学生来到实验室进行简单的连接就可以验证实验了，这种情况虽然能比较顺利地完成实验，根本体现不出卓越培养计划的分析解决问题能力。实验内容上缺少综合实验、自主设计实验的内容，不注意注重实际应用和增加学生动手能力的培养，无法体现卓越培养计划的创新意识和开发设计能力。

3.师资方面

卓越计划的实施，师资是关键。目前的青年教师大都是博士毕业之后直接上岗，科研经验丰富而工程实际经验相对不足，在实践能力上还有所欠缺，对于如何将基础知识和工程实际结合起来还有一些力不从心。

同时教师不注意采取先进的教学手段来充实自己的教学活动，忽视案例教学、问题教学等方式的运用，导致教学信息量太小，无法传授更多的知识[4]。课程教学中只是理论知识的简单讲解，没有结合工程实际进行教学[5]，无法针对卓越培养计划中的学习能力，既对学生应具有信息获取和职业发展学习能力有所提高。

三、针对卓越计划的电工学课程改革

为达到工程创新性人才的培养要求，提高“电工学”课堂教学的效果，该教研组在教学内容、教学手段、考核方式等多方面进行了一些尝试，尤其是进行了实验和教学相结合的教学改革，主要内容如下：

1.优化教学内容

电工学主要内容包含电路分析，变压器，电动机，电气控制，PLC，模拟电子和数字电子，因此针对卓越计划电工学教学内容进行了一系列的调整。

对电路分析的内容可适当减少，而数字电子技术的内容适当加强。对于非电类专业卓越计划的学生而言，电路分析的内容只要保证两方面的基本内容，一是生活和工程实际中常遇到的如单相交流电路、三相交流电路以及安全用电等方面的基本概念和知识；第二是学习电子电路所必须的电路分析基础知识，包括电路基本定律、基本定理和电路基本分析方法等。

分立电路的内容可大大压缩，没必要进行系统的介绍。在介绍集成器件时没必要介绍集成器件的内部电路原理，而主要介绍集成器件的外部特性、主要功能、主要参数以及如何应用。使工程应用更多的集成电路（ 如集成运算放大器、集成功率放大器等模拟集成电路和集成门电路、集成触发器等数字集成电路）的学习有了必要的基础和更多的学时保证。

于此同时，还应加大与工程相关的强电、电机及控制方面内容的比重，以适应培养卓越计划人才的需求。电工学在课程内容组识和教学过程中，必须保证建立电工电子工程的基本理论和基本方法。同时通过适当的教学手段和实践环节，培养卓越计划中学生严密的思维能力和基本实践技能，提高他们综合分析问题和解决问题的能力。

2.制定教学目标

电工学课程需要为电工电子技术应用于非电工程实际应用打下必要的基础，使卓越计划的学生在将来的工作中有较宽的视野，能从学科交叉应用的角度来思考和处理问题，电工学课程的教学除了保证其基础性外，还要特别注意其在非电工程领域的应用性。因此在课程的教学内容中要避免完全的纸上谈兵，应强调理论知识的工程应用。每章给出应用举例，使得基础与应用、理论与实际有机结合，力求基础性与应用性的较好统一。在课程教学内容的组织中，选取一定量的综合应用系统的例子。通过这些例子的介绍，不但使学生巩固从单元电路学到的基本理论和基本知识，还拓展了所学知识，更重要的是提高了对不同单元电路、不同知识综合运用的能力，同时还建立了工程应用系统的概念。

3. 教学方法和教学手段的改革

该教研组针对卓越计划使用了多种教学方法：

针对卓越计划的学生分属不同的专业，进行了电工学的分层次教学。分层次法是指依据各专业及各专业的特点，合理划分学生层次，研究各层次学生的知识需求特点。例如针对机械工程及自动化专业特点，注意机械和电工电子的学科交叉，重新提炼教学内容，增加符合机械学科要求的实例，如电动机正反转控制系统的设计，理论联系实际，让学生能感知到所学知识和自己的专业密切相关，激发学生的学习兴趣，融知识学习、能力培养、素质教育于一体。

针对卓越计划的学生进行了电工学的项目教学。其中信息的收集、方案的设计、项目实施及最终评价，都由学生全部或部分独立组织、安排学习行为，解决在处理项目中遇到的困难。例如在数字电子技术部分，要求学生设计各种功能的数字电路，并通过仿真软件Multisim12来实现。这样不仅传授给学生理论知识和操作技能，而且培养了他们的实践能力。更能符合“卓越计划”对人才培养模式的分析解决问题能力的需求。

针对卓越计划的学生进行了电工学的问题教学法。通过设置问题，使学生用已有的知识去分析新问题，理解和接受新知识，把培养学生的主动思维能力作为侧重点，使他们从烦琐的记忆中摆脱出来。让学生在围绕问题进行学习，能准确地把握住要点，以提高学习效率。例如在病房优先呼叫系统中，如何设计呼叫具有不同优先级别，针对不同的芯片如何实现等问题展开教学。

4. 强化实践教学环节

根据针对卓越计划对工程技术人才的素质、知识和能力要求，该教研组将Multisim等仿真软件及myDAQ套件作为学习工具融合于电工电子的课堂及实验教学中。一方面通过直观、形象的仿真实例教学可在潜移默化中培养学生的工程意识，激发学生的学习兴趣，即自己动手设计，实现理论到实践的过渡。另一方面由于myDAQ套件便于学生自主操作，可大大拓展学生的学习和实验空间和时间，对学生综合分析能力、开发和创新能力的培养都大有裨益。

根据实验室现有的条件，通过完全开放和自主实验等手段，给卓越计划的每位学生发放一份实验套件（其中包含myDAQ套件、各种二极管、三极管、运算放大器、面包板、各种型号的电阻、电容、电感、导线、电烙铁等），让每位学生按照实验的要求课下完成实验电路的连接以及调试，调试好以后再到实验室跟实验老师进行交流，这种方法不仅锻炼了课下学生独立动手组装、焊接、调试电路的能力，提高了学生独立面对问题时分析解决问题能力，而且节省了大量课上试验时间，使学生在课上了解并实践更多诸如Multisim仿真软件应用等方面的新内容、新技术，从而大幅度提升学生的软、硬平台相结合的综合设计能力和创新意识。

除了设置教学大纲规定的实验内容，还增加了一些设计性综合实验，学生可以应用myDAQ套件方便的自主选择感兴趣的实验进行团队合作，有的同学进行实验设计，有的同学进行实施满足了对不同层次学生动手能力的培养需求，激励了学生的学习热情，提高了实验效果。由于应用myDAQ套件促使学生参加创新实验成为可能，进一步提升实验在创新型人才培养中的作用，充分调动学生自主参与实验创新活动的积极性，通过自主查阅资料，设计开发感兴趣的电路，激发学员创新性思维。创新实验为学生科学文化素质和工程素质能力的培养提供了一个很好的平台，卓越计划学生的实践能力、运用知识的能力和创新能力得到大幅提升。

5.考核机制的改革

针对卓越计划的学生，把平时自主设计开发的一些实验的纳入到考试成绩中，大幅提高平时成绩的比列，把解决实际问题的能力的要求提高到一定程度，摒弃以前只靠卷面分数，平时作业确定最终分数的考核机制。

6.建立教学团队合作

卓越计划的电工学课程教学的教师，既要根据改革后的课程和教学内容，采取相应的研究性教学方式组织和开展教学，又要确保学生的知识、能力和素质方面达到卓越工程师培养标准。这些工作不可能由一位教师单独完成，因此需要担任课程教学的教师之间的通力合作，电工学教研组由若干名知识、能力和经验互补，既分工明确、又密切配合的教师组成。教学团队中的每位教师在知识结构、教学能力、研发水平和工程经历等方面既各有优势，又各有不足，针对卓越计划在教育教学方面提出的要求，需要教师之间的共同努力才能完成。

四、小结

本文首先对卓越工程师培养的要求进行了介绍，然后针对“电工学”课程不足的基础上，基于卓越工程师计划的要求，教改组各位教师进行团队合作，对该课程的理论教学环节和实践教学环节进行了深度改革。在电工学课程的教学中，只有对教学方法、教学手段和实验途径等不断进行改革与优化，才能适应卓越工程师培养计划的人才培养模式的需要，提高卓越计划人才培养质量。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部 . 教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见 （ 教高 [2011]1 号 ）.

[2] 林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准诠释[J]. 高等工程教育研究，2014（1）：12-22.

[3] 高有华，翟慧萍，邵 岳，等. 面向卓越工程师培养的“电工学”课程改革[J]. 电气电子教学学报， 2012，（9）：74-76.

[4] 邓红雷，李春茂，张廷锋. “电工学”教学方法的研究与实践[J]. 南京： 电气电子教学学报，2009，31（4） ： 108-109

[5] 熊兰等. “电工学”课程的 PBL教学模式初探[J].电气电子教学学报，2009，31（3） ： 98-99

基金项目：北京科技大学教育教学改革与研究项目（教育部“专业综合改革试点”类）（JYBZYSD201206）