電工技術(shù)課程的建設(shè)
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摘要：闡述了電工技術(shù)課程的開設(shè)背景，介紹了該課程的建設(shè)情況，包括教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)過程設(shè)計以及教學(xué)資源建設(shè)等。課程以面向問題的引導(dǎo)式教學(xué)為手段，以案例教學(xué)為載體，結(jié)合拓展學(xué)習(xí)等多種教學(xué)環(huán)節(jié)，踐行“知行合一”的教學(xué)理念，取得了良好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：電工技術(shù)；案例教學(xué)；拓展學(xué)習(xí)
1電工技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)置
隨著現(xiàn)代科技的不斷進步，電工電子技術(shù)不斷發(fā)展，電工技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容也不斷擴充[1-5]。然而，各專業(yè)培養(yǎng)計劃的總學(xué)時數(shù)卻在不斷減少。電工技術(shù)課程共32學(xué)時，如何在有限學(xué)時內(nèi)覆蓋各工科專業(yè)學(xué)生所需掌握的電工技術(shù)基礎(chǔ)知識是亟待解決的問題。鑒于此，筆者根據(jù)專業(yè)需求和培養(yǎng)目標(biāo)，重新整合電工技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容，主要包括直流分析、暫態(tài)分析、交流分析、變壓器及三相異步電動機5個知識模塊，具體內(nèi)容如圖1所示。通過本課程的學(xué)習(xí)，非電類工科專業(yè)學(xué)生能夠掌握電工技術(shù)必要的基本概念、基本理論和基本方法，能運用分解與疊加、等效替換等多種方法分析直流、正弦交流和一階動態(tài)等簡單線性無源電路，掌握變壓器的電磁特性和分析方法，了解電動機的工作原理方法，為未來從事相關(guān)工程技術(shù)工作奠定必要的理論基礎(chǔ).
2電工技術(shù)課程教學(xué)過程設(shè)計
電工技術(shù)課程通過課堂教學(xué)，對電工技術(shù)知識體系中的各主要單元給出基礎(chǔ)和引導(dǎo)性的介紹，講解基本概念和基礎(chǔ)分析方法。此外，本課程通過拓展學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，開闊學(xué)生的專業(yè)視野，幫助學(xué)生了解專業(yè)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展前沿。
2.1課內(nèi)講授
在課堂講授中，著重介紹電工電子技術(shù)所涉及的物理概念、基本理論、原理和分析方法，注重培養(yǎng)學(xué)生掌握模型化、分解與疊加、等效替代等工程學(xué)科的普適性思維方法，使學(xué)生能夠觸類旁通。在教學(xué)方法的設(shè)計上，注重以面向問題的引導(dǎo)式教學(xué)為手段，以案例教學(xué)為載體，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。電工技術(shù)的誕生與發(fā)展源于工程實際，內(nèi)容蘊涵工程概念。因此，電工技術(shù)課程教學(xué)案例的編寫不能憑空虛構(gòu)，應(yīng)從貼近學(xué)生生活的工程實例中簡化、提煉出蘊含概念和知識點的典型案例，使其難度和綜合程度與學(xué)生的認(rèn)知水平相適應(yīng)。與實際生活密切相關(guān)的案例可以烘托課堂氣氛，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生探究未知世界的好奇心，培養(yǎng)學(xué)生從工程設(shè)計的角度正確理解和運用理論知識的能力。筆者根據(jù)教學(xué)大綱的要求，以“知行合一”的教學(xué)理念為指導(dǎo)，緊扣教學(xué)內(nèi)容，初步開發(fā)了一些教學(xué)案例，嘗試了理論講授與案例教學(xué)相融合的教學(xué)模式。例如，在《直流分析》知識單元引入汽車啟停的車載電壓不穩(wěn)定原理，進而引出超級電容；在《暫態(tài)分析》知識單元引入氙氣閃光燈的工作原理；在《交流分析》知識單元引入功放的最大功率傳輸；在《變壓器》知識單元引入揚聲器負載的阻抗變換。此外，在課堂教學(xué)的實施過程中，注重以電路理論發(fā)展的歷史背景為載體，運用歷史追溯和角色代入的教學(xué)手法將學(xué)生引入到歷史情境中，提高學(xué)生探究新知識的興趣，將學(xué)生吸引到課堂上來。例如，在戴維南定理的講解中，創(chuàng)設(shè)歷史情境，將學(xué)生的思緒引導(dǎo)至19世紀(jì)思想迸發(fā)的年代，借助角色扮演讓學(xué)生以親歷者的身份審視定理的推導(dǎo)，使學(xué)生成為學(xué)習(xí)活動的主體，鼓勵學(xué)生利用已學(xué)電路分析方法推導(dǎo)戴維南定理的證明過程，增強學(xué)生的創(chuàng)新熱情。
2.2拓展學(xué)習(xí)
拓展學(xué)習(xí)要求學(xué)生運用數(shù)據(jù)搜索和文獻查找工具自主學(xué)習(xí)與課程相關(guān)的工程背景知識，解釋工程問題中的物理現(xiàn)象，描述和分析實際工程問題，了解專業(yè)知識在相關(guān)領(lǐng)域的前沿應(yīng)用。通過拓展學(xué)習(xí)，鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，激發(fā)學(xué)生探究新知識的興趣，培養(yǎng)良好的科學(xué)研究態(tài)度，并通過工程實踐反哺理論知識學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生在理論與實際之間建立“映射”，形成相互關(guān)聯(lián)、彼此融合的基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識體系。對于拓展學(xué)習(xí)，給出若干參考題目，題目內(nèi)容主要包括對某方面知識、方法或技術(shù)的歸納總結(jié)、實際工程案例的描述和原理分析、課程知識和相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用調(diào)研等，要求學(xué)生自主完成文獻查閱、數(shù)據(jù)收集、分析歸納等，提交拓展學(xué)習(xí)報告。筆者結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，初步編寫了一些拓展學(xué)習(xí)的參考題目。例如，簡單介紹人體的生物電信號，并簡述這些生物電信號的監(jiān)測與分析在人類疾病診斷與治療中的應(yīng)用；查閱資料，歸納人體電阻的測量方法，并簡述人體電阻的測定在科學(xué)研究中的應(yīng)用；以旋轉(zhuǎn)式異步電動機的工作原理為基礎(chǔ)，簡述直線異步電動機的工作原理，介紹直線異步電動機在磁懸浮列車和航空母艦電磁彈射裝置中的應(yīng)用和發(fā)展歷程。
2.3課程考核
完善的學(xué)生成績評價制度是課程教學(xué)效果的有力保證。電工技術(shù)課程的考核采用平時成績、拓展學(xué)習(xí)、結(jié)課考試成績相結(jié)合的辦法。(1)平時成績占25%，包括習(xí)題作業(yè)成績(15%)及階段測驗成績(10%)。(2)拓展學(xué)習(xí)占5%，根據(jù)讀書報告評定成績。(3)結(jié)課考試占70%，考核內(nèi)容體現(xiàn)電工技術(shù)的基本原理與基本方法，內(nèi)容覆蓋本課程在教學(xué)內(nèi)容和要求中給出的理論知識點，著重考查對各單元原理和方法的掌握程度，兼顧各知識點和方法的綜合運用，考試題型以分析計算題為主。
3電工技術(shù)課程教學(xué)資源建設(shè)
豐富的課程教輔資料可為學(xué)生提供有效的課外輔導(dǎo)，有利于學(xué)生自主開展課程學(xué)習(xí)。課程組根據(jù)教學(xué)大綱編寫了電工技術(shù)課程講義[6]、教學(xué)日歷、電子課件、結(jié)課考試樣卷等。電工技術(shù)課程包含相量、磁路等內(nèi)容，需要歐拉公式、復(fù)數(shù)運算等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及物理學(xué)電磁學(xué)相關(guān)知識。然而，本課程的授課對象為大學(xué)一年級本科生，數(shù)學(xué)和物理課程的進度滯后于電工技術(shù)課程，因此在電工知識的傳授中，如何穿插講解數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)知識對于保證課程教學(xué)質(zhì)量至關(guān)重要。為此，筆者編寫了數(shù)學(xué)與物理的相關(guān)預(yù)備知識。此外，在變壓器和電動機2個知識模塊的講授中，變壓器和電動機的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單靠文字和語言難以描述清楚。為此，筆者通過互聯(lián)網(wǎng)獲取一些變壓器、電動機結(jié)構(gòu)和工作原理的講解視頻以及演示動畫，使枯燥乏味的理論講授變成生動有趣的視頻演示，在有限的時間內(nèi)既增加了信息量又提高了教學(xué)效率。依托學(xué)校網(wǎng)絡(luò)課程平臺，課程組初步構(gòu)建了電工技術(shù)課程的網(wǎng)絡(luò)資源，包括課程大綱及簡介、教學(xué)日歷、課件、重要知識點討論、習(xí)題庫、多媒體視頻庫、讀書報告題目庫、仿真軟件、答疑討論、常見問題庫、課程問卷、教學(xué)筆記及考試資料等。
4實踐效果及反思
2017年，電工技術(shù)課程已在計算機學(xué)院和軟件學(xué)院進行了第一輪試講。在授課過程中，任課教師在“知行合一”的教學(xué)理念指導(dǎo)下進行教學(xué)實踐，充分運用專業(yè)知識，結(jié)合工程實際，以教學(xué)案例為切入點講解電工技術(shù)的基本概念和原理。學(xué)生普遍反映結(jié)合案例的啟發(fā)式教學(xué)方法效果較好，能夠提高學(xué)習(xí)過程中的趣味性、激發(fā)學(xué)習(xí)熱情；能夠理論聯(lián)系實際，使課堂所學(xué)知識與生活息息相關(guān)，初步培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力。結(jié)課考試和課程作業(yè)的考核成績表明，學(xué)生能夠較好掌握課程教授的基礎(chǔ)知識；拓展學(xué)習(xí)報告的考核情況表明，學(xué)生展現(xiàn)出一定的自主學(xué)習(xí)以及運用信息和文獻工具撰寫報告的能力。通過調(diào)查問卷，筆者也發(fā)現(xiàn)電工技術(shù)課程教學(xué)中存在的一些問題。例如，在教學(xué)案例的設(shè)計上沒有過多考慮與學(xué)生專業(yè)相關(guān)聯(lián)；在理論知識的講授中缺乏實物演示，增加了學(xué)生理解的難度。
5結(jié)語
目前，電工技術(shù)課程建設(shè)還處于探索階段，仍存在諸多亟待解決和研究的問題。相信隨著教學(xué)資源的不斷補充、教學(xué)方法的不斷改善、教學(xué)經(jīng)驗的不斷積累，電工技術(shù)課程教學(xué)的預(yù)期目標(biāo)終將實現(xiàn)。
作者：趙文山 聞躍 高巖 余晶晶 單位：北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院
