以工程应用能力培养为导向的电工学实践教学改革探索

2022-02-07苏圣超陈国明张中伟

产业与科技论坛 2022年7期

□苏圣超陈国明张中伟

一、引言

《电工学》课程是面向高等院校工科非电类专业开设的一门专业基础课[1]。该课程的教学任务是使学生获得电工技术的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力，为学生学习后续专业课程以及今后从事的工程技术工作和科学研究工作打下必要的理论与工程实践基础[2]。近年来，上海工程技术大学积极响应教育部新工科教育，确定了“系统规划、逐步实施、突出特色、重在建设”的重点课程建设方针，在教学内容体系构建、师资队伍建设、教学实施、实践教学等环节进行了多方面的探索与实践，较好地处理了继承与创新的关系。

工程实践与创新能力是对“新工科”背景下高素质人才的基本要求[3]。在强调培养学生工程实践能力和创新能力的教育改革形势下，需要对专业基础课的传统教学模式进行改革，提倡工程应用理念[4]。《电工学》是一门带有很强工程实践背景的专业基础课，从电工学实践入手改革具有现实意义。而且，从此类专业基础课着手培养工程意识，也为学生后续专业课的学习以及提高工程设计和创新能力拓展了空间。

本文以工程应用能力培养为导向的电工学实践教学改革，旨在将工程设计理念融合进电工技术实践教学和设计中，探索符合学生实际情况的工程教学模式与方法，从而提高学生主动学习、主动实践的意识和能力，为激发和培养学生质疑问难、创新精神等做出尝试。

二、实践教学的内容组织和安排方式

在以工程应用为培养模式的导向下，将实践教学分为三个基本层次：知识优化、实践训练、能力培养，根据工程实践的内容，采取不同的教学组织方式。要求教师与学生深入理解工程教学模式，无论是在课程教学还是在实践教学中都需要加强工程意识培养。在课程教学中适时地布置或引导学生完成具有工程背景的综合实训项目。同时，上海工程技术大学工程实训中心的西门子或相关系列的PLC实验室可为学生提供丰富的实训资源，使得在基础课实验室中无法完成的综合实训项目可以在开放实验中进行。

对学生而言，每次实践必须明确需要掌握的学习成果及相应课程的评价标准或考核方法，以便教师建立合理有效的考核评价机制，对学生进行有效全面的评估，提升学生的工程实践与创新能力，积极鼓励和指导学生，并组织学生参加各种机电类学科竞赛，通过实践指导与赛前培训，吸引更多感兴趣的学生参与其中，扩大工程教育的影响面和学生的受益面，并从中选拔优秀学生为企业培养卓越的工程技术人才。

三、相应的实践教学条件及改善

上海工程技术大学工程实训中心作为全校的创新实践基地，建设了多个综合性和基础性的实验实训室。对于学生来说，基础性实验室如电工实习室和电子实习室等可提高学生基础动手能力，综合性实验室如PLC实训室、创新实验室等，可进一步提高学生创新能力和工程设计能力。但由于部分实验室设备较为基础，不能较好地满足以工程应用为目标的实训需求，所以亟需更新教学模块，增加新的实验实训项目，如在电工实训中采用PLC控制模块，并强化学生PLC编程能力，实现多台电动机自动控制。

此外，应当以工程教育模式为基础，建立和完善电工实践教学体系和平台，并进一步强化实践环节教学，逐步建设和完善管理规章制度，为学生提供较为良好的工程实践环境和条件，也为丰富教师的带教经验提供教学平台。

四、实践教学改革的方法和手段

(一)创新实践内容与考核方式。新工科背景下基于工程实践能力的培养理念，将目标能力指标有机地导入到电工技术实践类公共选修课中，设计知识环节相扣、具有广度和深度的创新性实践内容及多元化能力考核方式，使学生提高动手能力，创新意识。

(二)实例教学。将工程应用的案例融合进电工课程的实践教学中，在培养学生的工程意识、提高学生主动学习、主动实践的意识和能力，激发和培养学生质疑问难、发现探究的创新精神等方面，做出实践尝试与探索研究。

(三)开放实验室。实验室开放以来，经常会有学生来与教师探讨问题，从而也营造了一种氛围，调动了部分学生的学习兴趣与探索精神。相关实验室将面向有需要的教师、研究生及本科生全天开放，使得学生或者教师在基础中突破创新，积极用于指导各类大学生工程实践，也可服务于科研。同时也可成为大学生创新活动计划项目的实践基地，从而为学生进入企业实习或参加电类学科竞赛提供工程实践机会。

(四)引入VR技术的实践教学。在教学中引入VR(虚拟仿真)技术，既可以丰富教学内容，提高教学效果，又可以进行“虚拟实践”弥补实践环节的不足。如对于电工学中一些重要的知识点和相对抽象的内容，可以通过MATLAB与Multisim软件在课堂上辅助讲解电路方面的知识，不仅能够提高学生学习兴趣，还能够通过形象的仿真环节巩固和加深对抽象理论知识的理解，使学生更好地理解电路工作原理，对工程实践能力的培养起到很好的作用。另一方面，将基于MATLAB与Multisim的“虚拟实验”引入实践教学，通过模拟实践环节，一定程度上解决了实践环节教学资源的短缺问题。此外，运用二维、三维动画技术开发预习软件帮助学生实现分布式的课前预习、课后复习；学生课前运用预习系统进行自主预习：通过预习问答、仿真接线和仿真测试三个环节的学习细节，让学生能够初步了解学习者自身实践内容的掌握情况以便更改学习进度。总之，虚拟仿真技术的应用可以有效地解决实践环节教学资源短缺、设备不能及时更新、实践耗材不足、存在污染、不可能智能化等问题。

(五)课外培养模式。电工学实践注重知识、能力、素质的有机结合，培养学生解决复杂工程问题的综合能力和思维能力。利用学校工程实训中心提供的创新实践平台，支持学生积极申报大学生创新创业项目，并鼓励他们积极参加学校的电工学科相关的各类竞赛，如“西门子”杯全国大学生工业自动化比赛、大学生电子设计竞赛以及挑战杯等。以竞赛为导向激发学生主动学习电工技术的兴趣，同时通过学科竞赛挖掘学生的学习潜力，培养学生的工程实践与创新能力，作为实践环节的补充。目前已经做到优秀的学生能够得到进一步指导，并且在学科竞赛中取得优秀的成绩。

五、初步成效

上述提出的教学改革方式已在学校电工学实践教学中逐步实施，也初步取得了一些成效，主要有以下几方面：一是学生的学习积极性也在提高，很多学生主动参加了中国电工技术学会主办的“全国大学生电工技术基础知识与创新竞赛”，并获奖。二是在电工相关的学科竞赛中，上海工程技术大学学生获得省部级以上奖项越来越多。三是获批电工学科的大学生国家创新创业项目数不断增加，已完成的项目结题优秀率也在提高。