面向卓越计划的“电工学”教学改革探索

张冠英 顾俏丽 王尧 牛峰

摘要：“卓越工程师培养计划”是高等教育重大改革计划，创新能力的培养需要贯穿学生的每个学习阶段。“电工学”作为非电类专业的技术基础课程，对学生工程实践和创新能力的培养有着重要作用。在分析传统教学模式弊端的基础上，对不同知识模块的教学进行优化设计和综合运用，并以案例的方式指导学生完成理论设计及实验验证，提高学习兴趣，培养学生的创新意识和工程实践能力，取得了初步成果。

关键词：卓越工程师;电工学;教学设计;案例法，实践教学

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）40-0077-02

教育部制定的“卓越工程师教育培养计划”是国家振兴工程教育进行的一次重大探索。“卓越计划”旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国[1]。其重点是培养学生的工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力，因此各工科院校均在研究和探索与之相对应的新的培养体系，将卓越工程师教育培养理念融入到专业课程教学之中[2-5]。“电工学”系列课程是针对非电类工科专业开设的一门关于电气工程领域基本概念与应用的工程技术类通识教育课，包含电路理论、电机、控制、数字电路、模拟电路等几部分内容。为了配合实施“卓越计划”，“电工学”的教学需要不断完善教学内容和教学方法，从而逐步提高学生的工程实践能力以及各项综合素质。

一、传统电工学课程教学模式及存在的问题

现行的“电工学”课程教学模式下大部分任课教师的教学理念是：通过这门课程的学习，使学生了解电气工程学科的基本概念、原理与应用及其发展现状与趋势，具备一定的安全用电能力，理解节能环保的意义，建立电气工程的基本概念和素养。该课程具有系统性的理论和严密的逻辑结构，传统的授课模式教师是教学活动的主体，过分强调讲授的重要性，有着固定的教学模式，学生很少主动参与，大都是被动地接受，甚至排斥学习。没有将理论和专业或实际进行联系，不利于学生知识面的扩展。由于“电工学”在非电专业中的地位及课程设置的原因，多数学生认为这门课程对于以后的专业课程学习、职业规划没有帮助，因而在学习过程中兴趣不高。实验课程内容大部分都是验证课本定理、定律的验证性实验，学生没有运用所学知识亲自设计、制作、调试电路的机会，这也就使得学生不能将在课堂上学到的知识很好地与实际相联系，并加以运用。因此，如何激发学生学习兴趣以及怎么培养创新意识是教学改革中面临的一大问题。

二、面向卓越计划的教学改革

以优秀工程技术人员为目的的卓越工程师培养，其主要表现在先进工程方法的应用和先进工程技术的掌握。通过理论教学和实践环节锻炼学生分析推理和解决问题的能力，引发他们对实验探究的兴趣，培养学生发现新问题提出新方法的创新精神以及严谨、科学、负责的工作态度[6-8]。结合各专业的卓越工程师培养方案，“电工学”课程进一步细化了理论教学环节的设计，强化应用型知识模块的学习，邀请学生参与到教研活动中并组织专题讨论课作为课堂教学的有益补充;针对不同专业方向建立常见工程设备的演示模型，增加贴近日常生活的演示实验装置提高学生学习兴趣，加强实践环节训练增强学生动手能力。引导学生将电学知识与本专业结合，初步树立学科交叉的意识，培养学生从工程的观点分析问题。以期达到提高学生的电气应用能力，使得各专业领域的卓越工程师未来能够协助电气工程师进行一些电气设备的安装调试与日常维护;能进行相关行业电气设备及自动化系统的故障分析和简单的故障排除。

1.教学设计环节的优化。案例教学法是建构主义和多元智能理论在现代教学中的科学运用，体现了学生在整个教学活动中的主体地位[9]。分专业进行工程型案例的教学设计，这样既迎合学生未来的就业方向，又没有超出本门课程的教学内容，且实现了多个知识点融合的案例设计，激发学生“电工学”课程的学习兴趣，为学生的职业发展提供电工电子技术方面的基本能力和技术储备，也符合“卓越计划”对人才培养模式的要求。集成运放知识模块的学习过程，为了让学生更好掌握运放的线性与非线性应用的工程设计方法，给出任务要求学生分组进行电路设计并用EDA软件进行仿真。任务：利用电压比较器设计一个散热风扇的自动控制电路。一些大功率器件在工作时会产生热量使温度升高，可以采用散热片加风扇冷却以保证其正常工作。将热敏电阻粘贴在散热片上检测功率器件的温度，采用电压比较器比较检测信号和预设阈值，输出端连接继电器线圈，即可实现对风扇的控制。

图1是学生所设计的控制电路，该设计方案综合利用了电工学上、下册教材中的继电控制系统、半导体器件和集成运放三个模块的知识，在熟悉集成运放非线性应用的基础上又对上册知识点进行了复习，起到了温故知新的作用。

2.实践教学环节的改革。实践是工程的灵魂与根本，是工程教育的本质，“卓越计划”将强化学生工程实践能力的培养作为一项根本要求。[5]电工学作为一门专业技术课程，具有知识面广、理论性和实践性强的特点，实验教学一直占有非常大的比例。[6]因此，对实践教学环节的改革是教改的一个重要方面。在实践教学中，按照实验难易程度进行了分层次教学：基础实验学生独立动手做;复杂的演示实验先观摩后分组讨论工作原理;设计型实验先提交设计思路，分组讨论确立方案，由老师指导进行实验。

以集成运放教学案例的任务为例，学生首先按照实验指导书要求独立完成指定的比例、加减法和微积分运算电路的验证实验。任务分组后进行讨论、提出设计思路;在教师的辅导下对提出的方案总结归纳，对确定的最终方案进行仿真分析;按照仿真的参数搭建电路完成实验测试;将测试数据与仿真结果比较，分析误差。整个过程由学生自主完成，教师指导为辅。通过这种设计类的创新实验充分调动了学生的实践积极性，锻炼了学生分析、解决问题的能力，培养了学生协作意识和创新能力。

三、改革的效果

就教改效果进行了问卷调查，从调查结果看，81.9%的学生同意“电工学”课程的时间能够得到充分地利用;97.1%的学生认为课程的理论和实验教学难度、进度计划安排的基本合理;77.4%的学生认为“电工学”课程有助于培养和提高自己的实践能力、创新意识。可以看出，“电工学”课程教学改革的成果到了学生的肯定，分层次教学的实验方式，提高了实验效果，培养了学生的创新意识，提高了实践能力。90%以上的学生同意通过教改提高了对“电工学”课程的学习兴趣;75.1%的学生认为周围的同学都能够积极地参与到课程中去;70%的学生认为教改的课程难度能够充分调动自己的学习积极性。由此可以看出，教改激发了学生的学习兴趣，学生们敢于表达自己的看法，更加积极地主动地参与到了课程的学习中。

四、改革中遇到的问题

工程案例的选取是理论教学过程能否达到预期目标的关键，需要教师对各专业特点、学生基础及当今工程技术现状进行综合考虑，才能够提出贴近工程实际又和专业知识紧密结合的案例，给任教不同专业的教师增大了工作难度。讨论课和设计性实验都需要学生在课下完成大量的材料准备工作，一部分同学觉得负担偏重;分组讨论占用学时较多对授课进度有些影响，在针对教学改革情况进行的问卷调查中，部分学生也认为课上时间的利用率不高。以上这些问题将是进一步教学改革需要重点解决的问题。

依照“卓越工程师培养计划”的要求和“电工学”课程的特点，笔者在理论教学设计环节和实验教学中对“电工学”课程传统教学模式进行了改革并实践，取得了初步的成果。教改工作不是一蹴而就，而是需要持续进行，在以后的理论教学和实践环节中，还需要有意识地启发学生的创新意识，使他们体会到每个人都具有创新潜力，在案例设计和实践中逐步培养学生的创新能力和工程意识，也可以更好地促进课程建设。

参考文献：

[1]林健.高校“卓越工程师教育培养计划”实施进展评析[J].高等工程教育研究，2013，（4）：1-12.

[2]雷庆，王敏，从课程视角看工程设计能力培养[J]高等工程教育研究，2011，（05）152-156.

[3]Bridget Bero，Alana Kuhlman.Teaching Ethics to Engineers：Ethical Decision Making Parallels the Engineering Design Process[J].Science and Engineering Ethics 2011，17（3）：597-605.

[4]Clive L. Dym Design，systems，and Engineering. Education.[J]International Journal of Engineering Education，2004，（3）：305-312.

[5]陈亚玲.论跨学科能力培养与我国工程实践教育改革[J].高教探索，2015，（10）：73-76.

[6]窦耕耘，顾宏林.《电工学》实验课程的教学改革[J].实验科学与技术，2003，（3）：41-42.

[7]高雪梅，孙子文，纪志成.CDIO方法与我国高等工程教育改革[J].江苏高教，2008，（05）：69-71.

[8]王芳荣，王桂琴，詹迪铌.电工学实验教学改革的新探索[J].教育教学论坛，2013，（6）：178-179.

[9]张冠英.浅谈案例教学法在电工学教学中的应用[J].廊坊师范学院学报（自然科学版），2012，12（3）：105-109.