□曹玉蘋　劉潤華　劉復玉　賀　利　周蘭娟

面向卓越計劃的少課時“電工電子學”課程教學改革與實踐

□曹玉蘋劉潤華劉復玉賀利周蘭娟

為了提高非電專業(yè)學生的應用能力，針對卓越計劃的教育需求，圍繞少課時“電工電子學”課程研究改革方案，在基本理論教學內(nèi)容中融入實際應用電路、在實驗教學內(nèi)容中增加故障模擬和典型應用電路、布置電工電子產(chǎn)品論文、采用半閉卷考試等。教學實踐表明，該方案能夠有效激發(fā)學習興趣、提高實際應用能力、培養(yǎng)科學素養(yǎng)和創(chuàng)新思維。所提方案可以推廣到其他少課時專業(yè)基礎課中運用。

卓越計劃；電工電子學；應用能力；創(chuàng)新思維

為了提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量，2010年教育部發(fā)布了《教育部關于實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的若干意見》，中國石油大學（華東）是第一批獲批卓越計劃的高等院校之一。卓越工程師的核心能力是創(chuàng)新能力和工程實踐能力。為了培養(yǎng)具有一定創(chuàng)新能力和較強工程實踐能力的本科畢業(yè)生，有必要面向卓越工程師教育培養(yǎng)計劃研究切實可行的教學方案［1-3］。高等院校非電類專業(yè)普遍開設了“電工電子學”課程，結(jié)合卓越工程師教育培養(yǎng)計劃，制定了教學改革方案。因此，針對中國石油大學（華東）石油工程、化學工程與工藝等專業(yè)開設的少課時“電工電子學”課程，分析課程教學中存在的問題，研究適合于非電卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的教學改革方案。

一、“電工電子學”課程現(xiàn)有教學方案存在的不足

中國石油大學（華東）的“電工電子學”課程已成為國家級精品課和國家級精品資源共享課，形成的國家級教學團隊在教材建設、理論教學和實踐教學等方面取得了一定研究成果。針對新時期卓越工程師的教育需求和少課時的客觀條件，現(xiàn)有教學方案存在以下不足：

（一）理論教學內(nèi)容涉及的實際應用電路偏少

少課時“電工電子學”課程教學內(nèi)容只包括電路的基本概念、定律和分析方法、正弦交流電路、電路的暫態(tài)分析、常用半導體器件、基本放大電路、集成運算放大器及其應用和數(shù)字集成電路及其應用［4］。在實際工程應用中，石油工程、化學工程與工藝等非電工程師需要面對測量與控制系統(tǒng)、變壓器、電動機、直流穩(wěn)壓電源等典型電工電子設備。因此，如何在現(xiàn)有教學內(nèi)容的基礎上有效融入實際應用電路或典型設備是需要解決的關鍵問題［5］。

（二）實驗教學內(nèi)容以驗證為主，缺乏應用背景

實驗電路多為針對單一元器件的典型電路，不具有明確的應用功能［6］。實驗內(nèi)容以驗證電路的工作原理為主，未涉及故障情況的分析和處理。由于實驗時間有限，損壞器件會影響成績或經(jīng)濟賠償，學生無法根據(jù)興趣對電路的故障特性進行測試。因此，如何增強實驗電路的實際應用背景是亟待解決的關鍵問題。

（三）現(xiàn)有考核形式不利于培養(yǎng)創(chuàng)新能力

實際工程應用中只有問題，需要工程師自己確定采用何種方式分析哪些參數(shù)。而現(xiàn)有考試已在題目中明確指出電路分析方法和需求的參數(shù)，導致學生腦海里只見公式，不見知識體系，只見單個獨立的方法，不見各方法的對比與綜合。因此，如何通過合理設置考核方式引導學生培養(yǎng)應用能力和創(chuàng)新思維是需要解決的關鍵問題。

針對上述問題，從教學內(nèi)容、教學方法和考核形式等方面進行研究，探討適合卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的少課時“電工電子學”教學方案。

二、利用應用電路豐富教學內(nèi)容

（一）優(yōu)化整合理論教學內(nèi)容

1.結(jié)合專業(yè)特色介紹自動控制系統(tǒng)。如針對化學工程和工藝專業(yè)介紹煉油廠分布式控制系統(tǒng)，針對石油工程專業(yè)介紹采油控制系統(tǒng)。通過接觸工程實踐中的系統(tǒng)，使學生建立完整的電工電子系統(tǒng)的概念，不僅拓寬了視野而且調(diào)動了學習積極性。

2.結(jié)合生活場景介紹電路的設計和制作過程。如以空調(diào)的溫度檢測和控制系統(tǒng)為例（如圖1所示），介紹項目需求、功能分析、電路設計、電路制作和調(diào)試等環(huán)節(jié)，使學生從宏觀上建立模塊化分析和設計的概念，有利于學生對所學零散知識進行有機整合。

圖1　空調(diào)溫度檢測和控制系統(tǒng)

3.在相關理論章節(jié)融入實際應用電路或典型設備。如在電感元件部分引入變壓器，在三相交流電路部分引入三相變壓器和三相異步電動機，在二極管元件部分引入直流穩(wěn)壓電源等。典型應用電路增強了理論知識的實用性，不僅能夠調(diào)動學生的學習興趣而且有助于培養(yǎng)學生的實際應用能力。

（二）增強實驗教學內(nèi)容的應用背景

1.為了體現(xiàn)實驗電路的應用功能，對實驗電路的規(guī)模進行擴大。以“一階RC電路過渡過程的研究”為例，該實驗主要觀察電阻和電容端電壓的波形，電路缺乏實際工程意義?？梢栽诂F(xiàn)有器件的基礎上增加555定時器以構(gòu)成脈沖信號發(fā)生器，學生重點研究一階RC電路，同時了解應用廣泛的555定時器，明確一階RC電路的實際工程應用價值。

2.在實驗預習環(huán)節(jié)增加軟件仿真，學生通過仿真軟件模擬實驗內(nèi)容。為了了解故障電路的特點，模擬元件短路、開路、電容容量衰減等典型故障。學生還可以根據(jù)個人興趣和愛好對電路進行改造，觀察信號的變化。通過軟件仿真不僅滿足了學生嘗試改變電路的好奇心，而且使學生了解了故障電路的特點，有助于在實際操作中快速解決故障。

三、利用研究性、啟發(fā)性等教學方法重點培養(yǎng)實際聯(lián)系理論的能力

對于非電工程師，“電工電子學”課程教學的重點不是講授深奧的理論，而是培養(yǎng)學生將電工電子基本知識應用于各自專業(yè)的工程實踐能力。因此，應研究有效的教學方法，以使學生能夠在實際工程問題面前有章可循地聯(lián)系所學知識和方法。

（一）從研究性教學方法出發(fā)組織教學內(nèi)容

為了解決具體問題，應首先介紹電路的基本元件、基本概念、定律和分析方法，其中基本元件不僅包括電路分析中的基本元件還包括模擬電子技術(shù)中的基本元件。學習完這部分內(nèi)容之后，學生就具備了自主分析電路的基礎。然后選擇既在生產(chǎn)和生活中具有實際應用價值又能夠覆蓋主要教學內(nèi)容的典型案例，引導學生將案例需求作為研究目標，將各個功能模塊作為研究內(nèi)容。教師按照功能模塊組織教學內(nèi)容，針對每個功能模塊講授涉及的典型電路，引導學生利用所學知識設計功能電路。由于石油工程專業(yè)、化學工程與工藝等專業(yè)對電路硬件制作要求不高，所以只對電路進行仿真調(diào)試，不進行硬件制作和調(diào)試。典型案例如空調(diào)溫度檢測和控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)涉及溫度檢測（熱敏電阻）、比較（集成運算放大器）、延時（暫態(tài)分析）、發(fā)光報警（二極管）、聲音報警（555定時器和功率放大）、繼電控制、直流穩(wěn)壓電源等環(huán)節(jié)，能夠覆蓋主要教學內(nèi)容。

（二）利用啟發(fā)教學法增強學生自主獲取所需知識的能力

在理論知識的學習中，引導學生提煉電工電子工程師實現(xiàn)功能設計的深層次思維內(nèi)涵。例如逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器體現(xiàn)了逆向思維，戴維寧定理體現(xiàn)了黑箱建模的思想，啟發(fā)學生利用這些思維方式分析問題解決問題。

對融入相關理論章節(jié)的典型工程應用電路或設備，重點介紹外部特性和關鍵原理，啟發(fā)學生自主思考，通過查閱資料和討論理解工作原理。如變壓器，主要講授電能和磁場能的互相轉(zhuǎn)換原理，剩余內(nèi)容由學生自學完成。

課堂上涉及的工程應用案例有限，可以啟發(fā)學生思考如何利用典型案例解決同一類型問題。如介紹空調(diào)溫度檢測和控制系統(tǒng)，引導學生嘗試設計煉油廠反應器壓力檢測和控制電路、有害氣體報警器等。

四、優(yōu)化多元考核方式，培養(yǎng)科學素質(zhì)和創(chuàng)新思維

近年來普遍采用的多元考核方式有作業(yè)、半開卷考試、課程論文等，根據(jù)卓越計劃特點對考核方式進行優(yōu)化，以重點培養(yǎng)學生的科學素質(zhì)和創(chuàng)新思維。

（一）改革傳統(tǒng)作業(yè)模式，創(chuàng)新多元化考核方式

現(xiàn)有的電工電子學作業(yè)大多是抽象和簡化的電路，實際工程意義已被省略。為了緊密聯(lián)系工程應用，應大量增加具有實際工程背景的作業(yè)。作業(yè)題目應介紹實際應用背景、電路模型與實際器件的對應關系。如一階線性電路暫態(tài)分析作業(yè)采用延時繼電器，二極管作業(yè)采用整流電路，集成運算放大器的作業(yè)采用變送器中信號變換和放大電路等。該類型的作業(yè)不僅能夠使學生明確理論知識的實際應用，而且有助于培養(yǎng)學生的數(shù)學建模能力。

由于電工電子學技術(shù)已經(jīng)滲透到現(xiàn)代化生產(chǎn)和生活的方方面面，一些基本知識和方法隨時可以用到，需要牢記。傳統(tǒng)的閉卷考試容易誤導學生死記硬背應付考試；允許自由攜帶少量資料的半開卷考試容易使學生產(chǎn)生無需記憶的懈怠心理，導致一些需要牢記的知識和方法沒有掌握。為了避免上述問題，可以采用半閉卷的考核方式，即由教師統(tǒng)一提供參考資料。由教師明確哪些知識和方法是需要牢記的（如三相交流電、一階線性電路的暫態(tài)分析等），哪些知識和方法在應用時可以查閱資料 （如常用中規(guī)模組合邏輯電路和時序邏輯電路的功能表）。對于后者，在試卷中應根據(jù)需要提供資料。

為了引導學生建立完整的知識體系，對題目要求進行改革，不再明確指出利用什么方法求哪些參數(shù)，而是由學生根據(jù)應用需要自行確定哪種方法最優(yōu)、哪些關鍵參數(shù)需要分析。這種類型的題目有助于學生明確方法的使用特點、公式的適用條件，培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W精神。

（二）設置課程論文環(huán)節(jié)，培養(yǎng)科學素質(zhì)和創(chuàng)新思維

為了培養(yǎng)學生的科學規(guī)范和創(chuàng)新思維，設置課程論文環(huán)節(jié)。結(jié)合典型電工電子產(chǎn)品講授什么是創(chuàng)新以及創(chuàng)新的重要性。由學生自主選定生活中的電氣電子產(chǎn)品作為研究對象，查閱資料、獨立思考并撰寫論文。要求闡述所選產(chǎn)品的主要工作原理，指出存在的問題，展望發(fā)展方向。學生利用幻燈片做報告，回答提問。該課程論文利用所學知識分析實際電路，不僅有助于激發(fā)學生的學習興趣，而且拓寬了視野。啟發(fā)學生分析電子產(chǎn)品存在的問題，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題的能力。根據(jù)需求啟發(fā)學生分析電子產(chǎn)品的發(fā)展方向，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

從卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的需求出發(fā)，研究少課時“電工電子學”課程的教學內(nèi)容、教學方法、考核方式的改革方案。對于課程論文環(huán)節(jié)，學生選題不僅有傳統(tǒng)的電熱毯、收音機、LED顯示屏等傳統(tǒng)電子產(chǎn)品，還出現(xiàn)了移動電源、智能手環(huán)、心臟起搏器、電吉他等新興產(chǎn)品，豐富了教學內(nèi)容。教師針對學生困惑進行解答，并指導論文寫作規(guī)范，學生科學素養(yǎng)得到培養(yǎng)和鍛煉。課程實踐表明，該方案能夠有效激發(fā)學習興趣，提高理論知識的實際應用能力。該教學方案也可以推廣到其他少課時專業(yè)基礎課，提高學生的實際應用能力。

［1］林健.談實施“卓越工程師培養(yǎng)計劃”引發(fā)的若干變革［J］.中國高等教育，2010（17）：30-32.

［2］王寶璽.關于實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的思考［J］.高校教育管理，2012（1）：15-19.

［3］王菁華，等.“‘卓越計劃’123模式”的創(chuàng)建與實踐研究［J］.高等工程教育研究，2012（3）：47-52.

［4］劉潤華.電工電子學［M］.東營：中國石油大學出版社，2008.

［5］黎明，付揚.少學時電工電子學課程教學改革探究［J］.實驗技術(shù)與管理，2010（11）：292-294.

［6］郝寧眉.電工電子學實驗與實習［M］.東營：中國石油大學出版社，2004.

責任編輯時紅兵

曹玉蘋（1982-），女，山東單縣人，中國石油大學（華東）講師，博士，研究方向為電工電子學基礎課程教學；劉潤華（1958-），男，山東梁山人，中國石油大學（華東）教授，研究方向為電工電子學基礎課程教學；劉復玉（1963-），男，山東濰坊人，中國石油大學（華東）副教授，研究方向為電工電子學基礎課程教學；賀利（1972-），女，四川廣安人，中國石油大學（華東）講師，研究方向為電工電子學基礎課程教學；周蘭娟（1978-），女，山東德州人，中國石油大學（華東）講師，研究方向為電工電子學基礎課程教學。

山東省高等學校教學改革項目“電類基礎課程自主性、探究性教學方法的研究與實踐”（編號：2012145），主持人：劉潤華。

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1001-7518（2015）02-0066-03