“电工电子技术”课程教学改革探究

王民明

(南京卫生高等职业技术学校,江苏 南京 210028)

0 引言

电工电子技术的发展始终和人类社会活动息息相关。从航天航空到衣食住行,电的应用几乎是无处不在。可以说,电工电子技术的发展与完善推动了科学技术和社会的进步与发展。

作为一门必修的专业基础课程,“电工电子技术”课程包括电工技术与电子技术两部分[1]。其中,电工技术分为两个方面:电路理论、变压器和电气控制;电子技术部分,分为模电技术和数电技术。课程主要涵盖电路的基本分析方法、基本放大电路、门电路组合逻辑电路等基础电工电子理论与实践知识[2]。

“电工电子技术”课程的特点在于课程内容多、物理概念多、理论性强、工程实践性强。因此,在教学过程中,需要将实践与理论紧密结合。同时,其所具有的基础性、应用型、先进性特点,要求学生掌握基本理论、基本知识和基本概念,并且要有一定的创新意识。

教师在课程教学中,应以学生为本,坚持工学结合。首先,重视理论知识教学,让学生能够掌握电工技术和电子技术基础理论知识和基本技能,具备较强的电路分析能力和电路设计能力;其次,注重将理论知识教学与实践活动教学相结合,让学生能够掌握电路的应用,了解新器件、新技术。这样的教学能够激发学生的学习积极性,培养学生的自我学习能力和创新实践能力,进一步让学生将所学习的理论知识应用于实践,为学生后续课程学习和从事相关领域的工作打下基础[3]。

1 “电工电子技术”课程理论教学部分

“电工电子技术”课程是以高等数学和大学物理等理论知识作为基础的课程。因此,要求学生具有高等数学、大学物理的预备知识。课程中更是包含电工电子技术相关的数学和物理知识与技能。由此可见,该课程具有较强的理论性,且理论知识种类较多,内容庞杂,如想在后继的实践课程中融会贯通就必须熟练与电工电子技术相关的数学和物理知识和技能[4]。

以“电工电子技术”课程中较为重要的组合逻辑电路实验单元为例。在组合逻辑电路实验中,要求学生先熟悉常用的门电路逻辑符号、引脚排列和注意事项,要先掌握常用的TTL集成门电路逻辑功能的测试方法,通过学习了理论知识,学生脑海中已经有一个清晰的、大概的认知才能着手使用电元器件,进行应用、实践。这深刻反映了只有学生在学习了TTL集成与非门电路的工作原理,熟悉了集成门电路的参数等理论知识,才能展开组合逻辑电路实验。实践活动一方面反映了学生对理论知识点掌握程度;另一方面是巩固理论知识的手段。可见,将理论教学与实践教学相融合始终是教学改革的重中之重。

1.1 翻转课堂让学生深度参与教学

在传统课堂教学中,学生往往扮演被动听课的角色,对教学过程的参与度较低。这一点恰恰是理论课堂教学一大痛点,而这一痛点可以通过引导学生自主探究,提升师生的互动来解决。计划每学期组织学生进行3次以上的翻转课堂,提前让学生根据所学知识点准备好需要讲解的内容和课件。在正式授课过程中抽取一定的时间,随机抽查部分学生,让学生有机会通过翻转课堂的形式将所准备的内容进行讲解,形成师生角色互换。通过这种形式,可以让学生深度参与教学,提高学生学习“电工电子技术”课程的积极性。教师起到引导学生自我思考的角色作用,让学生成为课堂的主体,提高学生参与度的同时不断增强了学生的表达能力和自信心[2-4]。

1.2 最大化利用多媒体技术优势,创造良好课堂氛围

“电工电子技术”课程中存在着很多比较抽象的理论知识,单纯依靠口口相授模式难以让学生获得深度理解。利用多媒体技术结合动画演示一方面可以让学生更加直观形象地去理解抽象的理论知识,降低教学的难度。另一方面,多媒体技术中所包含的视频、图像等与学生的日常生活更为贴近,大大提高学生的探索欲。因此,合理使用多媒体技术进行教学,能够让学生容易接受的同时还激发学生学习兴趣和学习动力[2-5]。

1.3 注重理论教学与实践教学的结合

在课堂教学中,教师可以使用直观教具和实例教学,将典型的电子元件引入课堂教学。教师以典型的电子元件为对象讲解知识,让学生近距离去观察这些电子元件的构造及使用原理,将电子元件功能与家用电器的使用进行结合,让学生感受到所学习的知识与自身生活息息相关,进一步加深学生对“电工电子技术”课程知识的理解[2-5]。

2 “电工电子技术”课程实践教学部分

“电工电子技术”是一门强化实践的学科。随着科学技术和经济的飞速发展,社会对人才素质的要求日益提高,电工电子实践教学在培养学生实践技能方面的重要性更加明显。实践教学的目的是让学生巩固理论知识,加强学生的动手能力,培养学生科学实验的基本技能。实践教学使学生更深层次地掌握基本逻辑门电路、触发器、译码器等一些基本集成电路的特性和使用方法,并利用这些基本电路去设计组合电路和时序电路。学生只有具备自己拟定实验步骤、检查和排除故障的能力,才更符合社会发展的需要。

“电工电子技术”课程的实践教学现已基本实现单独授课,与理论教学同步展开。实践成绩单独展开列入成绩单。这是实践教学比例加大、地位提升的体现,有利于学生巩固扩充理论知识,不断完善实践教学体系。但长期以来,实践内容开展仍然采用传统的教学方式,主要通过学生提前做好预习——课堂老师重申理论知识、操作示范——由学生两人一组式完成实验。一个教学内容大致分为如上3个阶段,逐步推进实现教学内容。授课方式也依然保持验证理论知识的实验形式,缺少具有主观设计性和创新性的实习项目。同时,尽管“电工电子技术”课程实践教学单独授课,实践教学不附属于理论教学的观点已经越来越受业界认可,但目前实践教学课时远远少于理论教学,教学过程中更是重理论,轻实践。有时理论课讲什么内容,实验课就安排什么实验。一向是教师先对理论知识讲解,后操作示范。学生照葫芦画瓢,造成在操作过程中对可能出现的错误、要注意的细节和安全问题一知半解。如此重理论、轻实践的教学方式忽略了实践教学的目的和特点,缺乏对学生创新意识﹑实践技能的培养。

对于电工电子技术实践教学,应当考虑到不同专业学生的不同学习要求。结合电工电子技术未来的发展趋势,适当调整实践内容计划。项目类型要减少验证型实践,增加设计型实践,并且融入反映目前先进电子技术新课题。同时,也要巩固验证常规经典课题,注重所学理论知识与实际课题紧密相连。从不断添加新的电子元件,到不断拓展相关实验,教师可以结合当下较为先进的电工电子理念,与时俱进,优化更新实习内容。同时,学校设置具有综合性和设计性的实践项目让学生能够充分投入实践过程,提升自身实践能力[5]。

实践形式也应当更加贴近社会需要。既要在实验室内学习电路的接线设计、实操以及线路的调试,也要走出实验室,进一步拓展实验内容。为了加强学生对理论知识的理解,可以让学生来到实践场所与电工一起参与电路的设计、安装、维护等工作,感受真实的实践情形,提高实践技能。教师的理论指导和实践指导相结合,让学生学以致用,不断更新自己知识储备,用之于实践操作过程中,对接社会需求。

3 “电工电子技术”课程的考核

3.1 理论课程

3.1.1 考核目标:

(1)掌握电路的基本定律、基本定理及其简单的分析方法;了解动态电路的基本概念,掌握一阶电路的“三要素”法。

(2)掌握RLC元件在正弦交流电路中的特性,掌握单相、三相电路的简单计算。

(3)了解磁路的基本概念、熟悉交流铁心线圈和变压器的工作原理和简单计算。

(4)了解二极管、三极管和特殊二极管等常用半导体器件的工作原理,掌握二极管、三极管、稳压二极管等的图形符号、伏安特性,熟悉二极管、三极管、稳压二极管等的主要参数。

(5)了解分立元件构成的基本放大电路的组成和工作原理;熟悉集成运算放大器的主要参数和图形符号;掌握基本放大电路的静态和动态分析方法;掌握集成运算放大器在信号运算方面以及在单门限电压比较器方面的应用,理解放大电路中的负反馈的作用及反馈类型判别方法。

(6)熟悉直流稳压电源的组成及各部分的工作原理,掌握三端集成稳压器的应用。

(7)掌握各种常用的逻辑门符号及输入输出逻辑关系,了解TTL与非门电路的工作原理及主要参数,掌握三态门电路的特点,掌握组合逻辑电路的分析和设计;熟悉常用中规模集成译码器的功能及应用。

(8)掌握各种双稳态触发器的功能,熟悉常用中规模集成计数器的功能及应用。

3.2 实践课程

实践课程,如表1所示。

表1 实践课程

考核目标:

(1)正确使用常用的电工电子仪器仪表。

(2)具备电路连接及测试能力。

(3)运用典型的中小规模集成电路组成简单应用电路。

(4)阅读和分析一般程度的电路原理图;能对数字电路进行初步分析和设计。

(5)具备排除常用电路简单故障的能力。

4 “电工电子技术”课程的改革探索

4.1 理论教学

“电工电子技术”课程是面向非电类专业学生开设的一门有关电学问题的必修专业基础课程。部分学生认为所学的专业与电工电子无关,因此学习的主动性、积极性都不高,容易陷入为了应付考试而学习的局面。故理论教学的首要前提是对教学内容、教学方法以及教学手段进行优化[5]。

不同专业对人才培养的需求不同。理论课程在教学中应该将基础理论知识贴近学生专业。如果针对的是不同专业或者行业背景的学生采用相同的教学内容、教学方法与教学手段,这会导致知识点的学习价值发生变化,需要深度掌握的知识点达不到深度掌握要求,只需了解的部分却又让学生浪费大量时间,不有利于后续专业学习的衔接。

理论课程的教学应当针对不同专业的学生在授课内容的侧重点上有不同的调整,起到进一步调动学生积极性、自觉性与主动性的作用。例如,对计算机专业的学生来说,电子电工类课程是计算机硬件方面的基础,而现如今计算机硬件的重要性不可忽视,发展趋势是以实用为主,趋于科普化,因此,在教学过程中要侧重分析常用电子器件的测试与辨别,加强基本放大电路等知识点讲解;对于车辆工程专业的学生来说,要加强的是集成运算放大电路、直流稳压电源的制作与调试知识点理解,这有利于培养学生掌握汽车设计、制造、试验等方面专业知识与技能[4]。

4.2 实践教学

在实验教学中,通常采用老师操作一遍,学生照葫芦画瓢模仿操作一遍的教学模式。这使得学生缺乏自己参与实验的参与感,造成学生容易忽视操作过程中出现的错误、要注意的细节和安全问题。这样的实践过程,割裂了与理论知识的关系,达不到相辅相成、互相促进的教学效果。

为了实现充分调动学生自主学习的积极性,培养学生创新思维以及提高学生的实践技能,“电工电子技术”课程实践教学应该对实验内容进行重新整合和优化。通过增加电路设计等内容,建立起应用性、实践性较强的教学体系。

更重要的是,层次化实验内容,逐步将验证型实验递进为任务型实验,再上升为设计型实验。如将“基尔霍夫定律的验证”实验变为“测量某条支路的电流或某两点间的电压”,尽量减少演示型实验,引起学生的兴趣和关注。对于操作性不强的实践教学项目可以通过发挥网络优势,利用虚拟仿真平台进行实验。而进入实验室的教学是为了让学生能够尽快地了解一些电工电子技术要点,提高工程意识和动手能力。实现在具体的实践教学中,把“教师要我学”转变为“学生我要学”,增加学生自主设计和发挥的空间,进一步引导学生主动思考和探索解决问题的方法,才能有效提高学生自主学习能力[5-8]。

4.3 考核模式

电工电子理论教学课程考核是一以贯之的模式,即平时成绩百分制(课堂出勤、课堂提问、作业、平时测验等)占40%,期末考试成绩百分制占60%。一直以来,这适用于绝大部分场景。然而,目前闭卷形式的期末考试,在题目的考核重点方面,已有了一套范式,相关固定的题型例题弱化了学生独立思考探索的能力。

随着社会对人才素质的要求日益提高,为了让学生进一步适应应用型人才培养目标要求,应当优化考核模式。譬如,减少期末考试闭卷考试的成绩占比,扩大平时成绩的比例,凸显出学生对所学理论知识的掌握程度。将平时成绩百分制占60%,期末考试成绩百分制占40%。把课堂表现纳入平时成绩,利用翻转课堂来考核学生对理论知识的掌握程度。学生讲解教师补充,学生能将知识点讲清楚讲透彻才说明对知识点的理解到位甚至运用自如。

在电工电子实践教学课程考核中,实验报告成绩占比超50%。实验报告有其固定的格式,主要包括:实验目的、实验仪器设备、实验内容、实验步骤、结果与讨论五大部分。很明显,除了结果与讨论,其余内容基本都是实验指导书上的内容,这就导致学生互相抄袭实验报告的普遍现象。可以看到,仅从实验报告根本无法区分学生们的实际实验情况。甚至,有些学生是按照理论实验结果来完成实验报告,这就导致真正做过实验的学生和没用心做实验的学生的实验成绩相差不多,这大大打击了学生们的实验积极性,不利于提高学生的实践动手能力[9]。

由此可见,实验考核应针对“电工电子实验”课程的教学目标,结合实验室的实际情况,研究可行的实验考核方案。减少实验报告成绩占比、关注学生实践能力是有效途径。在基础部分根据完成度和动手能力给分,设计改进部分主要针对学生的自主性,创新性进行评分;报告成绩关注学生数据的处理与问题的思考以及文档的写作情况,在报告的最终批改上,坚持给雷同的报告低分,对有创见的报告加分,促进学生认真操作以及独立思考。

5 结语

“电工电子技术”课程能够让学生获得有关电工技术、电工技术的基本概念、基本理论和基本技能。电工电子技术课程教学是一个长期而系统的工作,将现有的“电工电子技术”课程教学内容与学科结合,摈弃一个标准的内容教学,深入了解不同专业的人才培养目标和对本课程内容的要求,有效支撑后续课程的学习。

优化教学模式,进一步让枯燥的理论在实践应用中获得生机。在理论教学中,以学生为主体,让学生角色互换,站在教师的角度来看待“电工电子技术”课程。对学生来说,是将“要我学”变为了“我要学”,这适应了“电工与电子技术”课程课程特点,起到充分调动学生的学习热情、提高积极性、自觉性与主动性的作用。在实践教学中,实践操作也应逐步减少照葫芦画瓢的现象,将理论性实验、验证性实验搬到线上,充分利用线下实验室让学生展开独立设计。让学生具备其检测、分析和排除故障的能力,学会正确地记录、处理数据,培养学生的动手能力、创新能力,适应社会发展的需要。

合理科学的考核制度同样是保证教学质量的基础。注重考查学生对课堂所讲解的理论知识的掌握程度,促进学生重视实践,引导学生深入思考,通过对学生知识、素质、能力的全方位考查,建立全程考核评价体系,促进提升电工电子技术课程教学效果。