薛燕 劉磊明 尤佳 王宏

【摘要】首先通過分析非電類專業(yè)“電工學”課程的教學現(xiàn)狀，結(jié)合卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的基本要求，對“電工學”課程體系進行教學改革的研究。確立以培養(yǎng)工程師為目標的課程改革思想，通過改革教學方法、教學手段和引入myDAQ套件進行實驗教學，提高卓越計劃中學生實踐應(yīng)用能力、思維開創(chuàng)性能力和創(chuàng)新性能力。

【關(guān)鍵詞】卓越工程師 電工學課程體系 myDAQ

【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）10 -0045-02

卓越工程師教育培養(yǎng)計劃主要目標是培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的各類型高素質(zhì)工程技術(shù)人才，即卓越工程師后備人才（以下簡稱卓越工程師），促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國[1]。2010年北京科技大學（以下簡稱我校）成為首批實施卓越計劃的高校之一，我校成立高等工程師學院，以四個優(yōu)勢學科為依托，選擇礦物資源工程、冶金工程、材料科學與工程、機械工程與自動化作為首批卓越計劃專業(yè)，開展卓越工程師培養(yǎng)工作。

電工學是一門理論性和實踐性較強的非電類專業(yè)學科基礎(chǔ)課程，既強調(diào)知識的綜合性、實用性，又強調(diào)創(chuàng)新能力、綜合分析和解決生產(chǎn)實踐問題的能力。目前傳統(tǒng)的電工學課程體系及教學模式跟卓越計劃的培養(yǎng)理念和教學需要還有一定的距離，因此，如何較好地實施卓越班級的電工學教學，已成為了各高校面臨的一項新課題。

目前我校的電工學在進行針對卓越計劃的仿真與實踐相結(jié)合的電工電子課程改革，這是教育部“專業(yè)綜合改革試點”類的教育教學改革與研究項目。該教改項目已經(jīng)實施一年多，下面結(jié)合筆者在卓越班級課堂教學的工作實踐，談?wù)勛吭焦こ處煴尘跋码姽W課程改革的粗淺認識和一點體會。

一、針對卓越劃提出的教學要求

本科層次卓越工程師在能力方面要達到以下五方面要求[2]。（1）學習能力具有信息獲取和職業(yè)發(fā)展學習能力。（2）分析解決問題能力具有分析、提出方案并解決工程實際問題的能力。（3）創(chuàng)新意識和開發(fā)設(shè)計能力具有較強的創(chuàng)新意識和進行產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計、技術(shù)改造與創(chuàng)新的初步能力。（4）管理與溝通合作能力具有較好的組織管理能力、較強的交流溝通、環(huán)境適應(yīng)和團隊合作的能力。（5）危機處理能力具有應(yīng)對危機與突發(fā)事件的初步能力。

結(jié)合卓越計劃，在仿真與實踐相結(jié)合的電工電子課程改革中，該教研組針對目前電工學課程體系中不適合工程師培養(yǎng)計劃的一系列問題，給出了相應(yīng)的改革措施。

二、針對卓越計劃課程提出的電工學教學不足

結(jié)合電工學的課程教學內(nèi)容、卓越計劃的培養(yǎng)要求以及課時安排，目前電工學課程的教學環(huán)節(jié)存在的難點和不足。

1.教學內(nèi)容方面

原有的電工學教學中存在一些問題亟待解決問題，原有的課程內(nèi)容體系建立在知識的系統(tǒng)性和完整性之上，在知識點的選擇和安排上沒有脫離傳統(tǒng)的教學理念，所用教材的知識內(nèi)容體系創(chuàng)新性不夠，沒有體現(xiàn)“卓越工程師”培養(yǎng)計劃中所要求的“工程能力”主線，與生產(chǎn)實際要求的課程內(nèi)容或知識點的編排存在一定的差距[3]。

2.實驗實踐方面

原有的電工學所進行的電工電子實驗均為驗證實驗，且在在實驗箱內(nèi)進行，大多數(shù)的實驗電路都已經(jīng)連接好，學生來到實驗室進行簡單的連接就可以驗證實驗了，這種情況雖然能比較順利地完成實驗，根本體現(xiàn)不出卓越培養(yǎng)計劃的分析解決問題能力。實驗內(nèi)容上缺少綜合實驗、自主設(shè)計實驗的內(nèi)容，不注意注重實際應(yīng)用和增加學生動手能力的培養(yǎng)，無法體現(xiàn)卓越培養(yǎng)計劃的創(chuàng)新意識和開發(fā)設(shè)計能力。

3.師資方面

卓越計劃的實施，師資是關(guān)鍵。目前的青年教師大都是博士畢業(yè)之后直接上崗，科研經(jīng)驗豐富而工程實際經(jīng)驗相對不足，在實踐能力上還有所欠缺，對于如何將基礎(chǔ)知識和工程實際結(jié)合起來還有一些力不從心。

同時教師不注意采取先進的教學手段來充實自己的教學活動，忽視案例教學、問題教學等方式的運用，導(dǎo)致教學信息量太小，無法傳授更多的知識[4]。課程教學中只是理論知識的簡單講解，沒有結(jié)合工程實際進行教學[5]，無法針對卓越培養(yǎng)計劃中的學習能力，既對學生應(yīng)具有信息獲取和職業(yè)發(fā)展學習能力有所提高。

三、針對卓越計劃的電工學課程改革

為達到工程創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)要求，提高“電工學”課堂教學的效果，該教研組在教學內(nèi)容、教學手段、考核方式等多方面進行了一些嘗試，尤其是進行了實驗和教學相結(jié)合的教學改革，主要內(nèi)容如下：

1.優(yōu)化教學內(nèi)容

電工學主要內(nèi)容包含電路分析，變壓器，電動機，電氣控制，PLC，模擬電子和數(shù)字電子，因此針對卓越計劃電工學教學內(nèi)容進行了一系列的調(diào)整。

對電路分析的內(nèi)容可適當減少，而數(shù)字電子技術(shù)的內(nèi)容適當加強。對于非電類專業(yè)卓越計劃的學生而言，電路分析的內(nèi)容只要保證兩方面的基本內(nèi)容，一是生活和工程實際中常遇到的如單相交流電路、三相交流電路以及安全用電等方面的基本概念和知識；第二是學習電子電路所必須的電路分析基礎(chǔ)知識，包括電路基本定律、基本定理和電路基本分析方法等。

分立電路的內(nèi)容可大大壓縮，沒必要進行系統(tǒng)的介紹。在介紹集成器件時沒必要介紹集成器件的內(nèi)部電路原理，而主要介紹集成器件的外部特性、主要功能、主要參數(shù)以及如何應(yīng)用。使工程應(yīng)用更多的集成電路（ 如集成運算放大器、集成功率放大器等模擬集成電路和集成門電路、集成觸發(fā)器等數(shù)字集成電路）的學習有了必要的基礎(chǔ)和更多的學時保證。

于此同時，還應(yīng)加大與工程相關(guān)的強電、電機及控制方面內(nèi)容的比重，以適應(yīng)培養(yǎng)卓越計劃人才的需求。電工學在課程內(nèi)容組識和教學過程中，必須保證建立電工電子工程的基本理論和基本方法。同時通過適當?shù)慕虒W手段和實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)卓越計劃中學生嚴密的思維能力和基本實踐技能，提高他們綜合分析問題和解決問題的能力。

2.制定教學目標

電工學課程需要為電工電子技術(shù)應(yīng)用于非電工程實際應(yīng)用打下必要的基礎(chǔ)，使卓越計劃的學生在將來的工作中有較寬的視野，能從學科交叉應(yīng)用的角度來思考和處理問題，電工學課程的教學除了保證其基礎(chǔ)性外，還要特別注意其在非電工程領(lǐng)域的應(yīng)用性。因此在課程的教學內(nèi)容中要避免完全的紙上談兵，應(yīng)強調(diào)理論知識的工程應(yīng)用。每章給出應(yīng)用舉例，使得基礎(chǔ)與應(yīng)用、理論與實際有機結(jié)合，力求基礎(chǔ)性與應(yīng)用性的較好統(tǒng)一。在課程教學內(nèi)容的組織中，選取一定量的綜合應(yīng)用系統(tǒng)的例子。通過這些例子的介紹，不但使學生鞏固從單元電路學到的基本理論和基本知識，還拓展了所學知識，更重要的是提高了對不同單元電路、不同知識綜合運用的能力，同時還建立了工程應(yīng)用系統(tǒng)的概念。

3. 教學方法和教學手段的改革

該教研組針對卓越計劃使用了多種教學方法：

針對卓越計劃的學生分屬不同的專業(yè)，進行了電工學的分層次教學。分層次法是指依據(jù)各專業(yè)及各專業(yè)的特點，合理劃分學生層次，研究各層次學生的知識需求特點。例如針對機械工程及自動化專業(yè)特點，注意機械和電工電子的學科交叉，重新提煉教學內(nèi)容，增加符合機械學科要求的實例，如電動機正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)的設(shè)計，理論聯(lián)系實際，讓學生能感知到所學知識和自己的專業(yè)密切相關(guān)，激發(fā)學生的學習興趣，融知識學習、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育于一體。

針對卓越計劃的學生進行了電工學的項目教學。其中信息的收集、方案的設(shè)計、項目實施及最終評價，都由學生全部或部分獨立組織、安排學習行為，解決在處理項目中遇到的困難。例如在數(shù)字電子技術(shù)部分，要求學生設(shè)計各種功能的數(shù)字電路，并通過仿真軟件Multisim12來實現(xiàn)。這樣不僅傳授給學生理論知識和操作技能，而且培養(yǎng)了他們的實踐能力。更能符合“卓越計劃”對人才培養(yǎng)模式的分析解決問題能力的需求。

針對卓越計劃的學生進行了電工學的問題教學法。通過設(shè)置問題，使學生用已有的知識去分析新問題，理解和接受新知識，把培養(yǎng)學生的主動思維能力作為側(cè)重點，使他們從煩瑣的記憶中擺脫出來。讓學生在圍繞問題進行學習，能準確地把握住要點，以提高學習效率。例如在病房優(yōu)先呼叫系統(tǒng)中，如何設(shè)計呼叫具有不同優(yōu)先級別，針對不同的芯片如何實現(xiàn)等問題展開教學。

4. 強化實踐教學環(huán)節(jié)

根據(jù)針對卓越計劃對工程技術(shù)人才的素質(zhì)、知識和能力要求，該教研組將Multisim等仿真軟件及myDAQ套件作為學習工具融合于電工電子的課堂及實驗教學中。一方面通過直觀、形象的仿真實例教學可在潛移默化中培養(yǎng)學生的工程意識，激發(fā)學生的學習興趣，即自己動手設(shè)計，實現(xiàn)理論到實踐的過渡。另一方面由于myDAQ套件便于學生自主操作，可大大拓展學生的學習和實驗空間和時間，對學生綜合分析能力、開發(fā)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都大有裨益。

根據(jù)實驗室現(xiàn)有的條件，通過完全開放和自主實驗等手段，給卓越計劃的每位學生發(fā)放一份實驗套件（其中包含myDAQ套件、各種二極管、三極管、運算放大器、面包板、各種型號的電阻、電容、電感、導(dǎo)線、電烙鐵等），讓每位學生按照實驗的要求課下完成實驗電路的連接以及調(diào)試，調(diào)試好以后再到實驗室跟實驗老師進行交流，這種方法不僅鍛煉了課下學生獨立動手組裝、焊接、調(diào)試電路的能力，提高了學生獨立面對問題時分析解決問題能力，而且節(jié)省了大量課上試驗時間，使學生在課上了解并實踐更多諸如Multisim仿真軟件應(yīng)用等方面的新內(nèi)容、新技術(shù)，從而大幅度提升學生的軟、硬平臺相結(jié)合的綜合設(shè)計能力和創(chuàng)新意識。

除了設(shè)置教學大綱規(guī)定的實驗內(nèi)容，還增加了一些設(shè)計性綜合實驗，學生可以應(yīng)用myDAQ套件方便的自主選擇感興趣的實驗進行團隊合作，有的同學進行實驗設(shè)計，有的同學進行實施滿足了對不同層次學生動手能力的培養(yǎng)需求，激勵了學生的學習熱情，提高了實驗效果。由于應(yīng)用myDAQ套件促使學生參加創(chuàng)新實驗成為可能，進一步提升實驗在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的作用，充分調(diào)動學生自主參與實驗創(chuàng)新活動的積極性，通過自主查閱資料，設(shè)計開發(fā)感興趣的電路，激發(fā)學員創(chuàng)新性思維。創(chuàng)新實驗為學生科學文化素質(zhì)和工程素質(zhì)能力的培養(yǎng)提供了一個很好的平臺，卓越計劃學生的實踐能力、運用知識的能力和創(chuàng)新能力得到大幅提升。

5.考核機制的改革

針對卓越計劃的學生，把平時自主設(shè)計開發(fā)的一些實驗的納入到考試成績中，大幅提高平時成績的比列，把解決實際問題的能力的要求提高到一定程度，摒棄以前只靠卷面分數(shù)，平時作業(yè)確定最終分數(shù)的考核機制。

6.建立教學團隊合作

卓越計劃的電工學課程教學的教師，既要根據(jù)改革后的課程和教學內(nèi)容，采取相應(yīng)的研究性教學方式組織和開展教學，又要確保學生的知識、能力和素質(zhì)方面達到卓越工程師培養(yǎng)標準。這些工作不可能由一位教師單獨完成，因此需要擔任課程教學的教師之間的通力合作，電工學教研組由若干名知識、能力和經(jīng)驗互補，既分工明確、又密切配合的教師組成。教學團隊中的每位教師在知識結(jié)構(gòu)、教學能力、研發(fā)水平和工程經(jīng)歷等方面既各有優(yōu)勢，又各有不足，針對卓越計劃在教育教學方面提出的要求，需要教師之間的共同努力才能完成。

四、小結(jié)

本文首先對卓越工程師培養(yǎng)的要求進行了介紹，然后針對“電工學”課程不足的基礎(chǔ)上，基于卓越工程師計劃的要求，教改組各位教師進行團隊合作，對該課程的理論教學環(huán)節(jié)和實踐教學環(huán)節(jié)進行了深度改革。在電工學課程的教學中，只有對教學方法、教學手段和實驗途徑等不斷進行改革與優(yōu)化，才能適應(yīng)卓越工程師培養(yǎng)計劃的人才培養(yǎng)模式的需要，提高卓越計劃人才培養(yǎng)質(zhì)量。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部 . 教育部關(guān)于實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的若干意見 （ 教高 [2011]1 號 ）.

[2] 林健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”通用標準詮釋[J]. 高等工程教育研究，2014（1）：12-22.

[3] 高有華，翟慧萍，邵 岳，等. 面向卓越工程師培養(yǎng)的“電工學”課程改革[J]. 電氣電子教學學報， 2012，（9）：74-76.

[4] 鄧紅雷，李春茂，張廷鋒. “電工學”教學方法的研究與實踐[J]. 南京： 電氣電子教學學報，2009，31（4） ： 108-109

[5] 熊蘭等. “電工學”課程的 PBL教學模式初探[J].電氣電子教學學報，2009，31（3） ： 98-99

基金項目：北京科技大學教育教學改革與研究項目（教育部“專業(yè)綜合改革試點”類）（JYBZYSD201206）