以工程應用能力培養(yǎng)為導向的電工學實踐教學改革探索

□蘇圣超 陳國明 張中偉

一、引言

《電工學》課程是面向高等院校工科非電類專業(yè)開設的一門專業(yè)基礎課[1]。該課程的教學任務是使學生獲得電工技術的基本理論、基本知識和基本技能，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，為學生學習后續(xù)專業(yè)課程以及今后從事的工程技術工作和科學研究工作打下必要的理論與工程實踐基礎[2]。近年來，上海工程技術大學積極響應教育部新工科教育，確定了“系統(tǒng)規(guī)劃、逐步實施、突出特色、重在建設”的重點課程建設方針，在教學內容體系構建、師資隊伍建設、教學實施、實踐教學等環(huán)節(jié)進行了多方面的探索與實踐，較好地處理了繼承與創(chuàng)新的關系。

工程實踐與創(chuàng)新能力是對“新工科”背景下高素質人才的基本要求[3]。在強調培養(yǎng)學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的教育改革形勢下，需要對專業(yè)基礎課的傳統(tǒng)教學模式進行改革，提倡工程應用理念[4]。《電工學》是一門帶有很強工程實踐背景的專業(yè)基礎課，從電工學實踐入手改革具有現實意義。而且，從此類專業(yè)基礎課著手培養(yǎng)工程意識，也為學生后續(xù)專業(yè)課的學習以及提高工程設計和創(chuàng)新能力拓展了空間。

本文以工程應用能力培養(yǎng)為導向的電工學實踐教學改革，旨在將工程設計理念融合進電工技術實踐教學和設計中，探索符合學生實際情況的工程教學模式與方法，從而提高學生主動學習、主動實踐的意識和能力，為激發(fā)和培養(yǎng)學生質疑問難、創(chuàng)新精神等做出嘗試。

二、實踐教學的內容組織和安排方式

在以工程應用為培養(yǎng)模式的導向下，將實踐教學分為三個基本層次：知識優(yōu)化、實踐訓練、能力培養(yǎng)，根據工程實踐的內容，采取不同的教學組織方式。要求教師與學生深入理解工程教學模式，無論是在課程教學還是在實踐教學中都需要加強工程意識培養(yǎng)。在課程教學中適時地布置或引導學生完成具有工程背景的綜合實訓項目。同時，上海工程技術大學工程實訓中心的西門子或相關系列的PLC實驗室可為學生提供豐富的實訓資源，使得在基礎課實驗室中無法完成的綜合實訓項目可以在開放實驗中進行。

對學生而言，每次實踐必須明確需要掌握的學習成果及相應課程的評價標準或考核方法，以便教師建立合理有效的考核評價機制，對學生進行有效全面的評估，提升學生的工程實踐與創(chuàng)新能力，積極鼓勵和指導學生，并組織學生參加各種機電類學科競賽，通過實踐指導與賽前培訓，吸引更多感興趣的學生參與其中，擴大工程教育的影響面和學生的受益面，并從中選拔優(yōu)秀學生為企業(yè)培養(yǎng)卓越的工程技術人才。

三、相應的實踐教學條件及改善

上海工程技術大學工程實訓中心作為全校的創(chuàng)新實踐基地，建設了多個綜合性和基礎性的實驗實訓室。對于學生來說，基礎性實驗室如電工實習室和電子實習室等可提高學生基礎動手能力，綜合性實驗室如PLC實訓室、創(chuàng)新實驗室等，可進一步提高學生創(chuàng)新能力和工程設計能力。但由于部分實驗室設備較為基礎，不能較好地滿足以工程應用為目標的實訓需求，所以亟需更新教學模塊，增加新的實驗實訓項目，如在電工實訓中采用PLC控制模塊，并強化學生PLC編程能力，實現多臺電動機自動控制。

此外，應當以工程教育模式為基礎，建立和完善電工實踐教學體系和平臺，并進一步強化實踐環(huán)節(jié)教學，逐步建設和完善管理規(guī)章制度，為學生提供較為良好的工程實踐環(huán)境和條件，也為豐富教師的帶教經驗提供教學平臺。

四、實踐教學改革的方法和手段

(一)創(chuàng)新實踐內容與考核方式。新工科背景下基于工程實踐能力的培養(yǎng)理念，將目標能力指標有機地導入到電工技術實踐類公共選修課中，設計知識環(huán)節(jié)相扣、具有廣度和深度的創(chuàng)新性實踐內容及多元化能力考核方式，使學生提高動手能力，創(chuàng)新意識。

(二)實例教學。將工程應用的案例融合進電工課程的實踐教學中，在培養(yǎng)學生的工程意識、提高學生主動學習、主動實踐的意識和能力，激發(fā)和培養(yǎng)學生質疑問難、發(fā)現探究的創(chuàng)新精神等方面，做出實踐嘗試與探索研究。

(三)開放實驗室。實驗室開放以來，經常會有學生來與教師探討問題，從而也營造了一種氛圍，調動了部分學生的學習興趣與探索精神。相關實驗室將面向有需要的教師、研究生及本科生全天開放，使得學生或者教師在基礎中突破創(chuàng)新，積極用于指導各類大學生工程實踐，也可服務于科研。同時也可成為大學生創(chuàng)新活動計劃項目的實踐基地，從而為學生進入企業(yè)實習或參加電類學科競賽提供工程實踐機會。

(四)引入VR技術的實踐教學。在教學中引入VR(虛擬仿真)技術，既可以豐富教學內容，提高教學效果，又可以進行“虛擬實踐”彌補實踐環(huán)節(jié)的不足。如對于電工學中一些重要的知識點和相對抽象的內容，可以通過MATLAB與Multisim軟件在課堂上輔助講解電路方面的知識，不僅能夠提高學生學習興趣，還能夠通過形象的仿真環(huán)節(jié)鞏固和加深對抽象理論知識的理解，使學生更好地理解電路工作原理，對工程實踐能力的培養(yǎng)起到很好的作用。另一方面，將基于MATLAB與Multisim的“虛擬實驗”引入實踐教學，通過模擬實踐環(huán)節(jié)，一定程度上解決了實踐環(huán)節(jié)教學資源的短缺問題。此外，運用二維、三維動畫技術開發(fā)預習軟件幫助學生實現分布式的課前預習、課后復習；學生課前運用預習系統(tǒng)進行自主預習：通過預習問答、仿真接線和仿真測試三個環(huán)節(jié)的學習細節(jié)，讓學生能夠初步了解學習者自身實踐內容的掌握情況以便更改學習進度?？傊?，虛擬仿真技術的應用可以有效地解決實踐環(huán)節(jié)教學資源短缺、設備不能及時更新、實踐耗材不足、存在污染、不可能智能化等問題。

(五)課外培養(yǎng)模式。電工學實踐注重知識、能力、素質的有機結合，培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的綜合能力和思維能力。利用學校工程實訓中心提供的創(chuàng)新實踐平臺，支持學生積極申報大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，并鼓勵他們積極參加學校的電工學科相關的各類競賽，如“西門子”杯全國大學生工業(yè)自動化比賽、大學生電子設計競賽以及挑戰(zhàn)杯等。以競賽為導向激發(fā)學生主動學習電工技術的興趣，同時通過學科競賽挖掘學生的學習潛力，培養(yǎng)學生的工程實踐與創(chuàng)新能力，作為實踐環(huán)節(jié)的補充。目前已經做到優(yōu)秀的學生能夠得到進一步指導，并且在學科競賽中取得優(yōu)秀的成績。

五、初步成效

上述提出的教學改革方式已在學校電工學實踐教學中逐步實施，也初步取得了一些成效，主要有以下幾方面：一是學生的學習積極性也在提高，很多學生主動參加了中國電工技術學會主辦的“全國大學生電工技術基礎知識與創(chuàng)新競賽”，并獲獎。二是在電工相關的學科競賽中，上海工程技術大學學生獲得省部級以上獎項越來越多。三是獲批電工學科的大學生國家創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目數不斷增加，已完成的項目結題優(yōu)秀率也在提高。

六、結語

在新工科建設背景下，將工程教育理念引入到電工學實踐教學中，探索有效的教學模式，引入虛擬仿真理念，以電類學科競賽作為實踐環(huán)節(jié)的補充，初步取得了較好的教學效果，促進了學生的工程實踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。