基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的電工電子技術(shù)課程教學(xué)改革

高 妍 陳惠英 申紅燕 李鳳霞

太原理工大學(xué)電氣與動力工程學(xué)院 山西太原 030024

十九大報告中提出：“創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力，是建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系的戰(zhàn)略支撐。要把我國加快建設(shè)成創(chuàng)新型國家?！眲?chuàng)新型國家的建設(shè)離不開創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，高等院校作為人才培養(yǎng)的基地對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)擔(dān)負(fù)著舉足輕重的責(zé)任，高等教育必須著眼于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。電工電子技術(shù)作為高校為非電類理工科專業(yè)學(xué)生開設(shè)的一門不可或缺的專業(yè)基礎(chǔ)課，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力起著重要的作用。隨著電氣設(shè)備的廣泛應(yīng)用及電氣自動化的飛速發(fā)展，電工電子技術(shù)幾乎滲透到生活和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，因此電工電子技術(shù)課程的教學(xué)改革與研究對培養(yǎng)各行各業(yè)具有創(chuàng)新能力的工程技術(shù)人員有著重要的意義。

1 課程現(xiàn)狀及改革的必要性

我校開設(shè)電工電子技術(shù)課程的有機(jī)械、車輛、化工、熱能、土木、材料、環(huán)工、采礦、力學(xué)、水利、物電、紡織等專業(yè)，為了適應(yīng)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)需求，2010年以來我校還在機(jī)械、化工、采礦等專業(yè)設(shè)立卓越班，同時在全校范圍選取優(yōu)秀學(xué)生組建了創(chuàng)新班，電工電子技術(shù)同樣是這些班級的必修課程。眾所周知，電工電子技術(shù)是一門理論性、實踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。開設(shè)這門課程的目的是使學(xué)生獲得電工電子技術(shù)必要的基本理論、基本知識和基本技能，并能應(yīng)用現(xiàn)代化的分析手段和集成應(yīng)用技術(shù)解決本專業(yè)的實際問題，了解電工及電子線路的最新發(fā)展概況，為今后進(jìn)一步的專業(yè)學(xué)習(xí)以及從事與本專業(yè)有關(guān)的工程技術(shù)工作打下一定的基礎(chǔ)[1]。由于專業(yè)不同，培養(yǎng)目標(biāo)不同，對本門課程在理論教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)的要求也不盡相同。

從電工電子技術(shù)理論教學(xué)內(nèi)容方面來看，要求對于不同專業(yè)不同層次的學(xué)生授課內(nèi)容的側(cè)重面要有所不同，因此在教材的編寫上要做到兼顧不同專業(yè)，知識面寬，實踐性強(qiáng)。盡管我校電工基礎(chǔ)部近年來在教材建設(shè)上不斷出新，在課程安排上也根據(jù)專業(yè)分為不同的模塊，但由于電工電子新技術(shù)及新產(chǎn)品層出不窮，而課時卻不斷壓縮，現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式依然不能滿足時代發(fā)展和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要，必須繼續(xù)進(jìn)行改革，使課程內(nèi)容與時俱進(jìn)。

從電工電子技術(shù)工程實踐方面來看，雖然我校在多年的教學(xué)改革中進(jìn)行了大量嘗試性研究，建立了電工電子技術(shù)實驗中心和EDA仿真機(jī)房，但現(xiàn)有的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)仍以驗證型實驗為主，缺乏設(shè)計型和綜合創(chuàng)新型實驗，實驗步驟都是書本設(shè)計好的，學(xué)生只需要按照實驗指導(dǎo)書進(jìn)行簡單線路連接和測試，在實驗過程中遇到問題大多數(shù)學(xué)生缺乏主動性和積極性，不會自己分析出現(xiàn)故障的原因。而在仿真教學(xué)方面，引入Multisim或EWB仿真軟件的目的是通過仿真使學(xué)生加深對課堂基礎(chǔ)理論知識的理解，提高學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生預(yù)習(xí)實驗，提高實驗效率，更主要的目的是為學(xué)生進(jìn)行設(shè)計型、綜合型實驗提供調(diào)試方便，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)應(yīng)用現(xiàn)代化分析手段獨立分析問題和解決問題的能力。但由于仿真教學(xué)與實驗教學(xué)在時間和空間上沒有真正融合，很難達(dá)到相輔相成、相互促進(jìn)的效果，學(xué)生把大量的時間都用于學(xué)習(xí)和熟練軟件以及應(yīng)付上機(jī)考試上，很少有學(xué)生能利用所學(xué)知識將仿真與實際電路相結(jié)合，仿真教學(xué)沒有起到預(yù)期的效果。因此，為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、提高學(xué)生的實際動手能力、促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的發(fā)展，有必要充分整合現(xiàn)有資源，對實踐教學(xué)內(nèi)容和方式進(jìn)行改革。

2 課程教學(xué)改革方式探索

電工電子技術(shù)課程教學(xué)改革主要從課堂教學(xué)和實驗教學(xué)兩方面進(jìn)行。

2.1 課堂教學(xué)改革

針對課堂教學(xué)環(huán)節(jié)存在的問題，根據(jù)教學(xué)大綱要求，結(jié)合當(dāng)前社會對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求，從以下幾方面進(jìn)行了改革和探索。

2.1.1 將現(xiàn)代化教學(xué)手段與EDA仿真緊密結(jié)合，優(yōu)化教學(xué)效果

電工電子技術(shù)是一門理論性很強(qiáng)的課程，具有知識量大、覆蓋面廣的特點，而學(xué)時卻較少，雖然多媒體教學(xué)提高了教學(xué)效率，但對于一些比較抽象難懂的內(nèi)容，教師雖然講得口干舌燥，學(xué)生也仍是一臉懵懂，無法理解。要想優(yōu)化教學(xué)效果，必須將EDA仿真教學(xué)引入課堂。例如在講暫態(tài)分析、單管放大、波形變換、計數(shù)器等內(nèi)容時，將EDA仿真穿插其中，形象直觀，使學(xué)生對深奧抽象的理論更容易理解。仿真教學(xué)的引入可以把課堂教學(xué)由以教師講授為主的模式變?yōu)閹熒拥哪Ｊ?，學(xué)生在課后還可通過仿真檢查作業(yè)或預(yù)習(xí)新內(nèi)容，起到事半功倍的效果，使學(xué)生從被動接受轉(zhuǎn)為主動學(xué)習(xí)，同時培養(yǎng)了學(xué)生應(yīng)用現(xiàn)代化分析手段獨立分析問題和解決問題的創(chuàng)新能力[2]。

此外，針對部分學(xué)生遠(yuǎn)在大學(xué)城，遇到問題無法及時與教師溝通的現(xiàn)象，還可以采用慕課和網(wǎng)絡(luò)在線答疑的方式作為課堂教學(xué)的延續(xù)和補(bǔ)充。

2.1.2 將實際項目引入教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性

過去的教學(xué)方式是以教師為主體，教師在理論講授中往往將重心放到概念講解或大篇幅的公式推導(dǎo)及計算上，學(xué)生在課堂上只能學(xué)到一些解題的技巧或空洞的概念，不知道學(xué)習(xí)這門課程對自己到底有什么用，因而提不起興趣。為此我們在授課內(nèi)容和教學(xué)方式上進(jìn)行了改革，在授課內(nèi)容上向應(yīng)用傾斜，在基本知識講解的基礎(chǔ)上不斷收集整理與課程內(nèi)容相關(guān)的新技術(shù)、新應(yīng)用并補(bǔ)充到課堂教學(xué)中，使學(xué)生進(jìn)一步了解電工電子技術(shù)在日常生活和工程實踐中的前沿應(yīng)用，同時針對不同的專業(yè)，選取與專業(yè)相關(guān)聯(lián)又與本課程相契合的工程項目引入教學(xué)過程中，啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生將項目分解成簡單的模塊，并將學(xué)生分組解決不同的問題，讓學(xué)生在掌握基礎(chǔ)的理論知識的前提下，帶著任務(wù)深入學(xué)習(xí)，充分挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛能，鼓勵學(xué)生課下上網(wǎng)查文獻(xiàn)，課堂上組織各小組學(xué)生分享自己的收獲和體會，充分討論，互相協(xié)作提出解決方案，教師最后進(jìn)行點評和總結(jié)。這種教學(xué)方式不僅能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和分析解決問題的能力，同時也要求教師具有較高的理論水平和科研能力，這種教學(xué)方式尤其適用于卓越班和創(chuàng)新班。

2.2 實驗教學(xué)改革

電工電子技術(shù)課程具有很強(qiáng)的應(yīng)用性和實踐性，而實驗是培養(yǎng)理論聯(lián)系實際和學(xué)生動手能力的重要手段，實驗教學(xué)效果的好壞對學(xué)生電工電子理論知識掌握以及對后續(xù)課程學(xué)習(xí)產(chǎn)生直接影響，因此，電工電子技術(shù)實驗教學(xué)在整個課程的學(xué)習(xí)過程中非常重要。實驗教學(xué)改革主要從以下方面進(jìn)行。

2.2.1 整合機(jī)房與實驗室資源，提高實驗效率

Multisim仿真軟件具有強(qiáng)大的分析功能和逼真的虛擬仿真平臺，具有輔助實驗教學(xué)的作用。每學(xué)期雖然開設(shè)了16學(xué)時的仿真教學(xué)和8～12學(xué)時的實驗教學(xué)，但由于仿真教學(xué)與實驗教學(xué)在時間和空間上沒有真正融合，很難達(dá)到相輔相成、相互促進(jìn)的效果。因此需要將機(jī)房設(shè)備與實驗室資源進(jìn)一步整合，每個實驗臺上安裝1臺仿真用計算機(jī)，將仿真課與實驗課合二為一，每次在做實物實驗之前先在仿真平臺上搭建電路，利用虛擬儀器進(jìn)行仿真，真正起到預(yù)習(xí)實驗、進(jìn)行電路設(shè)計和調(diào)試的作用，經(jīng)過仿真后再進(jìn)行實際動手操作，可以提高實驗效率，利用軟件還可進(jìn)行故障分析，減少實驗器材的損耗，將軟件仿真與硬件實驗相結(jié)合，既克服了純粹仿真的盲目性和非真實性缺陷，又彌補(bǔ)了由于實驗設(shè)備的局限導(dǎo)致有些結(jié)果無法分析的不足，而且可以保證在總的實踐學(xué)時不變的情況下開設(shè)更多的實驗項目，進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.2.2 實驗內(nèi)容改革

實驗內(nèi)容的選取應(yīng)根據(jù)實驗教學(xué)大綱要求，本著驗證、設(shè)計和綜合創(chuàng)新型實驗相結(jié)合的原則，根據(jù)各專業(yè)的特點和理論教學(xué)情況進(jìn)行教學(xué)。適當(dāng)增加設(shè)計和綜合創(chuàng)新型實驗所占的比重。其中驗證型實驗旨在要求學(xué)生了解和熟悉電路的基本特點和規(guī)律，通過這些實驗幫助學(xué)生掌握基本的實驗技能和儀器的使用方法，培養(yǎng)以實驗為基礎(chǔ)的分析問題、解決問題和獨立思考的能力[3]，達(dá)到課堂理論與實踐相結(jié)合的目的，為設(shè)計型實驗和綜合創(chuàng)新型實驗打下良好的基礎(chǔ)。

在驗證型實驗和教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，設(shè)置設(shè)計型實驗。例如，在學(xué)生掌握基本的模數(shù)電路理論和芯片的測試方法后，讓學(xué)生設(shè)計一些有趣的或生活中常用的小電路，例如設(shè)計水位報警器、交通燈控制器、數(shù)字日歷、彩燈控制等，教師提供必要的元器件芯片，提出實驗最后應(yīng)實現(xiàn)的效果，由學(xué)生自己動手進(jìn)行設(shè)計調(diào)試，學(xué)生在完成了指定的設(shè)計任務(wù)后，再鼓勵他們繼續(xù)改進(jìn)，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力。

在以上兩類實驗的基礎(chǔ)上，卓越班、創(chuàng)新班及機(jī)械、過控等多學(xué)時專業(yè)學(xué)生開發(fā)綜合創(chuàng)新型實驗。綜合創(chuàng)新型實驗的規(guī)模較大，可與大創(chuàng)項目或競賽項目相結(jié)合，對于本科生來說具有一定的挑戰(zhàn)性，用到的知識點多，需要查閱大量書籍和資料，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生采用不同的方式實現(xiàn)，注重培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識的能力。學(xué)生應(yīng)先確定設(shè)計思路，在計算機(jī)上進(jìn)行仿真調(diào)試修改，仿真可行后再按照仿真電路搭建實際電路進(jìn)行調(diào)試，可能需要花較多時間，所以采用開放性實驗教學(xué)模式。綜合創(chuàng)新型實驗有利于提高學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力，使學(xué)生受到更為實際、全面的科學(xué)研究訓(xùn)練[4]。

2.2.3 實踐考核方式改革

機(jī)房設(shè)備與實驗室資源整合后，采取將仿真與實驗相結(jié)合的實踐考核方式，嚴(yán)格實驗管理和考核制度，實踐成績占總成績的40%，提高了學(xué)生對實踐環(huán)節(jié)的重視程度。對學(xué)生每一個實驗的仿真和實驗環(huán)節(jié)都要進(jìn)行考核，提高設(shè)計實驗和綜合創(chuàng)新實驗所占的分值，側(cè)重學(xué)生的創(chuàng)新思維和動手能力考核，有效避免了高分低能現(xiàn)象，提高了學(xué)生的動手能力和工程實踐能力。

由于師資力量和實驗室經(jīng)費有限，上述電工電子技術(shù)教學(xué)改革先在創(chuàng)新班進(jìn)行了試點，并指導(dǎo)創(chuàng)新班學(xué)生參與多項大創(chuàng)項目，取得了良好的成績，之后將在總結(jié)和改進(jìn)的同時進(jìn)一步推廣。

3 結(jié)語

電工電子技術(shù)課程是我校的省級精品課程，雖然我校電工基礎(chǔ)部一直致力于課程改革與建設(shè)并取得了一定成效，但改革是一項長期而艱巨的任務(wù)，必須與時俱進(jìn)，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，才能培養(yǎng)出更多具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。