□蘇圣超 陳國(guó)明 張中偉

一、引言

《電工學(xué)》課程是面向高等院校工科非電類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課[1]。該課程的教學(xué)任務(wù)是使學(xué)生獲得電工技術(shù)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程以及今后從事的工程技術(shù)工作和科學(xué)研究工作打下必要的理論與工程實(shí)踐基礎(chǔ)[2]。近年來(lái)，上海工程技術(shù)大學(xué)積極響應(yīng)教育部新工科教育，確定了“系統(tǒng)規(guī)劃、逐步實(shí)施、突出特色、重在建設(shè)”的重點(diǎn)課程建設(shè)方針，在教學(xué)內(nèi)容體系構(gòu)建、師資隊(duì)伍建設(shè)、教學(xué)實(shí)施、實(shí)踐教學(xué)等環(huán)節(jié)進(jìn)行了多方面的探索與實(shí)踐，較好地處理了繼承與創(chuàng)新的關(guān)系。

工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力是對(duì)“新工科”背景下高素質(zhì)人才的基本要求[3]。在強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的教育改革形勢(shì)下，需要對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)課的傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行改革，提倡工程應(yīng)用理念[4]。《電工學(xué)》是一門帶有很強(qiáng)工程實(shí)踐背景的專業(yè)基礎(chǔ)課，從電工學(xué)實(shí)踐入手改革具有現(xiàn)實(shí)意義。而且，從此類專業(yè)基礎(chǔ)課著手培養(yǎng)工程意識(shí)，也為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)以及提高工程設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力拓展了空間。

本文以工程應(yīng)用能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的電工學(xué)實(shí)踐教學(xué)改革，旨在將工程設(shè)計(jì)理念融合進(jìn)電工技術(shù)實(shí)踐教學(xué)和設(shè)計(jì)中，探索符合學(xué)生實(shí)際情況的工程教學(xué)模式與方法，從而提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)實(shí)踐的意識(shí)和能力，為激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑問(wèn)難、創(chuàng)新精神等做出嘗試。

二、實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容組織和安排方式

在以工程應(yīng)用為培養(yǎng)模式的導(dǎo)向下，將實(shí)踐教學(xué)分為三個(gè)基本層次：知識(shí)優(yōu)化、實(shí)踐訓(xùn)練、能力培養(yǎng)，根據(jù)工程實(shí)踐的內(nèi)容，采取不同的教學(xué)組織方式。要求教師與學(xué)生深入理解工程教學(xué)模式，無(wú)論是在課程教學(xué)還是在實(shí)踐教學(xué)中都需要加強(qiáng)工程意識(shí)培養(yǎng)。在課程教學(xué)中適時(shí)地布置或引導(dǎo)學(xué)生完成具有工程背景的綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。同時(shí)，上海工程技術(shù)大學(xué)工程實(shí)訓(xùn)中心的西門子或相關(guān)系列的PLC實(shí)驗(yàn)室可為學(xué)生提供豐富的實(shí)訓(xùn)資源，使得在基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)室中無(wú)法完成的綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目可以在開放實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行。

對(duì)學(xué)生而言，每次實(shí)踐必須明確需要掌握的學(xué)習(xí)成果及相應(yīng)課程的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)或考核方法，以便教師建立合理有效的考核評(píng)價(jià)機(jī)制，對(duì)學(xué)生進(jìn)行有效全面的評(píng)估，提升學(xué)生的工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力，積極鼓勵(lì)和指導(dǎo)學(xué)生，并組織學(xué)生參加各種機(jī)電類學(xué)科競(jìng)賽，通過(guò)實(shí)踐指導(dǎo)與賽前培訓(xùn)，吸引更多感興趣的學(xué)生參與其中，擴(kuò)大工程教育的影響面和學(xué)生的受益面，并從中選拔優(yōu)秀學(xué)生為企業(yè)培養(yǎng)卓越的工程技術(shù)人才。

三、相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)條件及改善

上海工程技術(shù)大學(xué)工程實(shí)訓(xùn)中心作為全校的創(chuàng)新實(shí)踐基地，建設(shè)了多個(gè)綜合性和基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)室如電工實(shí)習(xí)室和電子實(shí)習(xí)室等可提高學(xué)生基礎(chǔ)動(dòng)手能力，綜合性實(shí)驗(yàn)室如PLC實(shí)訓(xùn)室、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室等，可進(jìn)一步提高學(xué)生創(chuàng)新能力和工程設(shè)計(jì)能力。但由于部分實(shí)驗(yàn)室設(shè)備較為基礎(chǔ)，不能較好地滿足以工程應(yīng)用為目標(biāo)的實(shí)訓(xùn)需求，所以亟需更新教學(xué)模塊，增加新的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，如在電工實(shí)訓(xùn)中采用PLC控制模塊，并強(qiáng)化學(xué)生PLC編程能力，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)控制。

此外，應(yīng)當(dāng)以工程教育模式為基礎(chǔ)，建立和完善電工實(shí)踐教學(xué)體系和平臺(tái)，并進(jìn)一步強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)，逐步建設(shè)和完善管理規(guī)章制度，為學(xué)生提供較為良好的工程實(shí)踐環(huán)境和條件，也為豐富教師的帶教經(jīng)驗(yàn)提供教學(xué)平臺(tái)。

四、實(shí)踐教學(xué)改革的方法和手段

(一)創(chuàng)新實(shí)踐內(nèi)容與考核方式。新工科背景下基于工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)理念，將目標(biāo)能力指標(biāo)有機(jī)地導(dǎo)入到電工技術(shù)實(shí)踐類公共選修課中，設(shè)計(jì)知識(shí)環(huán)節(jié)相扣、具有廣度和深度的創(chuàng)新性實(shí)踐內(nèi)容及多元化能力考核方式，使學(xué)生提高動(dòng)手能力，創(chuàng)新意識(shí)。

(二)實(shí)例教學(xué)。將工程應(yīng)用的案例融合進(jìn)電工課程的實(shí)踐教學(xué)中，在培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)實(shí)踐的意識(shí)和能力，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑問(wèn)難、發(fā)現(xiàn)探究的創(chuàng)新精神等方面，做出實(shí)踐嘗試與探索研究。

(三)開放實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室開放以來(lái)，經(jīng)常會(huì)有學(xué)生來(lái)與教師探討問(wèn)題，從而也營(yíng)造了一種氛圍，調(diào)動(dòng)了部分學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與探索精神。相關(guān)實(shí)驗(yàn)室將面向有需要的教師、研究生及本科生全天開放，使得學(xué)生或者教師在基礎(chǔ)中突破創(chuàng)新，積極用于指導(dǎo)各類大學(xué)生工程實(shí)踐，也可服務(wù)于科研。同時(shí)也可成為大學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目的實(shí)踐基地，從而為學(xué)生進(jìn)入企業(yè)實(shí)習(xí)或參加電類學(xué)科競(jìng)賽提供工程實(shí)踐機(jī)會(huì)。

(四)引入VR技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)。在教學(xué)中引入VR(虛擬仿真)技術(shù)，既可以豐富教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效果，又可以進(jìn)行“虛擬實(shí)踐”彌補(bǔ)實(shí)踐環(huán)節(jié)的不足。如對(duì)于電工學(xué)中一些重要的知識(shí)點(diǎn)和相對(duì)抽象的內(nèi)容，可以通過(guò)MATLAB與Multisim軟件在課堂上輔助講解電路方面的知識(shí)，不僅能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，還能夠通過(guò)形象的仿真環(huán)節(jié)鞏固和加深對(duì)抽象理論知識(shí)的理解，使學(xué)生更好地理解電路工作原理，對(duì)工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)起到很好的作用。另一方面，將基于MATLAB與Multisim的“虛擬實(shí)驗(yàn)”引入實(shí)踐教學(xué)，通過(guò)模擬實(shí)踐環(huán)節(jié)，一定程度上解決了實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)資源的短缺問(wèn)題。此外，運(yùn)用二維、三維動(dòng)畫技術(shù)開發(fā)預(yù)習(xí)軟件幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)分布式的課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)；學(xué)生課前運(yùn)用預(yù)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行自主預(yù)習(xí)：通過(guò)預(yù)習(xí)問(wèn)答、仿真接線和仿真測(cè)試三個(gè)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)細(xì)節(jié)，讓學(xué)生能夠初步了解學(xué)習(xí)者自身實(shí)踐內(nèi)容的掌握情況以便更改學(xué)習(xí)進(jìn)度。總之，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用可以有效地解決實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)資源短缺、設(shè)備不能及時(shí)更新、實(shí)踐耗材不足、存在污染、不可能智能化等問(wèn)題。

(五)課外培養(yǎng)模式。電工學(xué)實(shí)踐注重知識(shí)、能力、素質(zhì)的有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的綜合能力和思維能力。利用學(xué)校工程實(shí)訓(xùn)中心提供的創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)，支持學(xué)生積極申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，并鼓勵(lì)他們積極參加學(xué)校的電工學(xué)科相關(guān)的各類競(jìng)賽，如“西門子”杯全國(guó)大學(xué)生工業(yè)自動(dòng)化比賽、大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽以及挑戰(zhàn)杯等。以競(jìng)賽為導(dǎo)向激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)電工技術(shù)的興趣，同時(shí)通過(guò)學(xué)科競(jìng)賽挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛力，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力，作為實(shí)踐環(huán)節(jié)的補(bǔ)充。目前已經(jīng)做到優(yōu)秀的學(xué)生能夠得到進(jìn)一步指導(dǎo)，并且在學(xué)科競(jìng)賽中取得優(yōu)秀的成績(jī)。

五、初步成效

上述提出的教學(xué)改革方式已在學(xué)校電工學(xué)實(shí)踐教學(xué)中逐步實(shí)施，也初步取得了一些成效，主要有以下幾方面：一是學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性也在提高，很多學(xué)生主動(dòng)參加了中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)主辦的“全國(guó)大學(xué)生電工技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)與創(chuàng)新競(jìng)賽”，并獲獎(jiǎng)。二是在電工相關(guān)的學(xué)科競(jìng)賽中，上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)生獲得省部級(jí)以上獎(jiǎng)項(xiàng)越來(lái)越多。三是獲批電工學(xué)科的大學(xué)生國(guó)家創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目數(shù)不斷增加，已完成的項(xiàng)目結(jié)題優(yōu)秀率也在提高。

六、結(jié)語(yǔ)

在新工科建設(shè)背景下，將工程教育理念引入到電工學(xué)實(shí)踐教學(xué)中，探索有效的教學(xué)模式，引入虛擬仿真理念，以電類學(xué)科競(jìng)賽作為實(shí)踐環(huán)節(jié)的補(bǔ)充，初步取得了較好的教學(xué)效果，促進(jìn)了學(xué)生的工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。