“新工科”背景下纺织特色高校电工电子技术课程教学改革探索与实践

白恩健，李晓丽，王直杰

(东华大学 信息科学与技术学院，上海 201620)

“新工科”是基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求而提出的我国工程教育改革方向[1-2]。以互联网和工业智能化为核心，把智能制造、云计算、人工智能、机器人等用于传统工科专业的升级改造，相对于传统的工科人才，未来新兴产业和新经济需要的是实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才。“新工科”是推动现有工科交叉复合、工科与其他学科交叉融合、应用理科向工科延伸而孕育形成的新兴交叉学科专业，包含“继承+创新”“交叉+融合”“协调+共享”三种形式。纺织产业是我国的传统支柱产业，是科技与时尚融合、生活消费与产业应用并举的产业。纺织行业是我国信息化与工业化(“两化”)融合的试点行业，智能制造是“两化”深度融合的主攻方向。纺织类专业是推动纺织产业发展和升级的主干专业，电工电子技术课程作为该类专业的学科基础课程，在培养面向纺织工业智能制造专业人才方面具有重要的基础支撑作用[3]。本文从“新工科”的观念出发，针对我校(东华大学)非电类工科专业电工电子技术课程教学存在的问题，提出建立满足“新工科”特色的教学改革方案，以适应新时代的发展与要求。

一、 非电类电工电子技术课程教学现状

在当前信息化浪潮席卷全球、我国科技实力不断提升的新形势下，电工和电子信息技术及其所催生的智能电网、互联网+、物联网等技术正日益渗透到各学科领域，推动了各行业的技术变革和进步。“电工电子技术”作为非电专业人才了解并掌握电类基本原理和技能的一门基础课程，是高等学校面向工科非电专业开设的一门重要的技术基础必修课程，对于新形势下各专业人才的培养和后续发展起着至关重要的基础性作用。

我校信息科学与技术学院面向全校非电类理工科专业开设电工电子技术系列课程，开课专业包括纺织、服装、材料、化工、机械、环境及计算机等。课程具有覆盖面广、知识点多、实践性强等特点，对学生今后专业知识的学习和技能的培养发挥着基础性支撑作用。学生可以通过本课程的学习，获得电工和电子技术必要的基本理论、基本知识和基本技能，了解电工和电子技术的应用和我国电工和电子技术发展概况，为学习后续课程以及今后从事有关工程技术工作和科学研究打下基础。作为以纺织服装为特色的高校，我校电工电子技术系列课程面临三个突出问题。

1. 教学内容未充分体现专业特点

本课程教学对象涉及的专业较多，不同专业对电类基础知识的需求不同。如物理类专业要求具有扎实的电工及电路基础知识，计算机专业侧重于电子技术，软件工程等专业对数字逻辑与数字系统的要求很高，大量普通非电专业要求基本而全面的电工和电子知识和能力，服装设计与工程等少量专业仅要求学生对相关知识初步了解。现有的教学内容涉及知识全面但理论较为抽象，未能有效地体现专业特点，传统的教学方法导致学生在枯燥的理论学习中失去对课程的学习兴趣。

2. 教学要求未充分适应学生素质的差异

本系列课程受众面极广，在大众化教育阶段，学生基础素质和个体发展目标的差异较大。有志于未来从事相关工程技术和科学研究工作的学生，他们基础扎实，对电类课程教学内容的广度和深度都有较高的要求，并期望具备较为扎实的电学基础和接近于专业化的能力素养；而部分学生自身在电学及相关的物理学方面基础薄弱，加之专业本身对电学知识的依赖度较低，使其对电工电子技术课程的学习兴趣不大。目前这种统一教材、统一教学内容及教学方法的做法显然不适合学生的要求。所以应针对学生的不同情况采用不同的教学方案，开展分层教学、分流培养，以实现学生“多元成才”的教育培养目标。

3. 新技术的发展与应用未充分反映在现有教学体系中

随着电子信息技术的飞速发展，自动控制、物联网等技术的工业应用水平快速提升，“互联网+”关联各学科领域，并引领行业的快速发展和技术升级，这就为学生的理论知识学习找到了实际的应用背景。因此，将电子信息技术融入纺织服装等不同专业的工业流程，成为激发学生学习兴趣、提高学生创新与实践能力的有效途径。因而有必要改革教学内容，减少复杂计算和理论推导等内容，补充信息技术在相关行业应用与系统集成等内容，开阔学生的视野，提高学生理论结合实际的能力，为其后续的专业发展打下坚实基础。

二、 非电类电工电子技术课程教学改革实践

通过课程体系、教学内容、实验方法和考核方式等改革，对电工电子技术课程教学体系进行全方位整体性的探索和研究，形成将理论基础与技术能力紧密结合、互为依托，实现课程设置的层次化和差异化，教学内容与面向专业紧密结合，更加注重过程考核的教学体系。

1. 课程体系

在对接各学院深入了解专业需求和广泛调研国内外其他高校的基础上，梳理现有的课程体系，从“专业差异+学生素质+个性发展”的角度，全面优化课程设置，将电工电子技术系列课程在整体上设置三个层次的基本课程体系。

(1) 第一层次。面向对电学依赖度高的专业，要求自身基础扎实，并有志于从事相关工程及科研工作的学生，分两学期学习如下课程：第一学期学习“电工技术A”(3学分/48学时)+“电工技术实验A”(0.5学分/16学时)；第二学期学习“电子技术A”(3学分/48学时)+“电子技术实验A”(0.5学分/16学时)。

(2) 第二层次。面向普通学生，并通过课堂案例分析和综合实验对接不同专业的应用需求。开设课程：“电工电子技术B”(4学分/64学时)+“电工电子技术实验B”(0.5学分/16学时)。

(3) 第三层次。面向专业和个人发展对电学知识依赖度低的情况，考虑电工学在日常生活中的需求更多和电工技术相对于电子技术的基础性地位，因此以电工技术为重点内容。开设课程：“电工电子技术C”(2学分/32学时)+“电工电子技术实验C”(0.5学分/16学时)。

2. 教学内容

通过调研包括美国麻省理工学院等知名院校，国外电学教学内容涉及面很广，但教材比较简单，需要学生课后花大量时间查阅资料。因此在教学内容上以各专业发展的电学应用为导向，针对部分繁琐的知识点，不再过多地讲授理论推导过程，而通过电子设计自动化软件(EDA)的使用，让学生快速了解并对其形成基本认知。相关的内容包括：含受控电源电路的分析，回路电流法，网孔电流法，诺顿定理，最大功率传输定理，交流电路中的最大功率传输问题，耦合电感电路的分析，含空心变压器和理想变压器电路的分析，二阶电路的分析方法，提高功率因数方法中的电容参数计算，三极管特性，多级放大电路的动态参数计算，稳压电路稳压工作原理，积分运算电路、微分运算电路和滞回电压比较器等电路的分析，逻辑门内部原理分析，A/D和D/A转换，可编程逻辑器件和半导体存储区等。

利用节省的时间，任课教师结合大量案例讲授概念与原理的应用。对一些重要的知识点和相对抽象的内容，在授课中穿插EDA仿真演示，帮助学生深入理解教学内容。对于与生活关联度高的知识点，借助视频方式开展教学，引导学生将电学知识与日常生活有机结合。同时针对各个专业设计一些应用案例，如通过集成运放的信号计算与处理，使学生了解纺织、化工生产过程中的信号检测等问题。在讲解放大电路时适当介绍纺织检测技术的基本常识，让学生知道电子电路与专业课的联系；在介绍整流电路时说明何为变频技术，变频调速在纺织机械中的应用等[3-5]。通过设计或演示智能可穿戴设备，使学生了解电子纺织材料、导电纱线、技术时尚等实现方式，真正把专业发展和课程学习相结合，凸显纺织、材料和服装的专业特色。

3. 实验教学方法

通过对国内外高校进行同类实验课程体系的调研，发现国内外知名院校非常强调实践课程的设置和通过实践环节对学生能力的培养。为了弥补本课程实验环节的不足，在实验手段和实验内容方面进行了改革。

(1) 在实验手段方面，将Multisim、EWB等EDA工具引入到理论和实践课程教学中，实现硬件实验的虚拟化和软件化，并录制大量实验指导视频，鼓励学生利用课余时间自发通过软件仿真进行实验训练和学习。我校信息科学与技术学院引入了电子电路虚拟仿真试验教学系统，实现远程实验和批改。

(2) 在实验内容方面，将部分单纯验证型实验内容列入学生的虚拟实验环节，利用节省的实验课时，针对不同专业和不同基础的学生进行分层次的实验内容设置，增加具有一定综合性、设计性和直接应用价值的实验内容。推出基础型实验、开放型实验、综合型实验、设计型实验和应用小系统相结合的层次化、梯度化实践教学内容，提出必做与自选结合、验证与创新结合、课内与课外结合的新型实践教学模式。引导学生基于案例理解理论，基于实验验证理论，基于理论创新应用；鼓励学生尝试综合型实验和小系统设计，进行系统性的工程训练；支持学生关注技术发展，培养独立思考的科学素养。

4. 考核方式

根据工程教育专业认证的设计体系，课程须对专业毕业要求形成有效支撑。在考核方式上更加注重过程考核，以引导和激励学生对于电工电子技术系列课程的持久深入学习、训练和思考为目标，将考核方式作如下调整：(1)采用EWB完成仿真实验题目，并提供仿真报告；(2)自学EWB并提交有仿真案例的小论文或与其他课程知识相关的小论文；(3)选择适当题目进行平时随堂测验；(4)增加前半部分内容的期中考试；(5)增加难度适宜的综合设计环节，以课程项目的形式要求学生期末提交项目报告；(6)期末考试。任课教师可根据需要选择若干环节对学生进行综合考核。

三、 非电类电工电子技术课程教学改革的效果

1. “信息”与专业交叉融合，教学内容凸显专业特色

立足于“新工科”的理念，信息技术紧密结合行业，电工电子知识服务于专业，在新的课程教学中压缩部分知识内容的繁琐推导过程，代之以更直观和形象的EDA工具仿真、各专业领域和生产生活中的相关案例视频。配合相关知识点的教学，设计了与专业关联度强的虚拟实验和综合实验。针对材料、纺织等专业，利用传感器将相应对象指标转换为电信号，让学生了解如何利用电工电子的知识对这些信号进行处理、传输、计算和分析；针对服装专业，基于电工电子基本原理，设计智能可穿戴设备、科技服装，引导学生了解技术时尚的实现路径；针对机械专业，基于电工学原理帮助学生了解直流电机、交流电机，利用晶体管设计继电器驱动电路；针对计算机专业，利用门电路设计存储器和分频器等，引导学生理解计算机的部分工作原理。通过这些教学设计，让学生深刻体会到电工电子技术课程与专业、学科密不可分，电工电子技术是产业升级和发展的重要技术。

2. 分层教学，分流培养，实现多元成才

立足于电工电子技术大平台的知识架构，按照专业和学生个人发展需求，电工电子技术平台课程体系在教学内容、知识点深度和拓展宽度等方面进行了层次化的课程配置。在新的体系下，课程教学层次化差异明显，为不同专业和不同层次学生的选课提供了一定的自由度。同时通过课堂教学内容和教学方法的不断完善，激发学生学习的主动性和创造力，课程教学效果良好。确立以专业和学生素质作为分层教学、差异培养的主要依据，针对自身素质高并有志于成为“高精尖”人才的学生，通过案例引入知识和大量增加实践训练环节，夯实电学基础，培养实践创新能力；对于基础薄弱且后续发展对电学依赖度低的学生，贯彻范围宽、深度浅的培养理念，以提高学生的自主学习兴趣和应用能力为主进行教学改革。以兴趣为导向，以行业应用和新技术热点为出发，提升学生的自主学习热情、独立思考能力和实践创新能力。课程教学改革以来，“高精尖”式学生能从更为深入的教学活动和项目实践中获得较为扎实的基础和能力，“扁平全”式学生对电工电子技术课程的畏难情绪和“学而无用”的印象得到改善。

这些尝试，使电工电子技术课程不再枯燥繁琐，让兴趣和专业发展目标成为引导学生探索和学习电工电子学理论的直接动力。

四、 结语

我校的电工电子技术课程教学改革，调研了我校不同学院、不同专业对电工电子技术课程的需求，横向比较了国际知名高校及国内多所“985”“211”同类院校的教学设计，确立了知识内容体系与专业紧密结合，分层教学、分流培养的教学改革目标，对课程体系、教学内容、实践教学和考核方式等进行全方位改革。课程教学改革一方面提升了课程教学的质量，支撑了各专业正在开展的工程教育专业认证和“新工科”建设，另一方面也为国内同类高校课程教学改革提供了可供参考的经验。