張冠英 顧俏麗 王堯 牛峰
摘要:“卓越工程師培養(yǎng)計劃”是高等教育重大改革計劃,創(chuàng)新能力的培養(yǎng)需要貫穿學(xué)生的每個學(xué)習(xí)階段?!半姽W(xué)”作為非電類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課程,對學(xué)生工程實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有著重要作用。在分析傳統(tǒng)教學(xué)模式弊端的基礎(chǔ)上,對不同知識模塊的教學(xué)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計和綜合運用,并以案例的方式指導(dǎo)學(xué)生完成理論設(shè)計及實驗驗證,提高學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和工程實踐能力,取得了初步成果。
關(guān)鍵詞:卓越工程師;電工學(xué);教學(xué)設(shè)計;案例法,實踐教學(xué)
中圖分類號:G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A ? ? 文章編號:1674-9324(2016)40-0077-02
教育部制定的“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”是國家振興工程教育進(jìn)行的一次重大探索?!白吭接媱潯敝荚谂囵B(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才,促進(jìn)我國由工程教育大國邁向工程教育強國[1]。其重點是培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力、工程設(shè)計能力和工程創(chuàng)新能力,因此各工科院校均在研究和探索與之相對應(yīng)的新的培養(yǎng)體系,將卓越工程師教育培養(yǎng)理念融入到專業(yè)課程教學(xué)之中[2-5]?!半姽W(xué)”系列課程是針對非電類工科專業(yè)開設(shè)的一門關(guān)于電氣工程領(lǐng)域基本概念與應(yīng)用的工程技術(shù)類通識教育課,包含電路理論、電機、控制、數(shù)字電路、模擬電路等幾部分內(nèi)容。為了配合實施“卓越計劃”,“電工學(xué)”的教學(xué)需要不斷完善教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法,從而逐步提高學(xué)生的工程實踐能力以及各項綜合素質(zhì)。
一、傳統(tǒng)電工學(xué)課程教學(xué)模式及存在的問題
現(xiàn)行的“電工學(xué)”課程教學(xué)模式下大部分任課教師的教學(xué)理念是:通過這門課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生了解電氣工程學(xué)科的基本概念、原理與應(yīng)用及其發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢,具備一定的安全用電能力,理解節(jié)能環(huán)保的意義,建立電氣工程的基本概念和素養(yǎng)。該課程具有系統(tǒng)性的理論和嚴(yán)密的邏輯結(jié)構(gòu),傳統(tǒng)的授課模式教師是教學(xué)活動的主體,過分強調(diào)講授的重要性,有著固定的教學(xué)模式,學(xué)生很少主動參與,大都是被動地接受,甚至排斥學(xué)習(xí)。沒有將理論和專業(yè)或?qū)嶋H進(jìn)行聯(lián)系,不利于學(xué)生知識面的擴展。由于“電工學(xué)”在非電專業(yè)中的地位及課程設(shè)置的原因,多數(shù)學(xué)生認(rèn)為這門課程對于以后的專業(yè)課程學(xué)習(xí)、職業(yè)規(guī)劃沒有幫助,因而在學(xué)習(xí)過程中興趣不高。實驗課程內(nèi)容大部分都是驗證課本定理、定律的驗證性實驗,學(xué)生沒有運用所學(xué)知識親自設(shè)計、制作、調(diào)試電路的機會,這也就使得學(xué)生不能將在課堂上學(xué)到的知識很好地與實際相聯(lián)系,并加以運用。因此,如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣以及怎么培養(yǎng)創(chuàng)新意識是教學(xué)改革中面臨的一大問題。
二、面向卓越計劃的教學(xué)改革
以優(yōu)秀工程技術(shù)人員為目的的卓越工程師培養(yǎng),其主要表現(xiàn)在先進(jìn)工程方法的應(yīng)用和先進(jìn)工程技術(shù)的掌握。通過理論教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)鍛煉學(xué)生分析推理和解決問題的能力,引發(fā)他們對實驗探究的興趣,培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)新問題提出新方法的創(chuàng)新精神以及嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、負(fù)責(zé)的工作態(tài)度[6-8]。結(jié)合各專業(yè)的卓越工程師培養(yǎng)方案,“電工學(xué)”課程進(jìn)一步細(xì)化了理論教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計,強化應(yīng)用型知識模塊的學(xué)習(xí),邀請學(xué)生參與到教研活動中并組織專題討論課作為課堂教學(xué)的有益補充;針對不同專業(yè)方向建立常見工程設(shè)備的演示模型,增加貼近日常生活的演示實驗裝置提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,加強實踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練增強學(xué)生動手能力。引導(dǎo)學(xué)生將電學(xué)知識與本專業(yè)結(jié)合,初步樹立學(xué)科交叉的意識,培養(yǎng)學(xué)生從工程的觀點分析問題。以期達(dá)到提高學(xué)生的電氣應(yīng)用能力,使得各專業(yè)領(lǐng)域的卓越工程師未來能夠協(xié)助電氣工程師進(jìn)行一些電氣設(shè)備的安裝調(diào)試與日常維護(hù);能進(jìn)行相關(guān)行業(yè)電氣設(shè)備及自動化系統(tǒng)的故障分析和簡單的故障排除。
1.教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié)的優(yōu)化。案例教學(xué)法是建構(gòu)主義和多元智能理論在現(xiàn)代教學(xué)中的科學(xué)運用,體現(xiàn)了學(xué)生在整個教學(xué)活動中的主體地位[9]。分專業(yè)進(jìn)行工程型案例的教學(xué)設(shè)計,這樣既迎合學(xué)生未來的就業(yè)方向,又沒有超出本門課程的教學(xué)內(nèi)容,且實現(xiàn)了多個知識點融合的案例設(shè)計,激發(fā)學(xué)生“電工學(xué)”課程的學(xué)習(xí)興趣,為學(xué)生的職業(yè)發(fā)展提供電工電子技術(shù)方面的基本能力和技術(shù)儲備,也符合“卓越計劃”對人才培養(yǎng)模式的要求。集成運放知識模塊的學(xué)習(xí)過程,為了讓學(xué)生更好掌握運放的線性與非線性應(yīng)用的工程設(shè)計方法,給出任務(wù)要求學(xué)生分組進(jìn)行電路設(shè)計并用EDA軟件進(jìn)行仿真。任務(wù):利用電壓比較器設(shè)計一個散熱風(fēng)扇的自動控制電路。一些大功率器件在工作時會產(chǎn)生熱量使溫度升高,可以采用散熱片加風(fēng)扇冷卻以保證其正常工作。將熱敏電阻粘貼在散熱片上檢測功率器件的溫度,采用電壓比較器比較檢測信號和預(yù)設(shè)閾值,輸出端連接繼電器線圈,即可實現(xiàn)對風(fēng)扇的控制。
圖1是學(xué)生所設(shè)計的控制電路,該設(shè)計方案綜合利用了電工學(xué)上、下冊教材中的繼電控制系統(tǒng)、半導(dǎo)體器件和集成運放三個模塊的知識,在熟悉集成運放非線性應(yīng)用的基礎(chǔ)上又對上冊知識點進(jìn)行了復(fù)習(xí),起到了溫故知新的作用。
2.實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革。實踐是工程的靈魂與根本,是工程教育的本質(zhì),“卓越計劃”將強化學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)作為一項根本要求。[5]電工學(xué)作為一門專業(yè)技術(shù)課程,具有知識面廣、理論性和實踐性強的特點,實驗教學(xué)一直占有非常大的比例。[6]因此,對實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革是教改的一個重要方面。在實踐教學(xué)中,按照實驗難易程度進(jìn)行了分層次教學(xué):基礎(chǔ)實驗學(xué)生獨立動手做;復(fù)雜的演示實驗先觀摩后分組討論工作原理;設(shè)計型實驗先提交設(shè)計思路,分組討論確立方案,由老師指導(dǎo)進(jìn)行實驗。
以集成運放教學(xué)案例的任務(wù)為例,學(xué)生首先按照實驗指導(dǎo)書要求獨立完成指定的比例、加減法和微積分運算電路的驗證實驗。任務(wù)分組后進(jìn)行討論、提出設(shè)計思路;在教師的輔導(dǎo)下對提出的方案總結(jié)歸納,對確定的最終方案進(jìn)行仿真分析;按照仿真的參數(shù)搭建電路完成實驗測試;將測試數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果比較,分析誤差。整個過程由學(xué)生自主完成,教師指導(dǎo)為輔。通過這種設(shè)計類的創(chuàng)新實驗充分調(diào)動了學(xué)生的實踐積極性,鍛煉了學(xué)生分析、解決問題的能力,培養(yǎng)了學(xué)生協(xié)作意識和創(chuàng)新能力。
三、改革的效果
就教改效果進(jìn)行了問卷調(diào)查,從調(diào)查結(jié)果看,81.9%的學(xué)生同意“電工學(xué)”課程的時間能夠得到充分地利用;97.1%的學(xué)生認(rèn)為課程的理論和實驗教學(xué)難度、進(jìn)度計劃安排的基本合理;77.4%的學(xué)生認(rèn)為“電工學(xué)”課程有助于培養(yǎng)和提高自己的實踐能力、創(chuàng)新意識??梢钥闯?,“電工學(xué)”課程教學(xué)改革的成果到了學(xué)生的肯定,分層次教學(xué)的實驗方式,提高了實驗效果,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識,提高了實踐能力。90%以上的學(xué)生同意通過教改提高了對“電工學(xué)”課程的學(xué)習(xí)興趣;75.1%的學(xué)生認(rèn)為周圍的同學(xué)都能夠積極地參與到課程中去;70%的學(xué)生認(rèn)為教改的課程難度能夠充分調(diào)動自己的學(xué)習(xí)積極性。由此可以看出,教改激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,學(xué)生們敢于表達(dá)自己的看法,更加積極地主動地參與到了課程的學(xué)習(xí)中。
四、改革中遇到的問題
工程案例的選取是理論教學(xué)過程能否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的關(guān)鍵,需要教師對各專業(yè)特點、學(xué)生基礎(chǔ)及當(dāng)今工程技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行綜合考慮,才能夠提出貼近工程實際又和專業(yè)知識緊密結(jié)合的案例,給任教不同專業(yè)的教師增大了工作難度。討論課和設(shè)計性實驗都需要學(xué)生在課下完成大量的材料準(zhǔn)備工作,一部分同學(xué)覺得負(fù)擔(dān)偏重;分組討論占用學(xué)時較多對授課進(jìn)度有些影響,在針對教學(xué)改革情況進(jìn)行的問卷調(diào)查中,部分學(xué)生也認(rèn)為課上時間的利用率不高。以上這些問題將是進(jìn)一步教學(xué)改革需要重點解決的問題。
依照“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的要求和“電工學(xué)”課程的特點,筆者在理論教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié)和實驗教學(xué)中對“電工學(xué)”課程傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行了改革并實踐,取得了初步的成果。教改工作不是一蹴而就,而是需要持續(xù)進(jìn)行,在以后的理論教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)中,還需要有意識地啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識,使他們體會到每個人都具有創(chuàng)新潛力,在案例設(shè)計和實踐中逐步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程意識,也可以更好地促進(jìn)課程建設(shè)。
參考文獻(xiàn):
[1]林健.高?!白吭焦こ處熃逃囵B(yǎng)計劃”實施進(jìn)展評析[J].高等工程教育研究,2013,(4):1-12.
[2]雷慶,王敏,從課程視角看工程設(shè)計能力培養(yǎng)[J]高等工程教育研究,2011,(05)152-156.
[3]Bridget Bero,Alana Kuhlman.Teaching Ethics to Engineers:Ethical Decision Making Parallels the Engineering Design Process[J].Science and Engineering Ethics 2011,17(3):597-605.
[4]Clive L. Dym Design,systems,and Engineering. Education.[J]International Journal of Engineering Education,2004,(3):305-312.
[5]陳亞玲.論跨學(xué)科能力培養(yǎng)與我國工程實踐教育改革[J].高教探索,2015,(10):73-76.
[6]竇耕耘,顧宏林.《電工學(xué)》實驗課程的教學(xué)改革[J].實驗科學(xué)與技術(shù),2003,(3):41-42.
[7]高雪梅,孫子文,紀(jì)志成.CDIO方法與我國高等工程教育改革[J].江蘇高教,2008,(05):69-71.
[8]王芳榮,王桂琴,詹迪鈮.電工學(xué)實驗教學(xué)改革的新探索[J].教育教學(xué)論壇,2013,(6):178-179.
[9]張冠英.淺談案例教學(xué)法在電工學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].廊坊師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2012,12(3):105-109.