工程教育导向下的电气信息类教材建设

陈希有， 李冠林， 刘凤春， 董维杰

(大连理工大学 电子信息与电气工程学部, 辽宁 大连 116023)

工程教育导向下的电气信息类教材建设

陈希有， 李冠林， 刘凤春， 董维杰

(大连理工大学 电子信息与电气工程学部, 辽宁 大连 116023)

随着工程教育专业认证的持续开展，工程教育日益成为高等学校本科教学的基本理念。教学模式、教学方法、教学手段、教学资源等正在工程教育导向下发生着变革。本文结合笔者的工程教育实践和参加工程教育专业认证的切身体会，针对面向工程教育的电气信息类教材应具备的主要特征，结合部分具有某些特色的教材进行举例阐述个人对教材建设的认识。

工程教育；电气信息类；教材建设

0 引言

工程教育专业认证已经或正在改变着我国本科教学的指导思想。“以学生为中心，以培养目标和毕业要求为导向，持续改进”的工程教育理念业已成为共识。

在信息技术日新月异的今天，知识的传承虽然有了多种载体，但印刷体教材仍然发挥着其他载体不可替代的作用，甚至仍然是知识的核心载体或基础载体，其他载体都以此为蓝本。所以，建设符合工程教育的优秀教材，是实现工程教育目标的重要条件。

本文结合国内外部分电气信息类教材的特点，以及笔者对工程教育的理解和实践，加之接受工程教育专业认证的切身体会，针对面向工程教育教材应具备的若干特征，阐述自己的粗浅认识，希望抛砖引玉，以便加速建设更多更好的符合工程教育的电气信息类教材。

1 符合工程教育教材的主要特征

与单纯传授理论知识的教材相比，符合工程教育的教材需要具备如下特征：

1)要有企业技术人员参与编写

在工程教育中，特别要求有企业的技术人员参与到人才培养活动中。因此，传承知识的重要载体即教材的建设，也需要企业专家的直接参与。这一要求给教材主编带来的挑战是，主编必须与相关的企业有着广泛而深入的联系，熟悉这些企业与教材内容相关的产品类型或技术构成。企业人员也要直接参与教材大纲的制定和内容的编写中，不仅仅是提供一些数据或图片。

已经出版到第12版的美国“电路”课程教材《Introductory circuit analysis》，在这方面是个很好的范例，从作者的致谢中便可看出企业人员对该教材的贡献[1]。

2)要有启发性和激励性的绪论

教材的绪论不要过于简略，要介绍如下内容：

(1)课程所属学科的发展史。可以按照主要事件的时间顺序，或学科的某种发展逻辑来阐述[2-9]。无论采用哪种方式，都要写得富有趣味性和启发性。不是简单地陈述历史事件，要有对事件的评说，对做出重要贡献的科学先辈奉献的颂扬以便激起学生的学习兴趣。

(2)课程地位。使用形象比喻使学生迅速理解课程的地位，例如说电磁场和电路理论是电气工程师的“面包与黄油”。

(3)课程性质、特点及学习方法。

3)让概念来自工程背景或自然现象

电气信息类专业基础课程和专业课程的内容都有鲜明的工程背景或对应确定的自然现象。因此在编写课程教材时，要有意识地用工程背景或电磁自然现象来引出概念，从而使学生在理解这些概念的同时，对相关工程背景或自然现象有大致的了解。体现“以学生为中心”的工程教育理念。

例如文献[2]中，通过对铁心变压器实物的逐步理想化建立起理想变压器方程，学生便在学习理想变压器的表述演变过程中了解了铁心变压器的主要电磁特征，并且对理想化过程每一步带来的电磁关系变化都可看得很清楚。再如，根据金属晶格对电荷有阻碍作用的客观事实，引出电阻元件；根据异性电荷相吸引的自然现象，在相互绝缘的两个金属极板上能够聚集等量异性电荷，以此引出电容元件。上述这些都是文献[1]中优秀示例。

4)有效联系工程实际

联系工程实际是面向工程教育教材不可缺少的内容，可以培养学生的工程观点，提高工程能力和对课程的亲近力。但对工程问题的选择要仔细考虑，内容应在学生的理解范围之内且有生动性，因为学生乐于接受形象有趣的事物。

例如，文献[1]在介绍分贝概念时，恰到好处地介绍了人耳对声音分贝值的敏感程度：“在音频工业中，有一个被普遍接受的规律，那就是输出功率增加3 dB，音量才会得到明显提高。” 换句话说，1 dB的功率增量，几乎听不出音量的变化；而2 dB的增量，刚刚可以辨别出来；只有增加到了3 dB，才会明显听出音量的变化。但是在音量较高时，增益要变化6 dB才能被察觉。我们通常谈话的声音为60 dB，当声音达到100 dB或更高时，就会伤害我们的耳膜。这种理论联系实际的方法，使理论内容和工程实际浑然一体。

也可以采用案例来联系工程实际[1,7,10-13]。这时案例设计很重要，要做到亲近生活，在现有条件下学生能够理解。

5)贯彻国标，正确使用物理量单位

在教材中介绍国家标准或行业标准是面向工程教育教材必须考虑的。学生使用这样的教材，掌握了一些国家标准，毕业后才能方便地与他人进行工程业务交流，并且养成对待学术问题的严谨态度。我国教材在贯彻国家标准方面总的来说做得很好，只是在贯彻物理量单位的使用方面还存在不足，这与使用起来感到不便存在一定的关系。但是国家标准具有法律效力，不能因使用不便而拒绝使用。这方面文献[1]做得很好。

6)使用标称值的元件参数

培养学生的工程能力和工程观点，是一种渐近过程，这个过程可以贯穿在教学的各个方面。在教材建设中，不要为了计算方便而过多地使用不符合工程标准的参数值。在例题或习题中，适当使用元件参数的商业标称值，或电气电子系统的工业标准值是很必要的。经过足够多的练习后，学生的工程能力会得到提高。

7)介绍器件与设备的额定值

工程上，电气元件或电气设备都标有额定值，例如电阻额定功率、电容额定电压、电感额定电流、电源额定容量等。在工程教育导向的教材的例题或习题中，适当涉及一下额定值，可以使学生逐渐养成关心额定值的工程意识。

8)考虑工程实际的计算方法

电气信息技术的相关理论分析大多建立在理想化的模型基础上，但在涉及到工程应用问题时，还是应该引导学生恰当地考虑在工程中的具体情况。例如：测量仪表的非理想特性会对被测物理量产生影响。因此，在教材或教学中，不要总将其作为理想仪表来分析，以培养学生考虑仪表负载效应的工程意识。

9)对习题的叙述要有工程背景

在学习课程时，学生会把大部分时间花在习题上。所以，如果在陈述习题时适当涉及工程背景知识，往往会起到事半功倍的效果。

例如，一道习题这样陈述：“汽车电池电压是12 V，如果起动汽车发动机时的等效电阻是40 mΩ，则起动时从电池流出的电流是多少？”从题目中，学生知道了汽车电池额定电压是12 V。

10) 要有思考性题目

教材中习题不能都是计算题，因为在工程上遇到的问题，绝不会像计算题那样，已知条件和求解要求都规定得十分清楚。因此，在教材中最好安排一定数量的思考题[1,2,4,9,10,14,15]，并且这些思考题具有扩展性和开放性的特点，不需要严格的数学计算。对思考题的回答可以加深学生对物理概念的理解和甄别，在正文中最好找不到直接回答这些问题的文字，靠学生对概念或原理的理解来回答。回答思考题还能锻炼学生的表达能力，这也是工程教育认证标准要求做到的。

11)有故障排查方面的内容

故障排查是工程技术人员应具备的重要能力。在大学阶段，这种能力的培养应贯穿在多个教学环节，并通过教材加以引导。在实验类教材中，可以专门设置故障排查类实验内容，例如接地故障、短路故障和断路故障等。在理论课教材中，也可以适当介绍常见故障的排查方法(见文献[1，11])。

12)包括经济、环境和安全意识

工程教育专业认证标准中，提及“设计过程中能够综合考虑经济、环境、法律、安全、健康、伦理等制约因素。”为了满足这一要求，除了在专门课程(例如导论类课程)中向学生讲授外，在其他课程的教材中，有意识地加强这方面的引导，也定会收到有益效果。下面举三个典型例子。

(1)经济意识的例子：一般情况下，铜是使用最广泛的导电材料，因为它有良好的可塑性、韧性和温度特性；虽然并不便宜，但也不像银或金那样昂贵；还可以二次利用。在拆毁一座建筑之前，总是要努力将铜导线移走，因为它具有回收和再利用的价值[1]。

(2)环境意识的例子：每个荧光灯在制造时，大约含有5 mg水银。水银是有毒物质，可能损害神经系统和肌肉。人们已开始调查破碎灯泡对环境的影响，并且关注各国环境保护部门制定的清除过程和标准。在所提出的方法中，已达成共识的是：必须清理灯泡破碎的房间，并且打开窗户通风；不能吸走碎渣，要将碎渣仔细铲起来，装入一个小的密封容器里[1]。

(3)安全意识的例子：文献[1,4,11,12,14]等都有安全方面的教学内容。例如文献[1]中提到：“国家电气规范是电气承包商的《圣经》，现在要求在可能引起伤害的有水及潮湿的地方使用带有接地故障断路器的插座，如浴室、水池、游艇码头等。……。请记住，为它付出费用以提高安全性是非常值得的。”

13)有工具作用的教材附录

附录应该视为工程教育教材的重要组成部分。可以将那些与理论体系关系不大，但在实践或练习时又必不可少的知识列入附录，使主要内容和工具性内容有着明显的区分，教材结构会变得更加清晰，用起来也更加方便。这样，教材在某种程度上具有了手册的功能。附录的具体内容可以是数学[2,7,8,13,17,18]、电磁学[2,5]、计算机辅助分析[6,12,16,17,18]等。如果没有这样的附录内容，读者就要通过其它途径寻找所需的帮助，使用起来不够方便，没有体现“以学生为中心”的工程教育理念。如果将这些附录内容写入正文，又会中断对课程理论的阐述。

14)有持续改进内容

工程教育认证七个大标准中的第四个标准就是“持续改进”。“持续改进”的具体行动应包括在各个教学环节中。相对其他教学环节，教材的“持续改进”更要认真而周密地进行，因为教材一旦出版，就不能像课件、备课笔记等那样易于改动，至少要等到下一版本。

教材的作者在使用教材时，应不断征求读者和同行专家的意见，并据此在下一版本时对教材加以改进。将搜集的意见和对意见的采纳情况应加以记载或阐述，专业认证到来时，这些记载便是教材和教学工作持续改进的凭据，并能满足“写我所做”的自评报告撰写原则[4,14,16]。

15)尊重他人成果

面向工程教育的教材肯定包含许多来自工程实际的技术成果，例如图片、曲线、数据等。在用到这些成果时，要征得这些成果所有者的许可，并注明成果的来源和许可的程度[1,3]。将这种尊重他人成果的态度潜移默化地传授给学生，必将在学生未来的工程活动中产生积极影响。

2 结语

教材建设在工程教育中起着举足轻重的作用，因为它是知识的核心载体，教和学都离不开教材。面向工程教育的教材在国外已很常见，但在我国却为数不多，国内教材大都注重传授理论知识和解题方法。近些年虽有这方面的改革动向，但离工程教育需求还存在很大差距。

本文是笔者对工程教育教材的理解和实践的小结，通过工程教育教材主要特征的阐述，让更多人增强对面向工程教育教材建设必要性的认识，期望更多读者能够开展专门研究，建设更多、更优质的面向工程教育教材。

[1] Robert L. Boylested 著，陈希有，张新燕，李冠林等译. 电路分析导论[M]，原书第12版，北京：机械工业出版社，2014年.

[2] 陈希有. 电路理论教程[M]，北京：高等教育出版社，2013年.

[3] 雷银照.电磁场(第二版)[M], 北京：高等教育出版社，2010年12月.

[4] 秦曾煌，姜三勇. 电工学(第七版)[M]，北京：高等教育出版社，2009年5月.

[5] 于歆杰，朱桂萍，陆文娟. 电路原理[M]，北京：清华大学出版社，2007年3月.

[6] 孙雨耕. 电路基础理论，北京：高等教育出版社，2011年5月.

[7] 王志功，沈永朝. 电路与电子线路(电路部分)[M]，北京：高等教育出版社，2012年1月.

[8] 郑君里，应启珩，杨为理. 《信号与系统》(上册)[M]，北京：高等教育出版社，2011年3月.

[9] 王淑娟，蔡惟铮，齐明. 模拟电子技术基础[M]，北京：高等教育出版社，2009年5月.

[10] 金波. 电路分析[M]. 北京：高等教育出版社，2011年10月.

[11] 董维杰，白凤仙. 《电路分析》[M]，北京：科学出版社，2007年8月.

[12] 陈洪亮，张峰，田社平. 电路基础[M]. 北京：高等教育出版社，2007年5月.

[13] Charles K. Alexander, Matthew N.O. Sadiku. Fundamentals of Electric Circuits(second edition)[M] , New York: McGraw-Hill, 2004.

[14] 唐介. 《电工学(少学时)》(第四版)[M]，北京：高等教育出版社，2014年7 月.

[15] 捷米尔强(俄)等编著，赵伟，肖曦，王玉祥等译. 《电工理论基础》(第四版)[M]. 北京：高等教育出版社，2011年1月.

[16] 邱关源，罗先觉.《电路》(第五版)[M]，北京：高等教育出版社，2006年5月.

[17] William H. Hayt, Jr. , Jack E. Kemmerly, Steven M. Durbin. 《Engineering Circuit Analysis》, sixth edition[M]. New York: Mc Graw Hill. 北京：电子工业出版社引进，2002年6月.

[18] Richard C. Dorf, James A. Svoboda. 《Introduction to Electric Circuits》，5th edition[M], Hoboken: John Wiley & Sons, Inc., 2001.

Construction of Teaching Material Oriented Engineering Education for Electrical Information Majors

CHEN Xi-you, LI Guan-lin, LIU Feng-chun DONG Wei-jie

(FacultyofElectronicInformationandElectricalEngineering,DalianUniversityofTechnology,Dalian116023，China)

With the development of engineering education accreditation, engineering education has become the basic idea of undergraduate teaching in university. Teaching mode, teaching methods, teaching means and teaching resources are all changing under the guide of engineering education. Combined with the author's practice on the engineering education and the experience of taking part in the engineering education accreditation, the main features of the teaching material for electrical information majors are presented simply in this paper, and some typical teaching materials are illustrated. Hoping more people do their effort on the constructions of teaching material in order to improve really the quality of the engineering education.

engineering education; electrical information major; construction of teaching material

2015-07-10;

2015-11- 10

陈希有(1962-)，男，博士，教授，主要从事电路和电工技术教学以及电力电子技术的研究，E-mail:chenxy@dlut.edu.cn

TM13

A

1008-0686(2016)02-0149-04