基于创新能力培养的电工电子技术课程教学改革

2018-02-10陈惠英申红燕李凤霞

中国现代教育装备 2018年17期

高妍陈惠英申红燕李凤霞

太原理工大学电气与动力工程学院山西太原 030024

十九大报告中提出：“创新是引领发展的第一动力，是建设现代化经济体系的战略支撑。要把我国加快建设成创新型国家。”创新型国家的建设离不开创新型人才的培养，高等院校作为人才培养的基地对创新型人才的培养担负着举足轻重的责任，高等教育必须着眼于学生创新能力培养。电工电子技术作为高校为非电类理工科专业学生开设的一门不可或缺的专业基础课，对培养学生的创新能力起着重要的作用。随着电气设备的广泛应用及电气自动化的飞速发展，电工电子技术几乎渗透到生活和生产的各个领域，因此电工电子技术课程的教学改革与研究对培养各行各业具有创新能力的工程技术人员有着重要的意义。

1 课程现状及改革的必要性

我校开设电工电子技术课程的有机械、车辆、化工、热能、土木、材料、环工、采矿、力学、水利、物电、纺织等专业，为了适应创新人才的培养需求，2010年以来我校还在机械、化工、采矿等专业设立卓越班，同时在全校范围选取优秀学生组建了创新班，电工电子技术同样是这些班级的必修课程。众所周知，电工电子技术是一门理论性、实践性、应用性很强的课程。开设这门课程的目的是使学生获得电工电子技术必要的基本理论、基本知识和基本技能，并能应用现代化的分析手段和集成应用技术解决本专业的实际问题，了解电工及电子线路的最新发展概况，为今后进一步的专业学习以及从事与本专业有关的工程技术工作打下一定的基础[1]。由于专业不同，培养目标不同，对本门课程在理论教学和实践环节的要求也不尽相同。

从电工电子技术理论教学内容方面来看，要求对于不同专业不同层次的学生授课内容的侧重面要有所不同，因此在教材的编写上要做到兼顾不同专业，知识面宽，实践性强。尽管我校电工基础部近年来在教材建设上不断出新，在课程安排上也根据专业分为不同的模块，但由于电工电子新技术及新产品层出不穷，而课时却不断压缩，现有的教学内容和教学模式依然不能满足时代发展和创新人才培养的需要，必须继续进行改革，使课程内容与时俱进。

从电工电子技术工程实践方面来看，虽然我校在多年的教学改革中进行了大量尝试性研究，建立了电工电子技术实验中心和EDA仿真机房，但现有的实验教学环节仍以验证型实验为主，缺乏设计型和综合创新型实验，实验步骤都是书本设计好的，学生只需要按照实验指导书进行简单线路连接和测试，在实验过程中遇到问题大多数学生缺乏主动性和积极性，不会自己分析出现故障的原因。而在仿真教学方面，引入Multisim或EWB仿真软件的目的是通过仿真使学生加深对课堂基础理论知识的理解，提高学习兴趣，帮助学生预习实验，提高实验效率，更主要的目的是为学生进行设计型、综合型实验提供调试方便，激发学生的创新意识，培养应用现代化分析手段独立分析问题和解决问题的能力。但由于仿真教学与实验教学在时间和空间上没有真正融合，很难达到相辅相成、相互促进的效果，学生把大量的时间都用于学习和熟练软件以及应付上机考试上，很少有学生能利用所学知识将仿真与实际电路相结合，仿真教学没有起到预期的效果。因此，为了培养学生的创新思维能力、提高学生的实际动手能力、促进学生综合素质的发展，有必要充分整合现有资源，对实践教学内容和方式进行改革。

2 课程教学改革方式探索

电工电子技术课程教学改革主要从课堂教学和实验教学两方面进行。

2.1 课堂教学改革

针对课堂教学环节存在的问题，根据教学大纲要求，结合当前社会对创新人才培养的需求，从以下几方面进行了改革和探索。

2.1.1 将现代化教学手段与EDA仿真紧密结合，优化教学效果

电工电子技术是一门理论性很强的课程，具有知识量大、覆盖面广的特点，而学时却较少，虽然多媒体教学提高了教学效率，但对于一些比较抽象难懂的内容，教师虽然讲得口干舌燥，学生也仍是一脸懵懂，无法理解。要想优化教学效果，必须将EDA仿真教学引入课堂。例如在讲暂态分析、单管放大、波形变换、计数器等内容时，将EDA仿真穿插其中，形象直观，使学生对深奥抽象的理论更容易理解。仿真教学的引入可以把课堂教学由以教师讲授为主的模式变为师生互动的模式，学生在课后还可通过仿真检查作业或预习新内容，起到事半功倍的效果，使学生从被动接受转为主动学习，同时培养了学生应用现代化分析手段独立分析问题和解决问题的创新能力[2]。

此外，针对部分学生远在大学城，遇到问题无法及时与教师沟通的现象，还可以采用慕课和网络在线答疑的方式作为课堂教学的延续和补充。

2.1.2 将实际项目引入教学，提高学生学习的积极性和主动性

过去的教学方式是以教师为主体，教师在理论讲授中往往将重心放到概念讲解或大篇幅的公式推导及计算上，学生在课堂上只能学到一些解题的技巧或空洞的概念，不知道学习这门课程对自己到底有什么用，因而提不起兴趣。为此我们在授课内容和教学方式上进行了改革，在授课内容上向应用倾斜，在基本知识讲解的基础上不断收集整理与课程内容相关的新技术、新应用并补充到课堂教学中，使学生进一步了解电工电子技术在日常生活和工程实践中的前沿应用，同时针对不同的专业，选取与专业相关联又与本课程相契合的工程项目引入教学过程中，启发和引导学生将项目分解成简单的模块，并将学生分组解决不同的问题，让学生在掌握基础的理论知识的前提下，带着任务深入学习，充分挖掘学生的学习潜能，鼓励学生课下上网查文献，课堂上组织各小组学生分享自己的收获和体会，充分讨论，互相协作提出解决方案，教师最后进行点评和总结。这种教学方式不仅能提高学生的学习兴趣，而且能培养学生的创新意识和分析解决问题的能力，同时也要求教师具有较高的理论水平和科研能力，这种教学方式尤其适用于卓越班和创新班。

2.2 实验教学改革

电工电子技术课程具有很强的应用性和实践性，而实验是培养理论联系实际和学生动手能力的重要手段，实验教学效果的好坏对学生电工电子理论知识掌握以及对后续课程学习产生直接影响，因此，电工电子技术实验教学在整个课程的学习过程中非常重要。实验教学改革主要从以下方面进行。

2.2.1 整合机房与实验室资源，提高实验效率

Multisim仿真软件具有强大的分析功能和逼真的虚拟仿真平台，具有辅助实验教学的作用。每学期虽然开设了16学时的仿真教学和8～12学时的实验教学，但由于仿真教学与实验教学在时间和空间上没有真正融合，很难达到相辅相成、相互促进的效果。因此需要将机房设备与实验室资源进一步整合，每个实验台上安装1台仿真用计算机，将仿真课与实验课合二为一，每次在做实物实验之前先在仿真平台上搭建电路，利用虚拟仪器进行仿真，真正起到预习实验、进行电路设计和调试的作用，经过仿真后再进行实际动手操作，可以提高实验效率，利用软件还可进行故障分析，减少实验器材的损耗，将软件仿真与硬件实验相结合，既克服了纯粹仿真的盲目性和非真实性缺陷，又弥补了由于实验设备的局限导致有些结果无法分析的不足，而且可以保证在总的实践学时不变的情况下开设更多的实验项目，进一步培养了学生的创新能力。

2.2.2 实验内容改革

实验内容的选取应根据实验教学大纲要求，本着验证、设计和综合创新型实验相结合的原则，根据各专业的特点和理论教学情况进行教学。适当增加设计和综合创新型实验所占的比重。其中验证型实验旨在要求学生了解和熟悉电路的基本特点和规律，通过这些实验帮助学生掌握基本的实验技能和仪器的使用方法，培养以实验为基础的分析问题、解决问题和独立思考的能力[3]，达到课堂理论与实践相结合的目的，为设计型实验和综合创新型实验打下良好的基础。

在验证型实验和教学内容的基础上，设置设计型实验。例如，在学生掌握基本的模数电路理论和芯片的测试方法后，让学生设计一些有趣的或生活中常用的小电路，例如设计水位报警器、交通灯控制器、数字日历、彩灯控制等，教师提供必要的元器件芯片，提出实验最后应实现的效果，由学生自己动手进行设计调试，学生在完成了指定的设计任务后，再鼓励他们继续改进，进一步激发了学生的学习兴趣和创新能力。

在以上两类实验的基础上，卓越班、创新班及机械、过控等多学时专业学生开发综合创新型实验。综合创新型实验的规模较大，可与大创项目或竞赛项目相结合，对于本科生来说具有一定的挑战性，用到的知识点多，需要查阅大量书籍和资料，教师应鼓励学生采用不同的方式实现，注重培养学生综合运用所学知识的能力。学生应先确定设计思路，在计算机上进行仿真调试修改，仿真可行后再按照仿真电路搭建实际电路进行调试，可能需要花较多时间，所以采用开放性实验教学模式。综合创新型实验有利于提高学生的综合创新能力，使学生受到更为实际、全面的科学研究训练[4]。

2.2.3 实践考核方式改革

机房设备与实验室资源整合后，采取将仿真与实验相结合的实践考核方式，严格实验管理和考核制度，实践成绩占总成绩的40%，提高了学生对实践环节的重视程度。对学生每一个实验的仿真和实验环节都要进行考核，提高设计实验和综合创新实验所占的分值，侧重学生的创新思维和动手能力考核，有效避免了高分低能现象，提高了学生的动手能力和工程实践能力。

由于师资力量和实验室经费有限，上述电工电子技术教学改革先在创新班进行了试点，并指导创新班学生参与多项大创项目，取得了良好的成绩，之后将在总结和改进的同时进一步推广。