面向工程教育的“电工学”改革与探索

盛贤君， 陈希有， 刘蕴红， 王 宁， 李 锻

(大连理工大学 电气工程学院， 辽宁 大连 116023)

面向工程教育的“电工学”改革与探索

盛贤君， 陈希有， 刘蕴红， 王 宁， 李 锻

(大连理工大学 电气工程学院， 辽宁 大连 116023)

本文基于工程教育专业认证的理念，针对“电工学”教学中存在的问题，参照我校测控技术与仪器专业的培养方案，以电子技术课程为例，阐述了从了解学生的专业特点、全面解读培养方案，到基于目标导向设计课程教学大纲的基本方法，以及根据教学大纲设计具有专业特色的教案并体现持续改进的举措。

电工学；工程教育；教学改革

0 引言

2016年6月我国成为《华盛顿协议》正式成员，这标志着我国高等工程教育进入了新阶段。目前，我国工程教育专业认证标准日趋严格，近两年通过认证的专业中，绝大多数专业认证有效期都是三年，这就意味着很多专业需要每三年认证一次，工程教育认证已成为常态化工作。尽管工程教育理念在我国高校已逐渐普及，但是“10年来的认证工作经验表明，课堂教学成为工程教育改革的最后一公里软肋”[1]。要真正做好工程教育专业认证，必须将工程教育理念真正贯彻到课堂教学中，只有这样才能确保高校认证合格的专业毕业生和其他签约组织认证合格的专业毕业生的能力“实质等效”。

“电工学”课程(包括电工技术和电子技术)是机械、化工、土木、材料等工科专业中非常重要的专业基础课，也几乎是所有参与专业认证的非电类专业的必修课，该课程对各专业培养目标的达成都起到重要的支撑作用。如何根据不同专业的培养目标、毕业生能力要求，切实做好“电工学”的教学工作，以满足工程教育专业认证的要求，是新时期“电工学”教学改革的主要方向。

1 工程教育的基本理念

中国工程教育专业认证工作“给高校带来的变化就是要从以学生为本、目标导向、持续改进三个方面着手”[2]。

以学生为本，就是在教学过程中始终以学生为中心，学校或专业把学生作为首要服务对象。我国工程教育专业认证通用标准共有七项指标，依次是学生、培养目标、毕业要求、持续改进、课程体系、师资队伍和支持条件。这些指标的设置充分体现了以学生为中心的理念：培养目标、毕业要求都是针对学生而设计的；判断持续改进效果、课程体系的设置是否合理、师资队伍与支撑条件达到的水平，也都是以是否有利于学生达成预期培养目标为原则，且必须考虑全体学生。可以说，上述七项指标均聚焦于学生。

目标导向教育即成果导向教育OBE(Outcome based education)，这种成果不仅针对学生所知、所了解的内容，还包括能应用于实际的能力，以及可能涉及的价值观或其他情感因素[3]。

OBE有别于我国传统的教育理念，它不强调输入导向，不是以对教学资源的投入和教学过程的控制来考核教学效果，而是强调输出导向，是以学生学习产出作为评价依据，即在教学活动中，以学习结果作为教学驱动力[4]。教学过程中一切教学设计和教学实施都围绕学生实现预期的学习成果而开展[5]。

工程教育专业认证通用标准中的第四项专指持续改进，而实际上其余六项指标的达成，都是一个不断完善、不断创新、不断发展的提升过程，也就是一个持续改进的过程。可以说，工程教育专业认证的过程，本身就是一个持续改进的过程。

2 “电工学”教学中普遍存在的问题

虽然目前已经有很多高校开展了专业认证工作，但作为“电工学”课程的教师，仍然有相当一部分人认为这是各专业的事情，应该由专业负责人、教学院长(系主任)负责，与各专业课程密切相关，而与“电工学”这门基础类课程关系不大，更谈不上在教学过程中贯彻工程教育理念了。具体体现在：

(1)只埋头教书，除了关心课程的学时数、开设的学期外，对于学生来自哪个专业、该专业的基本特点及对学生的期望等等，关注不够甚至不予关注，导致在教学实施过程只局限于对电工学知识本身的传授，没有“根据专业对学生的期望而设计教学”，无法体现以学生为中心的理念[6]。

(2)没有用心解读培养方案，尤其是对于培养方案中培养目标和毕业生能力要求、“电工学”课程支撑哪几项毕业生能力要求等，解读不够充分，导致在教学实施过程中缺乏成果导向意识：没有根据课程所支撑的毕业要求确定学生的预期学习成果，也没有按照学习成果的达成来设计教学大纲。因此，教学大纲中没有体现能力要求，教学内容的设计也没有以能力为导向，且缺乏专业特色。一句话，各专业几乎没有区分度。

(3)教案千篇一律，各专业教案区分度不够。另外，也没有充分体现持续改进的工程教育理念，即便有改进，往往也没有留存持续改进的凭证。在工程教育认证考察时，不足以证明有持续改进的内容。此外，课程教学目标主要是以传授理论知识为主，在这种模式下，学生被动地接受知识而缺乏对知识点的深刻理解，并难以在实际中应用，导致学生毕业能力要求难以达成。

3 工程教育下的教学改革对策

3.1 教师首先要掌握学生专业特点

以学生为中心的工程教育理念要求整个教学设计与教学实施都要紧紧围绕促进学生达到学习效果来进行，而不同的专业，学生所期望的学习效果是不同的。因此，作为专业基础课教师，在授课筹备阶段就要充分掌握授课对象的专业特点，这样才有可能在教学内容的设计上体现专业特色，例如在实施工程案例教学时，就会选取电工学在该专业领域应用的工程案例。这种与专业结合紧密的案例，会更好地激发学生对本专业的学习热情，在传授“电工学”基本知识的同时，也培养了学生对专业范围内工程问题的分析与解决能力，从而促进工程教育目标的达成。

3.2 基于目标导向设计教学大纲

要基于目标导向设计教学大纲，必须全面解读专业培养方案。在面向工程教育的学生培养方案中，除了课程体系外，还应包含“培养目标”、“毕业要求”、及“能力矩阵”等基本内容。其中“培养目标”是反映学生毕业后5年左右，在社会与专业领域预期能够取得的成就，它是根据社会经济发展需要及学校定位来设定的；“毕业要求”是毕业生能力要求的简称，是对学生毕业时应该掌握的知识和能力的具体描述，包括学生通过本专业学习所掌握的知识、技能和素养；为了让学生达到“毕业要求”，需根据毕业要求设置课程体系，即各项毕业要求必须通过与之相对应的课程体系才能在教学中实现。上述基于培养目标由上而下地设计课程体系的过程，充分体现了OBE理念，如图1所示。培养目标、毕业要求与课程体系三者的关系可以简单概括为：培养目标是确定毕业要求的依据，毕业要求是达成培养目标的支撑；毕业要求是构建课程体系的依据，课程体系是达到毕业要求的支撑。毕业要求必须逐条地落实到每一门具体课程中，毕业生能力要求与课程体系之间的对应关系通常用矩阵形式直观地表达，称之为“能力矩阵”。

图1 培养目标、毕业要求、课程体系及能力矩阵的关系

以我校测控技术与仪器专业的培养方案为例，该专业的培养目标为：培养具有高尚的道德品质、宽厚的知识基础、突出的能力潜质、优秀的综合素质以及开阔的国际视野，能够将传感测控、机械、计算机、自动化等科学技术有机结合，具备精密仪器设计制造与测控技术基础知识应用的能力，能在国民经济各部门从事测控仪器与系统的设计制造、技术开发、应用研究、运行管理等工作的复合型高级工程技术人才。

依据该培养目标设定了毕业要求，包括工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究、使用现代工具、工程与社会、环境和可持续发展、职业规范、个人和团队、沟通、项目管理、终身学习共12个方面，对于每一项毕业要求又进行了指标点的分解。以第一项“工程知识”和第三项“设计/开发解决方案”为例，其具体分解如下：

(1)毕业要求指标1，工程知识：

1-1具有解决测量与控制工程问题所需的数学知识和应用能力；

1-2 具有解决测量与控制工程问题所需的物理、化学、力学等自然科学知识和应用能力；

1-3掌握测控技术与仪器基础知识，具有将其应用于解决复杂工程问题的能力；

1-4 掌握测控技术与仪器专业知识，用于解决复杂工程问题。

(2)毕业要求指标3，设计/开发解决方案：

3-1具有对复杂测量与控制工程问题进行分析、设计，提出解决方案的能力；

3-2 能够在社会、健康、安全、法律、文化、环境等因素的约束下，分析与论证解决方案的可行性；

3-3 能够设计满足特定需求的测控系统，并体现创新意识；

3-4 能够用图纸、报告、论文或实物等形式，呈现复杂测控系统的设计结果和解决方案。

“电工学”课程负责人或主讲教师应该参与培养方案中课程体系与能力矩阵的制定工作。课程体系必须根据各项毕业要求来设置。在该专业的课程体系中与电工学相关的必修课程有：“电工技术”(32学时)、“电子技术”(32学时)和“电工学实验”(24学时)，相应的能力矩阵截图如图2所示。其中，H、M、L分别表示课程对毕业生能力要求的强、中、弱支撑。由图可见，“电工技术”和“电子技术”课程必须有力地支撑毕业要求指标1-2的达成，一定程度上支撑3-1能力的达成。

图2 与电工学课程相关的能力矩阵截图

遵循OBE理念，必须根据课程目标制定各门课程的教学大纲。

下面以“电子技术”课程为例，阐述自上而下制定课程大纲的流程。首先根据课程总体目标，以学生能力培养为导向确定各分项目标，再根据各分项目标确定教学内容、教学方式，并体现出各项教学内容与各分项目标的对应关系。总体目标、分项目标、课程内容三者的关系可以描述为：总体目标是确定分项目标的依据，分项目标是达成总体目标的支撑；分项目标又是确定课程内容的依据，课程内容是达到分项目标的支撑。

依据以上原则，确定测控技术与仪器专业“电子技术”课程(32学时)的分项目标为

(1)了解电子技术的发展历程、研究对象以及对测控专业的技术支撑作用；了解电子技术课程的性质和在培养方案中对学生毕业要求的支撑作用。

(2)认识分立和集成半导体器件的工作原理，掌握它们的外部特性、技术参数、逻辑关系。

(3)掌握模拟电子电路和数字电子电路的特点，具有电路分析能力。

(4)了解电子电路在工程中的应用，培养学生的工程观点；使学生具备初步的电路分析和设计能力，从而解决本专业的检测和自动控制工程中的相关问题。

(5)培养学生能够与电子电气工程领域专家进行学术交流的能力。

根据各分项目标并结合电工学教学基本要求确定教学内容、教学要求、教学方式、学时分配，并在大纲中反映出教学内容与各分项目标的对应关系。表1节选了该课程第一章和第八章两部分的有关信息。

表1 “电子技术”教学大纲中有关信息(节选)

3.3 教案具有专业特色并体现持续改进

遵循OBE理念制定的教学大纲专业特色鲜明，而教案的设计只要紧密围绕教学大纲开展，即可体现专业特色，促进教学目标的达成，进而实现对毕业要求的支撑作用。下面仍以大纲中“八、传感器”为例，介绍该部分前2学时(一次课)的教案，如表2所示。

表2 “八、传感器”前2学时教案

教案中将温控系统作为工程案例介绍，这一案例既有“测”(热电偶测量温度)又有“控”(对电炉电源电压进行控制)，充分体现了测控专业的特色。在教案的设计中，除了体现专业特色，还要根据工程教育认证要求，做到以下两点：

(1)要体现“持续改进”的工程教育理念。这些改进的依据一方面源于培养方案中培养目标及毕业要求的改进；另一方面也源于各类教学反馈，如作业、答疑、上次教学循环的课程考试、与同行交流心得等。在工程教育认证考核中，“持续改进”是观测点之一，而在实际工作中，“持续改进”需贯穿在整个教学活动中。不断修改教案就是在课内循环中实施持续改进的最具体举措之一。

(2)对所作的改进要保留凭据，作为专业认证考察时在“持续改进”方面需要提供有效凭证，这一点是很多教师容易忽视的。特别是电子版教案，对不同的专业应该有不同的版本，即便对于同一专业，每一轮使用的版本也应该有所不同，并能说明新旧版本的区别。不要图省事，用新版本覆盖旧版本而没保留旧版本。对纸质教案，可以通过批注、增页、辅助教案等办法，反映“持续改进”的内容。

4 结语

我国成为《华盛顿协议》的正式成员是一个良好的开端，这必将使工程教育专业认证成为常态化。做好工程教育认证工作，需要该专业课程体系中所有的课程教学都要按照工程教育理念来实施，特别是对于为支撑众多非电类工科专业毕业要求的“电工学”课程来说，授课教师必须转变传统的教学理念，真正做到以学生为本、坚持目标导向。不仅要在教学大纲、教案方面做到持续改进，而且要在教材建设、教学方法、教学达成度评价等方面都按照工程教育的标准来做，并不断地改进教学工作，以促进工程教育质量和水平的不断提升。

[1] 万玉凤, 柴葳. 中国高等教育将真正走向世界--我国工程教育正式加入《华盛顿协议》的背后[N]. 北京：中国教育报，2016-6-3(1)

[2] 晋浩天. 工程教育认证对我们意味着什么[N]. 北京：光明日报，2013-11-27(16)

[3] 李志义. 解析工程教育专业认证的成果导向理念[J], 北京：中国高等教育，2014年第17期：7-10。

[4] 支希哲，罗向阳，张清江. 后《华盛顿协议》视域下的我国工科专业建设研究[J]. 长春：现代教育科学，2015年第3期：69-74

[5] 宋哲英，宋雪玲。基于OBE 的工程教育模式下“”误差理论与数据处理“”课程改革[J]. 哈尔滨：高教学刊，2016第16期：153-156

[6] 李志义，朱泓，刘志军，夏远景. 用成果导向教育理念引导高等工程教育教学改革[J]. 武汉：高等工程教育研究，2014年第2期：29-34

Teaching Reformation and Exploration of Electrotechnics Course Oriented Engineering Education

SHENG Xian-jun, CHEN Xi-you, LIU Yun-hong, WANG Ning, LI Duan

(SchoolofElectricalEngineering,DalianUniversityofTechnology,Dalian116023,China)

Positive reform and exploration based on the concept of engineering education accreditation has been carried out to solve the increasingly outstanding problems in Electrotechnics course teaching on the background of normalization of engineering education accreditation in this paper. Referring to the training plan for measure and control technology and instrument specialty in our university, Electronic technology course has been taken as the example to explain the positive reform and exploration in details. The proposed positive reform and exploration includes: objective-oriented methods based on the understanding of specialty characteristics and comprehensive interpretation of training plan for course syllabus design and measures according to the course syllabus on teaching plan design reflecting specialty characteristics and continuous improvement.

electrotechnics; engineering education; teaching reformation

2016-09-06;

2017-01-16

盛贤君(1969-)，女，博士，教授，主要从事电工学理论教学、电磁场数值仿真等研究工作，E-mail：sxianjun@dlut.edu.cn

G420

A

1008-0686(2017)04-0050-05