工程類專業(yè)電工電子基礎(chǔ)教學(xué)探索

閆 龍 張順堂 黃力波

山東工商學(xué)院管理科學(xué)與工程學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264005

電工與電子技術(shù)是山東工商學(xué)院面向非電類專業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課程，校內(nèi)開(kāi)設(shè)本課程的專業(yè)包括工業(yè)工程、安全工程、物業(yè)管理、工程管理等。本課程在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中存在以下幾個(gè)問(wèn)題：教學(xué)內(nèi)容涉及電工電子的各個(gè)領(lǐng)域（電路、數(shù)電、模電、電機(jī)拖動(dòng)等），信息量大、知識(shí)面廣。而學(xué)生理工基礎(chǔ)薄弱，有些專業(yè)的學(xué)生連大學(xué)物理課程都沒(méi)有修過(guò)，僅有的物理知識(shí)局限在初中、高中水平，學(xué)起來(lái)事倍功半。各專業(yè)需求不同，工業(yè)工程專業(yè)本課程的理論學(xué)時(shí)為72，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)為16；安全工程專業(yè)本課程理論學(xué)時(shí)為48，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)為8；工程管理和物業(yè)管理等不同專業(yè)需求不同，對(duì)于本課程的課時(shí)選擇也有差別，教學(xué)實(shí)施過(guò)程復(fù)雜。受學(xué)時(shí)和教學(xué)慣性的影響，教師和學(xué)生之間的互動(dòng)比較少。課堂主要以教師講授為主，學(xué)生被動(dòng)接收，缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。長(zhǎng)此以往，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和注意力將逐漸下降，如多處知識(shí)點(diǎn)搞不清楚后往往會(huì)喪失學(xué)習(xí)的信心。本課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容偏少、形式單一，缺乏學(xué)生創(chuàng)新的土壤，缺少差異化的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備較少，試驗(yàn)臺(tái)是固定好的實(shí)驗(yàn)板，只能做固定的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過(guò)插拔連接線獲得參與感。學(xué)生缺少新鮮感和創(chuàng)新的余地，遏制了創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過(guò)同行交流和走訪調(diào)查發(fā)現(xiàn)，以上幾個(gè)問(wèn)題在其他高校中也非常普遍。

在建設(shè)“新工科”和“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”的新形勢(shì)下，針對(duì)以上出現(xiàn)的問(wèn)題，課程團(tuán)隊(duì)從案例引導(dǎo)式教學(xué)法、線上+線下混合式教學(xué)模式、虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)環(huán)境、結(jié)合“雙創(chuàng)”的課外實(shí)踐四個(gè)方面進(jìn)行了探索。

一、案例引導(dǎo)式教學(xué)法

部分學(xué)生理工基礎(chǔ)薄弱，理論知識(shí)欠缺，教學(xué)從實(shí)例出發(fā)容易引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高他們的積極性。案例是天然的理論與實(shí)際相聯(lián)系的結(jié)合點(diǎn)，能將相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，使教學(xué)內(nèi)容更加緊湊、合理。案例引導(dǎo)式教學(xué)法將學(xué)習(xí)內(nèi)容模塊化，適合不同學(xué)時(shí)的班級(jí)選用。

案例引導(dǎo)式教學(xué)法分為三個(gè)步驟：案例導(dǎo)入、理論教學(xué)、案例分析。首先是案例導(dǎo)入：教師團(tuán)隊(duì)對(duì)電工電子內(nèi)容進(jìn)行整理，分為電路、電機(jī)、模電、數(shù)電四大模塊，每個(gè)模塊設(shè)計(jì)若干案例。在講授課程內(nèi)容之前，教師給學(xué)生發(fā)布該案例的描述和相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)列表，明確課程資源和案例考查內(nèi)容，學(xué)生根據(jù)知識(shí)點(diǎn)索引有針對(duì)性地學(xué)習(xí)課程內(nèi)容、查閱資料、思考案例提出的問(wèn)題，并進(jìn)行探索性解決。其次是理論教學(xué)：課堂上對(duì)案例呈現(xiàn)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)展開(kāi)講解。教師根據(jù)授課內(nèi)容采用多媒體輔助。經(jīng)驗(yàn)表明，通過(guò)動(dòng)畫(huà)講解抽象的電學(xué)理論知識(shí)，更容易讓學(xué)生接受和理解。最后是案例分析：該部分要求學(xué)生根據(jù)自己前期所學(xué)知識(shí)和課堂授課內(nèi)容對(duì)案例中提出的問(wèn)題進(jìn)行回答。教師分析學(xué)生的答案，解答學(xué)生的疑問(wèn)，總結(jié)理論知識(shí)在案例中的應(yīng)用情況。比如在二極管整流模塊教學(xué)中，可以引入手機(jī)充電器的案例來(lái)講解。手機(jī)是學(xué)生最常見(jiàn)的電器設(shè)備，通常能夠引起他們足夠的興趣進(jìn)行教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生引導(dǎo)學(xué)生比較分析半波整流電路和橋式整流電路的效率、變壓器的原理、電容濾波電路的作用、二極管的應(yīng)用，鞏固電容、電阻、電源、正弦交流電路等電路知識(shí)。在電機(jī)拖動(dòng)部分，可引入教室里的電風(fēng)扇案例進(jìn)行教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)三相異步交流電機(jī)的原理、定子線圈的纏繞、電機(jī)拖動(dòng)的機(jī)械特性曲線和電器控制電路。

案例引導(dǎo)式教學(xué)法把知識(shí)點(diǎn)模塊化，使得知識(shí)點(diǎn)更容易被學(xué)生掌握，更貼近實(shí)際應(yīng)用，使得電工與電子技術(shù)課不再充斥枯燥無(wú)味的理論知識(shí)，身邊看得見(jiàn)、摸得著的案例吸引了學(xué)生的注意力。

二、線上+線下混合教學(xué)模式

電工與電子技術(shù)課程內(nèi)容多、課時(shí)少，僅依靠課上時(shí)間很難把所有的內(nèi)容模塊講透徹。課程采用線上+線下的混合教學(xué)模式，前期結(jié)合中國(guó)大學(xué)慕課平臺(tái)上的課程建立SPOC 課程，后期依靠學(xué)校搭建的平臺(tái)，建立線上課程資源。教師可自行錄制專業(yè)視頻，每節(jié)視頻時(shí)長(zhǎng)為15～20 分鐘，講解模塊化知識(shí)點(diǎn)。平臺(tái)不僅可以發(fā)布視頻、PPT、作業(yè)，還有在線上論壇發(fā)表話題和評(píng)論的功能。新冠肺炎疫情期間，線上教學(xué)模式發(fā)揮了巨大的作用。上課之前，教師提前給學(xué)生發(fā)布學(xué)習(xí)內(nèi)容通知，學(xué)生在空閑時(shí)間提前學(xué)習(xí)相關(guān)的視頻資料，做到心中有數(shù)，帶著問(wèn)題來(lái)到課堂。在課堂上教師有比較高的靈活度，可以著重講解重點(diǎn)和難點(diǎn)，也可以發(fā)起關(guān)于知識(shí)點(diǎn)的討論，學(xué)生具有學(xué)習(xí)主動(dòng)性，就對(duì)課程保持了高度熱情。

線上+線下混合教學(xué)模式打破了學(xué)習(xí)空間和時(shí)間限制，有效利用了學(xué)生的碎片化時(shí)間，讓學(xué)生遠(yuǎn)離游戲，提高了學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性。但是也存在一些問(wèn)題，比如學(xué)生在自主學(xué)習(xí)時(shí)的效果不一樣，掌握程度相差較大，在課堂上很有可能跟不上教師講課的節(jié)奏，容易造成班級(jí)學(xué)習(xí)兩極分化。這反而讓教師的工作不是減少了，而是增加了。教師不但要正常線下備課，還要把握學(xué)生的線上學(xué)習(xí)情況，這樣才能在課堂上靈活應(yīng)變，更好地掌控課堂。因?yàn)椴糠謱W(xué)生基礎(chǔ)較差，學(xué)習(xí)主動(dòng)性不強(qiáng)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，可把學(xué)生分組，按照?qǐng)F(tuán)隊(duì)組織的形式查找資料、相互討論，最后由團(tuán)隊(duì)輪流派代表發(fā)表分析結(jié)果。團(tuán)隊(duì)的形式能夠讓隊(duì)員取長(zhǎng)補(bǔ)短、互幫互助。實(shí)踐證明，運(yùn)用該方法后學(xué)生積極性顯著提高，思維能力和思考能力都被激發(fā)出來(lái)，口頭表達(dá)能力、獨(dú)立思考能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力也都得到大大提升，小組之間形成相互競(jìng)爭(zhēng)、相互幫助的學(xué)習(xí)風(fēng)氣?；A(chǔ)課程通常都需要一定數(shù)量的作業(yè)來(lái)鞏固。我們要求每個(gè)團(tuán)隊(duì)選出代表講解習(xí)題，教師在旁監(jiān)督，要求講解思路清晰、板書(shū)詳細(xì)、結(jié)果正確。同時(shí)，其他團(tuán)隊(duì)成員在下面要隨時(shí)應(yīng)對(duì)來(lái)自同學(xué)們和教師的質(zhì)疑，最后將板書(shū)結(jié)果拍攝下來(lái)，整理成電子參考資料供大家參考。這樣的教學(xué)過(guò)程嚴(yán)肅、活潑、緊張、有趣，受到學(xué)生的歡迎。

在授課過(guò)程中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)利用雨課堂的相關(guān)軟件在課堂測(cè)試學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況；利用隨機(jī)點(diǎn)名的功能讓學(xué)生回答問(wèn)題，保持適度的緊張感；利用彈幕功能讓學(xué)生發(fā)表感想，以達(dá)到“共情”的效果。教師在后臺(tái)不僅能清晰地看到學(xué)生的到課情況，還可以統(tǒng)計(jì)學(xué)生答題的數(shù)據(jù)。手機(jī)不再是上課的障礙，而是成為得心應(yīng)手的學(xué)習(xí)工具。實(shí)踐證明：采用該方法后，學(xué)生的參與度大大提高。

課程考核內(nèi)容包括到課率、聽(tīng)課及參與情況、作業(yè)及實(shí)踐情況、個(gè)人考試成績(jī)。其中到課率及聽(tīng)課情況占10%，團(tuán)隊(duì)表現(xiàn)占30%，考試成績(jī)占60%。從開(kāi)課到結(jié)課，學(xué)生每節(jié)課的表現(xiàn)都能在考核結(jié)果中體現(xiàn)出來(lái)，基本上實(shí)現(xiàn)了全過(guò)程考核。從中還可以看到，團(tuán)隊(duì)考核占據(jù)相當(dāng)重要的比例。在全過(guò)程團(tuán)隊(duì)考核的方式下，學(xué)生很少有偷懶、抄襲的情況，基本上都能為團(tuán)隊(duì)貢獻(xiàn)自己的力量。

三、虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)環(huán)境

電工與電子技術(shù)課程內(nèi)容較多、跨度較大，實(shí)驗(yàn)分布在不同的實(shí)驗(yàn)室，如電路、模電、數(shù)電、電機(jī)拖動(dòng)實(shí)驗(yàn)室等。課程大部分的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)都可以在實(shí)驗(yàn)室完成，如基爾霍夫定律驗(yàn)證、戴維南定理和有源二端網(wǎng)絡(luò)研究、單管放大電路、觸發(fā)器邏輯功能測(cè)試等。這類經(jīng)典實(shí)驗(yàn)有成熟的設(shè)備和教材，有實(shí)驗(yàn)教師專門(mén)指導(dǎo)，學(xué)生通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)?zāi)芸焖僬莆针姽る娮拥幕静僮骱突纠碚?。但是該類?shí)驗(yàn)設(shè)備比較單一，實(shí)驗(yàn)類型基本上是固定的，大部分的實(shí)驗(yàn)學(xué)生通過(guò)接插電路即可完成，除非改動(dòng)設(shè)備，否則學(xué)生很難對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新。

為彌補(bǔ)以上不足，課題組利用EWB、Multisim、Proteus等一系列軟件建立了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)課程內(nèi)容編制仿真教材、積累案例。仿真實(shí)驗(yàn)一般是基于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的拓展和創(chuàng)新，趣味性和挑戰(zhàn)性更強(qiáng)。學(xué)生可利用仿真軟件和教程完成所選實(shí)驗(yàn)線路的搭建、儀器儀表的選擇，得出仿真結(jié)果。這樣，學(xué)生既熟悉了仿真軟件，提高了學(xué)習(xí)興趣，又可以節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間，緩解了學(xué)校實(shí)驗(yàn)室壓力，提高了學(xué)生的自學(xué)能力、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力、獨(dú)立思考能力、實(shí)踐動(dòng)手能力，效果相當(dāng)好。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室相輔相成，取得了較好的效果，詳見(jiàn)表1、圖1、圖2。

四、結(jié)合“雙創(chuàng)”的課外實(shí)踐

教育部鼓勵(lì)高校結(jié)合本校實(shí)際情況，建立有效的激勵(lì)機(jī)制，鼓勵(lì)廣大教師積極指導(dǎo)大學(xué)生科技競(jìng)賽活動(dòng)，激發(fā)大學(xué)生興趣和潛能，培養(yǎng)大學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)和創(chuàng)新精神。團(tuán)中央和教育部組織了“互聯(lián)網(wǎng)+”“挑戰(zhàn)杯”等面向大學(xué)生的大型賽事。山東工商學(xué)院建立了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，成立了大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心和各類科技協(xié)會(huì)，為學(xué)生參賽提供一系列軟硬件設(shè)施和便利條件，推進(jìn)專業(yè)+創(chuàng)新、專業(yè)+創(chuàng)業(yè)兩大類專創(chuàng)融合的進(jìn)程，詳見(jiàn)圖3。

在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中，越來(lái)越多的學(xué)生喜歡上了電工與電子技術(shù)課程，涌現(xiàn)出許多創(chuàng)意并急于驗(yàn)證。有的學(xué)生有一些想法卻不知從何下手，在課余，教師可指導(dǎo)學(xué)生購(gòu)買(mǎi)元器件，通過(guò)組裝、焊接、創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)自己的想法。教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生錄制趣味視頻及教程，引導(dǎo)他們通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和多媒體學(xué)習(xí)。通過(guò)學(xué)生喜聞樂(lè)見(jiàn)的新媒體傳播方式普及的電工電子小知識(shí)，雖然不及電類專業(yè)有深度，卻能受到更多非電類專業(yè)學(xué)生的歡迎?？萍紖f(xié)會(huì)組織學(xué)生參加比賽，通過(guò)每年納新，形成以老帶新的模式，逐漸具備“造血”功能。電工與電子技術(shù)任課教師在公開(kāi)課和學(xué)生測(cè)評(píng)中都獲得了廣泛稱贊。

五、結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)多輪教學(xué)改革的探索，分別在案例式引導(dǎo)教學(xué)方法、線上+線下混合教學(xué)模式、虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)環(huán)境以及結(jié)合“雙創(chuàng)”的課外實(shí)踐四個(gè)方面總結(jié)了電工與電子技術(shù)課程教學(xué)與改革的經(jīng)驗(yàn)，全方位地闡述了電工與電子技術(shù)教學(xué)中遇到的問(wèn)題和解決方案。實(shí)踐證明，該方法可操作性強(qiáng)，具有切實(shí)良好的應(yīng)用效果，對(duì)非電類專業(yè)的電工與電子技術(shù)教學(xué)具有借鑒意義。教學(xué)團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)學(xué)生完成了全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目30余項(xiàng)，帶領(lǐng)學(xué)生參加了各類大學(xué)生科技創(chuàng)新競(jìng)賽，均獲得了不錯(cuò)的成績(jī)，證明該教學(xué)方法確實(shí)是行之有效。