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电工电子类理论课程教学改革的实践与探讨

2017-05-16王秋妍郑浩罗大成王道平

教育教学论坛 2017年18期
关键词:创新思维能力教学改革

王秋妍+郑浩+罗大成+王道平

(火箭军工程大学理学院,陕西 西安 710025)

摘要:通过国内各高校在电工电子类课程教学改革的研究,本文阐述了作者所在院校电工电子类理论课程在教学内容优化以及教学方法和手段上的改革初探。实践证明,初步改革确实有效提高了实际教学效果以及学生的创新思维能力。

关键词:教学改革;教学方法和手段;创新思维能力

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)18-0122-03

一、引言

电工电子类课程是本科学历教育电类专业的核心技术基础课程,主要包括电路分析基础、模拟电子技术基础、数字电子技术基础、电子系线路、电工学等理论课程和相关的实验、实践课程。

电工电子类课程是各高校理工科专业开设的一门核心技术基础课程,在人才培养方案中起着重要的承上启下的“桥梁”和“纽带”作用。然而,随着电子技术的飞速发展,电工电子技术的应用越来越广泛,与相关课程更加紧密的融合,促使其不断发展。因此,电工电子类课程学习的目标,已经不能仅仅落脚于培养学生对课程必要的理论知识和原理的掌握,更重要的是要培养学生运用电工电子技术解决实际问题的创新能力,注重理论知识和实践能力并重,为今后的工程应用与实践打下坚实的基础。所以,电工电子类课程必须进行深入的教学改革。在这样的改革浪潮中,军队院校也必然面临着严峻的挑战和机遇。

二、电工电子类课程教学现状及存在问题

(一)教学改革现状

目前,国内很多大学已经开始致力于突出创新思维和创新能力培养的电工电子类课程的教学改革。东南大学从2007年开始开设创新实验班,进行电工电子类课程体系的改革和建设实验,形成了一套相对完善的“工程师专业认证”体系,与“卓越工程师”无缝接轨。该体系的核心思想是以产出导向为原则、以全体学生为中心、以质量持续改进为根本目的。

清华大学在电工电子类课程的改革中,将电工电子类课程进行整合,将在线教育和传统教育相结合,以实现最佳学习效果,已经成为高等教育界的共识。此外,国防科技大学、华南理工大学、重庆大学、上海交通大学等高等学校,也纷纷开展了电工电子类课程的教学改革,并取得了不少成绩。

桂林电子科技大学遵循以人为本、能力为重、手脑并用、行知合一的理念,以培养学生的创新能力、提高学生的实践动手能力为目标,通过电工电子类课程教学改革,在学生实践能力和创新能力培养方面取得了不小的成效。

(二)存在的突出问题

电工电子类理论课程均属于非常成熟的经典内容,教学内容相对陈旧、孤立。同时,由于缺乏丰富的工程背景,理论课程和实践严重脱节,所以在教学手段和教学方法上仍旧是老师唱独角戏,常常在设问思考、问题延伸、知识拓展等方面受到限制,缺乏发展和创新的基础和空间,学生不仅无法吸收到相关的专业知识,也接触不到前沿的知识和理论,致使理论课程内容的更新远远滞后于电子技术的快速发展,不仅制约了教学方法的改革,更谈不上培养学生的创新意识。

如何将经典内容继承下来,并在此基础上实现创新,培养学生的创新意识和能力是教学改革亟待解决的问题。

三、理论联系实践,培养创新意识

我校电工电子类理论课程包括电路分析基础、模拟电子技术基础、数字电子技术基础,也称为“三电”课程。以理论课注重“基础”为原则进行教学改革,首要问题就是要进一步优化教学内容,注重课程体系内各门课程的有效衔接和统一规划。

1.国内高校教学内容优化现状。目前,清华大学在教学内容改革方面也比较突出,以机电学院副教授于歆杰为代表的电路原理课程的改革,将电路原理课程的内容进行整合,在讲授完受控源之后,直接介绍金属氧化物半导体场效应管(MOSFET),不仅加深了学生对受控源的理解,更有助于学生了解应用广泛的电子器件;在一階电路中通过工程中的几个应用实例,从工程实际的角度理解并掌握一阶电路的分析。东南大学王志功教授将“电路”与“电子线路”课程的内容进行贯通教学,用统一的绪论统领“电路”、“电子线路”课程。

各高校的改革说明,对于理论课程而言,要将重要的“三电”课程(在我校为“电路分析基础”、“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”)寻找一根主线将它们关联起来,在课程标准、课程大纲、教材和内容选取上贯穿起来,进行统一规划。然而,“三电”课程内容较多,本着继承和创新的原则,在有限的教学学时内,积极整合课程内容,激发学生对电工电子类课程的浓厚兴趣。

2.教学内容统一规划。对于我校的“三电”课程,进行了如图1所示的整合和规划。

由图1可见,在原有教学体系课程的基础上进行删减和强化,主要将经典理论和实践结合起来,在继承的同时进行创新,让学生有足够的理论去指导实践,也有机会用实践检验理论。在这一活动中,虽然学生的理论知识不是非常丰富,但也正因为如此,学生的思维异常活跃,各种奇思妙想都可以在这里实现,达到培养学生创新思维的目的。

电路的分析方法是贯穿“三电”课程的经典内容,在“电路分析基础”课程中重在掌握这些分析方法的内容、应用条件等,然后通过实例分析进一步掌握。在学习动态电路之后,可以结合生活中的声控开关,重点分析其工作原理中的动态电路起到的延时功能。此外,通过受控源的学习,可以拓展知识让学生查阅三极管资料,了解三极管的微变等效模型,进一步理解受控源,并了解后续“模拟电子技术基础”课程的相关内容。

在“模拟电子技术基础”课程中,除了应用电路的分析方法分析电路外,学生在掌握运算放大电路和功率放大电路之后,结合工程实际,通过音频放大器电路的分析和同时开设的实践制作课程,不仅掌握了相关理论知识,而且理论联系实际,理论指导实践,加强了学生对电路系统的认识和理解,能够开拓知识面,激发学生的学习兴趣。

在“数字电子技术”课程中,振荡电路的学习可以让学生设计一个正弦信号发生器,在触发器和时序逻辑电路学习之后,分析四人智力抢答器电路,并通过实践课进行制作,让学生从生活中的应用加深理论知识的理解和掌握,激发学生浓厚的兴趣。可见,这些实例相互融合,紧跟学科发展的步伐,不仅让学生牢固掌握了基础理论知识,而且使学生了解了课程前沿知识,在继承经典理论的同时,潜移默化地培养学生的创新意识。

在教学内容的统一规划和整合方面,如何在继承中创新仍然是个艰巨而长远的任务,需要不断地进行探索和实践,才能实现课程内在的统一。

3.“问题引导式”教学方法。我校学生的特点是课后自习时间比较少,这是一个无法回避的现实问题。因此,我们的教学必须要在有限的时间内尽可能地让学生掌握应知应会的内容,因材施教,注重“基础”知识的学习,培养基本电路分析能力和基本电子系统设计方法。

对于传统的教学方法,学生基本上都处于被动接受的状态。被动接受的过程磨灭了学生的思考过程,然而火热的思考才是创新的源泉,因此,必须从教学方法上启发、引导学生积极参与思考。

根据电工电子类课程具有丰富工程背景的特点,“问题引导式”的教学方法将极大地激发学生的学习兴趣,让他们积极思考并参与到课堂学习当中。该教学方法以学生为主体,让学生参与到课堂的学习当中来,以教师精心设计的问题为牵引,引导、启发学生自己发现问题,自己解决问题,再发现问题,继续解决问题,在分析问题、解决问题的过程中展开创新思维能力的培养,启发学生自己发现问题,引导学生总结归纳提出问题。然后是理论知识推证,在这个过程中,遵循事物发展的规律,由易到难,从电阻电路到电容电路(电感电路),先分析出现这一情况的原因,自然引出动态电路的概念,并通过电路演示过程,启发学生寻找出现过渡过程的内、外原因。拓展知识面,启发学生思考电感电路在断开的瞬间可能会发生什么情况,通过理论论证和实际生活中拉闸时产生的电弧、电火花联系起来,理解其产生的原因,并思考解决方案。接下来是动态电路的分析,其分析仍然是根据两类约束关系列写电路方程。但是列写的是微分方程,如何求解微分方程又是问题。还是以问题为牵引,启发引导学生思考,从数学分析的角度得出求解微分方程的前提條件:初始值。这样就可以用问题来牵引学生,让学生进行思考,自己发现问题、分析问题再解决问题,激发学生的强烈学习兴趣,变被动接受为主动吸收。

4.充分采用多种教学手段。根据课程内容,在教学实施过程中,通过制作的“实物板”,将实物直观地展示给学生,让学生从感官上认识电子元器件。讲到基本的单元电路时,将相应的电路也做在一块板子上,可以随堂演示实验现象,使学生对电路的工作原理有直观的理解,取得了良好效果。仿真实验也是提高教学效果非常有效的方法之一,结合电工电子类课程的特点,通过仿真实验可以有效调动学生的学习兴趣。利用Multisim软件,对课程中在课堂上不便于操作的实验,如RLC串联谐振的频率响应、动态电路的初始值、单管放大电路、时钟电路等进行仿真,使学生在掌握这一仿真软件的同时,对电路的结构、功能、意义等方面有了更加深入的理解和掌握。同时,学生的想法能够通过仿真验证,对培养他们的电路分析能力和简单系统设计方面起着决定性作用。

伴随着网络技术的快速发展,各种各样的网络教学手段也是层出不穷,微课程、慕课、翻转课堂等形式的教学手段适应了时代的发展,对于促进学生的学习起到了重要的作用。灵活的学习方式备受学习者的青睐,大大提高了学生的学习积极性。其中“雨课堂”能够在课堂上展开学生与教师的有效互动,改变了传统的老师问、学生答的教学模式,每个学生都可以通过“雨课堂”同时发表自己的见解和想法,对于不善于课堂回答问题的学生来说,鼓励其说出自己的想法,从而使教师可以关注到尽可能多的学生和他们的思想,有利于学生个性的发展和创新思维的培养。根据我校的特殊情况,虽然这类网络形式的教学手段在一定范围内受到了限制,但是我们积极开展微课、慕课研究,将其作为教学改革的一部分,在丰富教学手段的同时,激发学生的学习兴趣。

此外,我们保证实验班学生两人一套“口袋实验室”,包括面包板、导线、万用表、电池盒、USB接线、工具、元器件等,随时让学生动手操作,以进一步掌握理论知识,将理论课堂变身为“工程设计实验室”,达到理论和实践在课堂教学中的统一。同时,也可以课下学生自行完成,实现课上、课下相结合,在巩固理论知识的同时提高学生的实验技能。由于在课堂上一个问题接着一个问题的出现,再加上动手实验,学生的学习热情都被有效的调动起来,学习兴趣自然浓厚。

表1所示是我校2016年第一学期电路分析基础课程进行教学改革后考试成绩统计数据。

由上表可以看出,实验班在教学内容和教学手段上采取了一些优化之后,平均成绩明显高于非实验班,优秀率高,不及格率大大下降,这些将为后续的教学改革奠定基础。

四、总结

本文主要针对作者所在院校的实际情况,在了解国内各高校在电工电子类课程教学改革的基础上,对电工电子类理论课程改革进行了研究与探索。从目前电路分析基础课程的改革实践表明,改革初步取得了较好的效果,在统一的规划下,已经为后续教学改革奠定了良好的基础。

参考文献:

[1]陈坚.唐成军.李昕.电工电子教学改革的研究与实践[J].科技信息,2013,(17).

[2]周绍敏.电工电子技术基础与技能[M].北京:高等教育出版社,2010.

[3]谭笑.军队院校慕课建设面临的困境及发展对策[J].煤炭高等教育,2015,33(1):44-47.

收稿日期:2016-11-24

作者简介:王秋妍(1978-),女,陕西绥德人,硕士,火箭军工程大学讲师,研究方向:从事电工电子教学和研究。

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