研究式教學方法在“電工學”課程中的應用

毛一之，張雪輝，黎 霞

(河北工業(yè)大學電氣工程學院，天津 300130)

當前高等教育改革的時代背景是綜合化、信息化、終身化、國際化;大眾化、工業(yè)化、知識化、全球化。為了適應知識經(jīng)濟發(fā)展的趨勢，需要培養(yǎng)一大批創(chuàng)新型人才;為了適應工業(yè)化進程和產(chǎn)業(yè)結構升級的需要，需要培養(yǎng)一大批實用型人才;為了適應經(jīng)濟全球化趨勢，需要培養(yǎng)具有國際競爭力的人才;為了適應高等教育大眾化的要求，需要增強學生的就業(yè)能力與創(chuàng)業(yè)能力。

1 精品課程建設教改要求

宏觀背景的變化對教學改革提出了更高的要求。國家精品課程建設標準(本科)是一流的師資隊伍，一流的教學內(nèi)容，一流的教學方法，一流的教材，一流的教學管理。高校要通過一系列舉措，使得重視教學、投入教學、研究教學成為大多數(shù)教師的自覺行動，推動一大批學術水平高、科研能力強的教師走上本科講臺，承擔大量核心課程、精品課程的教學工作。建設出一支教學與學術水平兼?zhèn)?，年齡結構、知識結構層次合理的高水平師資隊伍，中青年教師踴躍參與教學并成為教學的中堅力量，為后續(xù)課程建設的持續(xù)發(fā)展打下基礎，即深層次地完成教學中堅力量的新老交替，營造一種以人才培養(yǎng)為己任的氛圍。從而達到提高整體教學質(zhì)量的目的。

在不斷調(diào)整和完善課程結構體系的前提下，重點加強課程內(nèi)涵建設和授課方式的改進，使學生在獲取知識的同時，提高認知能力和研究能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。結合國際相關學科的研究進展及發(fā)展需要，不斷更新課程內(nèi)容，以保證課程的前沿性與先進性。及時反映本學科領域最新的科技成果和實踐動態(tài)，更新并充實教學內(nèi)容;實驗課內(nèi)容的技術性、綜合性和探索性關系處理得當，有效培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

采用能反映課程主講教師的教學思想和該課程教學特色的優(yōu)秀教材，注意吸收借鑒國際國內(nèi)同類型優(yōu)秀教材的成果，為學生研究性學習和自主學習提供有效的文獻資料。開設綜合性、創(chuàng)新性實驗，為本科生參與與課程有關的科研活動提供條件。加強網(wǎng)絡教學資源建設，要保證課程網(wǎng)站運行良好，教學資源豐富，輔教、輔學功能齊全，并能有效共享。

2 深入進行教學方法的研究

我們現(xiàn)有教學方法在培養(yǎng)學生自主學習，創(chuàng)新能力方面與世界發(fā)達國家的教育水平還存在相當差距，因此我們必須在明確教學理念的基礎上，探索和改進我們的教學方法。教學方法改革的關鍵是堅持三個基本科學原則，第一個原則就是教學方法是要以實現(xiàn)教學理念為目標，我們的理念是如何把應試教育與純知識教育轉變?yōu)閯?chuàng)新教育。第二個原則就是多樣化，教學方法一定要多樣化，不同的教學內(nèi)容、不同的教師、不同的學生對應的教學方法應該是多樣化的，沒有哪一個方法永遠是最合適的，所以對教學方法的討論我們認為重點應放在你的教學方法是有利于實現(xiàn)什么樣的教學理念;第三個原則就是教學方法必須符合教育規(guī)律，必須經(jīng)過實踐的檢驗，符合教育規(guī)律并有利于實現(xiàn)科學的教學理念的方法都是好方法。

我們必須進行教學方法的研究與實踐，在這里先對研究式教學方法展開研究與實踐，為高校教師，特別是青年教師搭建一個教學方法研究的平臺。

現(xiàn)代國際主流教育教學理念采用“研究式教學”模式。培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、工程意識、分析問題與解決問題的能力。在“研究式教學”方法中，在課程緒論里就要給出若干研究題目，這些題目是從工程實際和日常生活中提煉出來的，題目的研究多數(shù)是要通過整個課程的學習和研究，才可以得出研究結果。以此引導學生自發(fā)構建學習平臺，實現(xiàn)自主學習的目的。研究型教學方法是以教師的課程內(nèi)容和學生的知識積累為基礎，引導學生創(chuàng)造性地應用知識和能力，自主地發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題。在研討中積累知識、培養(yǎng)能力和鍛煉思維的新型教學模式?；趩栴}的學習;案例研究;項目訓練;指導性設計;小論文研究等都是“研究式教學”方法的例子。

3 研究式教學方法探討

3.1 研究型題目選題的宗旨

選題應該是理論基礎與實踐應用相結合;工程應用與研究設計相結合;基本技能與創(chuàng)新意識相結合;能力培養(yǎng)與安全實踐相結合;趣味性與知識性相結合;漸進提升與個性拓展相結合。引導學生思考、參與，激發(fā)學生的興趣、潛能。

例如題目:設計一個9-30V的直流穩(wěn)壓電源電路;220V、50Hz的電源經(jīng)變壓器降壓、全波整流、濾波和穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓，在輸出端得到9-30V的可調(diào)穩(wěn)壓直流電壓，運行該電路，如有故障則需要分析原因并排除。

該題目任務之一為變壓器參數(shù)設計，任務之二為討論濾波電容C的大小與好壞對電路穩(wěn)定效果的影響，任務之三為討論電位器Rw調(diào)節(jié)的位置對電路輸出電壓的影響。該電路并不是一個完美的電路，運行過程會出現(xiàn)故障，此時需要學生通過理論知識的分析，來分析故障產(chǎn)生的原因，并通過調(diào)節(jié)電路中的某些元件參數(shù)加以改正。完成這個問題需要加深了解變壓器設計時的參數(shù)選擇，需要學習有關穩(wěn)壓電源電路的理論知識，加深對串聯(lián)型穩(wěn)壓電路、集成穩(wěn)壓電路的理解，并提高電路故障的排除技能，掌握示波器、電壓表及萬用表的使用方法。

3.2 “基于問題”精心設計每堂課的教案

教師高提出研究的問題，結合啟發(fā)式教學方法，層層深入。設計互動的環(huán)節(jié)，據(jù)此再引出接下來要研究的問題。這就要求教師提出的問題要有水平:問題要有思考的空間，問題能引出有深度的思考，而不是簡單問題的羅列。

例如，講正弦穩(wěn)態(tài)電路的內(nèi)容是學生接觸正弦交流電的開始，很有必要在此環(huán)節(jié)介紹直流電和交流電的有關工程方面的內(nèi)容。

讓學生分析交流輸電與直流輸電的優(yōu)缺點:交流輸電線路中，除了有導線的電阻損耗外還有交流感抗的損耗。為了解決交流輸電電阻的損耗，采用高壓和超高壓輸電來減小電流減小損耗，但是交流電感損耗不能減少，因此交流輸電的距離不能做到太遠。如果線路過長，輸送的電能就會全部消耗在輸電線路上。交流輸電并網(wǎng)還要考慮相位的一致，如果相位不一致兩組發(fā)電機并網(wǎng)會互相抵消。

直流輸電是電力系統(tǒng)中近年來迅速發(fā)展的一項新技術。直流輸電克服了上述電感的損耗，只有導線電阻的損耗。主要應用于遠距離大容量輸電、電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、遠距離海底電纜或大城市地下電纜送電、配電網(wǎng)絡的輕型直流輸電等方面?，F(xiàn)在隨著電壓等級的升高，大系統(tǒng)互聯(lián)等等原因，直流輸電的前景越來越好。

在講節(jié)點電位法時，抓住KCL定律的應用，用節(jié)點電壓寫出每一支路的電流，然后列出KCL方程，這樣減輕了學生死記硬背公式的負擔，加深了對基本定律的理解，免除了套用公式時由于條件不符時產(chǎn)生的錯誤。

3.3 在研究式教學方法的實施

在研究型教學方法的實施過程中，要求教師有工程眼界;有工程經(jīng)驗。要讓學生了解工程師在創(chuàng)造設計新東西過程中的主要思路:模塊化思想(抽象的觀點);只關心最影響性能的部分(近似簡化的觀點);從不同角度思考問題(等效變換的觀點);對功率、效率、靈敏度、可靠性的關注。要讓學生掌握分類方法:將問題分成相互并行的幾個方面(縱向);分層方法:將問題分成上下層次的幾個方面(橫向);分解方法:將問題分成相互關聯(lián)的幾個方面;分步方法:與分解類似，但更多地體現(xiàn)在時間過程中;合成方法:與分解相對應，分解的逆過程;概括方法:對一個問題的精練描述，如論文摘要。

在研究式教學方法實施過程中，注重教學內(nèi)容的更新，要求任課教師結合自己的科研成果和現(xiàn)代科學技術發(fā)展的趨勢，及時更新授課內(nèi)容。講授內(nèi)容突出“少而精”的原則，重在講思路、講線索、講重點和難點。要求任課教師充分調(diào)動學生學習的自主性，為學生提供自由提問、質(zhì)疑、探究、討論問題的機會。并建議任課教師在每次討論或講述前，向?qū)W生發(fā)放討論或講述內(nèi)容提綱，便于學生充分準備。任課教師應指導學生課外閱讀，定期檢查學生的讀書筆記。課程的作業(yè)要有利于學生的自主學習。任課教師必須精心設計作業(yè)(包括習題、大作業(yè)、課程設計、專題研究報告等)。習題課、輔導課的課時不少于總學時的三分之一。習題課采取學生主講，輔導教師總結的方式進行，以加強學生學習能力的培養(yǎng)。

3.4 研究性題目的選擇安排

我們選擇安排的電子技術相關題目如:電壓超限報警電路的設計可鞏固窗口比較器和555電路的知識以及各種邏輯門的使用;編碼電子鎖的設計可鞏固觸發(fā)器和門電路的學習;多路數(shù)據(jù)巡回檢測電路會用到包括寄存器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)選擇器和數(shù)字分配器等多個中等規(guī)模集成電路的內(nèi)容;廣告燈控制電路包括了倒數(shù)計數(shù)、逐位顯示和蜂鳴報警電路等單元部分，會用到顯示譯碼器、計數(shù)器和555電路等電子知識。

我們的設計題目還包括一些傳統(tǒng)課題，如功能數(shù)字鐘的電路設計、數(shù)字頻率計的電路設計等題目。指導教師在告訴學生研究、設計題目的同時，還要把實驗室的現(xiàn)有資源給學生講清楚，學生可在這些限定的條件下進行設計，比如:實驗室可提供的觸發(fā)器只有JK觸發(fā)器，邏輯門只有與非門。這樣學生在設計過程中用到其它的觸發(fā)器和邏輯門時可以相應的改成實驗室已有的器件。這就要求他們要熟練的掌握課本上的理論知識，能夠隨機應變。如果實驗室確實無法提供的器件，我們也鼓勵學生自己去購買，這使得他們熟悉了更多新型電子器件的規(guī)格和功能，提高他們親力親歷的能力和學習興趣。

進行預設計時要鼓勵學生用模塊化的分析和設計方法進行設計。學生通過查閱資料，根據(jù)設計要求自行確定設計方案，給學生提供更大的自主權，使學生能夠相對獨立的進行實踐，充分揚其所長。

4 實驗開設方式

4.1 實驗方式和考核方式

實驗開設方式為指導、自主、綜合、設計等逐步提高的實驗教學方式;課內(nèi)、課外、必做、選做、開放、培訓、競賽等多種實驗開設形式;以及操作、答辯、撰寫小論文、完成小項目等多種考核方式。同時，建立分層次的綜合實驗教學方案，根據(jù)加強培養(yǎng)實踐能力和創(chuàng)新意識的宗旨，更新實驗內(nèi)容，自制與實驗內(nèi)容相配套的實驗箱。按照技術專業(yè)開設的課程優(yōu)化組合成三個層次的實驗。在第一層次實驗中，學生按照教材的要求，完成實驗。在第二層次的實驗中，學生按照教材提出的設計要求，查閱資料，設計方案，完成實驗。在第三層次的實驗中，進一步加大實驗難度，以便于更好地發(fā)展學生的創(chuàng)造性思維能力。

4.2 學生實驗的自主性

為增強學生學習的主動性和參與性，在電子技術實驗中，設置了“四人搶答器電路”的綜合實驗項目。搶答器的電路主要有組合邏輯電路、時序控制電路、晶體管放大電路以及外圍電路組成。整個實驗中，學生從分析電路功能開始，到查閱相關資料，最后搭建電路進行調(diào)試。涉及所學電工學中的知識有:直流;二極管、三極管的管腳判斷及性能分析;單管放大電路知識;數(shù)字電子技術方面的內(nèi)容(組合邏輯電路、時序邏輯電路、數(shù)碼顯示電路)。在綜合實驗中，學生獨立搭建電路，分析原理，教師在學生做實驗中給與適當指導，幫助學生進行故障診斷，最后調(diào)試出結果。這樣學生可以從四人搶答器綜合實驗中了解到如何應用所學知識解決實際問題，并加深對電工技術和電子技術相關知識的理解。

4.3 學生實驗的能力提高

基于工程和研究實踐的題目，使學生無法僅依靠教科書就能完成任務，必須翻閱雜志、上網(wǎng)查詢資料，甚至做市場調(diào)研，拉近了學生與社會的距離，提高了學生的自主學習能力和創(chuàng)新研究意識;大量的信息需要處理，鍛煉了學生的綜合分析能力;成本核算、產(chǎn)品研制的過程建立了學生的工程意識;分組分工的完成模式，大大提高了學生的交流和協(xié)作能力。這些工作對學生的專業(yè)品質(zhì)培養(yǎng)、工程思想樹立、操作能力鍛煉都有重要的意義。在對05、06、07、08、09級學生進行的回訪中，大多數(shù)學生認為采用該教學方法不僅能學習基礎理論，還能擴展知識，擴展思路，同時提高了學習興趣，鍛煉了實際動手和語言表達能力，培養(yǎng)了團隊合作精神。

5 結語

面對合作和競爭的世界，創(chuàng)新能力決定勝利者。中國必須建設創(chuàng)新型國家，建設創(chuàng)新型國家，人才是關鍵，人才又直接與教育相連。科學、技術、工程教育是重要一環(huán)。工程包含研究到實際應用的全周期，因此工程專業(yè)比其他專業(yè)更能傳播創(chuàng)新思想，弘揚創(chuàng)新精神，創(chuàng)造新的解決方案來改進我們的生活，把夢想變成現(xiàn)實，幫助我們滿足21世紀的需求。工程專業(yè)的學生肩負著建設“創(chuàng)新性國家”的重擔。

經(jīng)濟危機將催生技術革命，發(fā)達國家不斷更新和調(diào)整各自的科學發(fā)展戰(zhàn)略;把增強自主創(chuàng)新能力作為調(diào)整產(chǎn)業(yè)結構和轉變發(fā)展方式的中心環(huán)節(jié);建設創(chuàng)新型國家是貫徹科學發(fā)展的必然要求;信息時代的創(chuàng)新能力比資本更決定國家核心競爭力;讓我們共同努力推動科學發(fā)展，著力自主創(chuàng)新，迎接新的國際競爭挑戰(zhàn)。

［1］ 李元杰，現(xiàn)代教學理念與教學方法的改革，第四屆電工電子論壇大會報告，2008.11.30，西安.

［2］ 劉時進，基于研究型教學改革的“數(shù)字電子技術”課程教學方法研究，第五屆電工電子論壇論文集，2009.11.30，杭州

［3］ 樊明武，工程基礎課程的特色與使命，第五屆電工電子論壇大會報告，2009.11.30，杭州.