“电工电子学”课程在学生能力培养方面的改革与实践

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随着电工电子技术的发展,在信息、控制、系统三大理论支持下,现代电气工程已发展成一个高度综合集成的学科,如何通过“电工电子学”教学提高学生的技术综合应用能力和创新能力,培养复合型高素质人才显得尤为重要.本文针对学生综合素质、职业技能提高及创新能力的培养,从解放教学思想、改革理论教学及实践教学、探究教学方法和教学手段、更新考核方法、加强网络资源建设等方面分别进行了探索研究.

教学中主要存在的问题

现行的课程体系注重理论化、分立化,在这个体系下实施的课程教学,往往只能讲到元器件、电路,几乎触及不到系统.目前,该课程教学基本能满足人才培养的需求,但对培养学生职业岗位技能、提高学生创新创业能力以适应快速发展的社会需求尚显得不足,主要表现如下.

现行课程内容面窄且重微观细节

该课程历来的教学重点是电子电路分析的各种方法及元器件特性,学生花费较多时间和精力去记忆、去计算,却对于系统工程电路的分析设计无从下手.另外,许多现代电气工程中实用的概念及全新的应用技术也相对缺乏,这就导致学生不能从宏观上全面系统分析及设计电路,不能满足市场对专门人才的需求.

教学内容未能充分体现重实践的目标

随着市场经济的迅速发展和各位地方区域转型的推进,高等教育也正朝着系统工程基础教育和智力开发转变.另外,现有的教材内容多、学时少,理论与实验教学没有紧密结合,实验项目更新慢,导致很多学生对实验应付了事,甚至不愿意做实验.很多学生在实验中遇到问题就不加思考、急于问老师,主要原因是对电路整体工作原理尚不理解；还有些学生虽理论知识掌握较好,但照电路图连线都不知道从何下手；甚至有些学生根本不动手做实验,最后抄别人的实验数据上交.因而教师如何改进讲课内容及讲课方式、加强理论结合实践的训练从而激发学生的学习积极性显得刻不容缓.

教学方法和教学手段单一、落后

该课程目前主要是板书授课,这种授课方式节奏适中,给学生时间思考、练习及讨论,知识掌握牢固.但板书授课也存在一些缺点：不形象、不直观、教学面窄,这样就会使学生普遍感觉该课程知识枯燥难懂,缺乏一定的学习兴趣和自主性.另外,没有结合matlab、multi等仿真软件辅助学生分析电子电路,这与黄河科技学院“应用型人才”的培养宗旨和本专业职业技能人才培养目标有一定差距.

针对以上问题,在课程改革建设中笔者主要做了以下内容的探索研究.

解放思想,更新教学理念

根据黄河科技学院“应用型普通本科院校”的办学定位和“应用科技大学”的目标要求,同时为了适应现代科学技术的迅猛发展,学校近几年逐渐增开了职业技能课程、创新型课程等,这样使得“电工电子学”的学时不断减少.目前理论为50学时,实验为10学时,教师面临着学时少、内容多与能力培养出现缺口的问题,所以,急需教师通过到院校、企业调研,解放思想,提升教学理念.

优化理论教学内容,体现能力培养

现行教材内容体系包括电路分析基础与模拟电子技术两大部分,内容较全面.其中涉及到电工电子领域必备的知识,如线性电阻电路分析、动态电路分析、放大电路分析、波形产生电路分析、直流稳压电源等.每一部分内容都有详细系统的介绍,但缺少计算机辅助电路分析和实用电路分析设计部分,这就导致学生概念清楚,电路分析方法熟练,只会解题而缺乏系统分析能力.对于本校三本类的学生来说,应注重电路的系统分析设计而不是细节研究及计算能力.

教学内容改革方面,应避免繁复枯燥的公式推导及复杂电路的内部结构分析,增加电阻、电容、二极管及集成运放等元器件的外特性、选型及实际应用举例；增加实用系统电路设计,如涉及信号和能量处理领域的手机、音响设备等；重点讲解与目前新技术新产品联系较多的内容,强化器件外部特性、淡化内部原理,强化系统宏观设计、淡化微观细节,强化电路定性分析、淡化定量推导.例如：对于分立器件部分,加强应用广泛的MOS管应用讲解；对集成电路,把重点放在器件和模块的选用、连接、匹配等外部特性上；增加高速、低噪声及高、低电压芯片的特性及应用内容.同时引入Multisim仿真技术,辅助分析设计电路系统.

改革实践教学环节,重在提高学生的创新能力

实践教学部分是整个教学过程必不可缺的环节.现行的实践教学中实验内容大多是验证性的,学生只需按照电路图机械式地连接好线路并简单记录数据即可,无需动脑筋去思考、去分析.另外,开设“电工电子学”课程时,学生刚刚接触专业基础课,缺乏系统的电子电路知识和动手实践能力,更缺乏活跃的设计思维能力,不足以进行大型综合性的实验.

笔者计划采用一种新的实践教学方案,即由浅入深、由理论到实践、由基础到综合创新的层次化、阶梯式的总体教学方案.该方案将实验内容分成基础验证型、仿真型、综合设计型、创新型四个层次,对不同层次的实验,教师和学生的主导地位各有侧重,从而多方位加强学生能力的培养.

验证型实验不仅要验证理论,更要通过实验使学生掌握如何发现问题、分析数据、总结规律,从而掌握实验的基本技能和方法.由于在实验初期阶段,很多学生不能正确识别基本元器件及使用常用仪器,所以在教学内容上首先安排验证型实验.

引入仿真型实验,使学生掌握现代电子电路一般设计方法,把EDA技术引入实验教学,可让学生了解新技术新方法的运用,从而拓宽思维,激发学生学习的积极性和自主性.

通过综合设计型实验进一步提高学生对知识的综合运用能力,在学生具有一定的实验技能和仿真能力后,再安排设计型实验,可扩展学生的知识面,培养学生一定的创新能力.

通过创新型实验,可使实践能力强的学生进一步提高自我,充分发挥学生的聪明才智,为以后的岗位就业奠定良好的基础.

同时,加大实验室开放力度,给实验技能差的学生提供二次动手实践的机会,同时也给实验技能强的学生提供创新实践的平台,最终提高体的系统设计能力,引导学生迈出创新创业的关键一步.丰富教学手段及教学方法

改革教学方法、教学手段,使之成为贯彻新教改理念的最佳授课方式.

理论结合实践教学

例如,在讲完电阻、电容、三极管及集成运放等元器件的特性后,可以在课堂上发给学生一些实际元器件,并结合实际应用讲解一些诸如元件值读法、三极管极性判断、集成块额定工作参数及选用等问题,使学生针对实际问题会选择合适的元器件.还可以引入仿真软件辅助理解、分析、设计电路.力争做到理论与实践相互联系,相辅相成.

同时,课堂上学生对新知识的接受和掌握都有一个思考、整理和再加工的过程,这就要求课堂教学必须做到张弛有度,教师应控制好讲课节奏.

多媒体辅助教学

利用多媒体辅助教学,有利于突出教学重点、突破教学难点.有些章节的内容比较抽象,比如三极管内部载流子的运动、基本共射放大电路图解法分析、各参数对静态工作点的影响、变压器的工作原理等等,如果采用纯粹的板书教学,学生不易理解,为此,可以制作相关的多媒体课件,引入录像、录音、幻灯片等,有助于学生更直观地理解其工作原理.

通过matlab和multisim软件进行仿真实验演示,将理论分析与实验仿真结果加以对比,可以加深学生对电路现象的理解,激发他们的学习热情.对网孔法和结点法解方程组时,可利用matlab软件强大的计算功能进行辅助求解,从而节省时间,把学生从大量的计算中解放出来.仿真演示时,可以边演示边讲解,电路的波形、特性曲线及电路参数等都直观显示在屏幕上,且可以实时修改电路参数,演示电路的不同特性,从而加深学生形象记忆,提高学生的学习兴趣和学习效率.

启发式教学

通过精心设问的方法,充分发挥学生的主体作用.教师可就重点章节内容有针对性提出问题,鼓励学生大胆思考、回答,然后再逐个加以对比分析,找出解决方法.教师提出的问题应具有层次性、系列性、综合性和拓展化.例如,求解一电路中某支路电流或某两点间电压,可提问学生有哪些解决方法,然后鼓励学生采用不同的方法（如支路电流法、节点电压法、叠加定理等）解题,最后对比找出最优解决方案,若答案不同进而查找原因,从而营造一个活跃、热烈的课堂氛围,激发学生认真听课的积极性,引导学生领会思路、学习解决问题的途径.

讨论教学法

在讲完一些重要知识点后,可以安排一定的时间做一些讨论.例如：在讲集成运放的特性及应用前,可以让学生课下提前搜集相关资料,讲解过程中针对和本专业相关的实际典型应用进行课上讨论,从中更切身体会理论知识在实际生活中的具体应用.

项目促进教学法

让更多学生参与教师科研项目,同时教师也可以指导学生申报创新型科技项目,让学生像一名科研人员一样主动去研究、去发现、去探索.这样可以更好地锻炼学生搜集资料、知识转化技术及开发创新等各方面的综合能力.

加强网络资源建设,丰富第二课堂

利用网络平台建立教学内容课件、授课录像、问题答疑、新技术应用资料、试题库等模块,为学生创造一个多角度学习、多方位交流的自主学习平台,让学生利用课余时间自行学习,并与最终的课程考核紧密结合.

网络资源的建设需要本课程的多位骨干教师根据本校学生的实际情况,结合实验课程、学生兴趣、参照网络资源共同建设,并且要不断更新、提高.

改革考核方法,加大考查实践能力

长期以来,“电工电子学”课程考试都是以一份试卷决定学生的优劣.学生为了应付考试,把主要精力放在死记硬背上,不利于学生对知识的全方位掌握,也难以衡量学生真正的水平.期末考试不但要考核理论知识,还要进行综合能力的考核,其中制作、调试等应占有相当大的比例,从而以考促学.在原有基础增加仿真型和设计型实验项目的考核,同应加大课程体系的过程性考核力度,以课堂表现、作业、实践技能、平时测试等方式多方考查学生的能力.减少理论课成绩比例,加重综合技能的成绩比例,将学生从大量记忆、计算中解放出来.

平时成绩包括：出勤率、作业、课堂问答及讨论,作业中增加仿真练习,占总评成绩的10%.

实验项目包括：戴维南定理的验证、RLC元件阻抗特性测试、模拟运算电路等验证型实验,从连线操作过程（30%）、实验结果（30%）、实验报告（40%）三方面进行考核,占总评成绩20%.

综合设计型项目包括：电阻电路的仿真设计、低通滤波器的设计与仿真、集成稳压电源系统的设计与仿真等,考核方式：从电路设计过程（20%）、仿真结果（30%）、调试结果（30%）、实验报告（20%）四方面进行考核,占总评成绩的20%.期末考试成绩占总评成绩的50%.

“电工电子学”课程的改革是一项长期工作,经过几年的建设与积累,虽取得一定成效,但我们还需继续努力.我们将以学生为主体、能力培养为导向,积极探索、研究和创新,为培养工程实践能力、职业技能、创新创业能力强的高素质人才而不断努力.（作者供职于黄河科技学院信息工程学院.基金项目：本文系黄河科技学院2013年教育教学改革研究项目（项目编号：JG2013029）的研究成果）