面向卓越计划的少课时“电工电子学”课程教学改革与实践

摘 要：为了提高非电专业学生的应用能力，针对卓越计划的教育需求，围绕少课时“电工电子学”课程研究改革方案，在基本理论教学内容中融入实际应用电路、在实验教学内容中增加故障模拟和典型应用电路、布置电工电子产品论文、采用半闭卷考试等。教学实践表明，该方案能够有效激发学习兴趣、提高实际应用能力、培养科学素养和创新思维。所提方案可以推广到其他少课时专业基础课中运用。

关键词：卓越计划;电工电子学;应用能力;创新思维

作者简介：曹玉苹（1982-），女，山东单县人，中国石油大学（华东）讲师，博士，研究方向为电工电子学基础课程教学;刘润华（1958-），男，山东梁山人，中国石油大学（华东）教授，研究方向为电工电子学基础课程教学;刘复玉（1963-），男，山东潍坊人，中国石油大学（华东）副教授，研究方向为电工电子学基础课程教学;贺利（1972-），女，四川广安人，中国石油大学（华东）讲师，研究方向为电工电子学基础课程教学;周兰娟（1978-），女，山东德州人，中国石油大学（华东）讲师，研究方向为电工电子学基础课程教学。

基金项目：山东省高等学校教学改革项目“电类基础课程自主性、探究性教学方法的研究与实践”（编号：2012145），主持人：刘润华。

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1001-7518（2015）02-0066-03

为了提高工程教育人才培养质量，2010年教育部了《教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见》，中国石油大学（华东）是第一批获批卓越计划的高等院校之一。卓越工程师的核心能力是创新能力和工程实践能力。为了培养具有一定创新能力和较强工程实践能力的本科毕业生，有必要面向卓越工程师教育培养计划研究切实可行的教学方案[1-3]。高等院校非电类专业普遍开设了“电工电子学”课程，结合卓越工程师教育培养计划，制定了教学改革方案。因此，针对中国石油大学（华东）石油工程、化学工程与工艺等专业开设的少课时“电工电子学”课程，分析课程教学中存在的问题，研究适合于非电卓越工程师教育培养计划的教学改革方案。

一、“电工电子学”课程现有教学方案存在的不足

中国石油大学（华东）的“电工电子学”课程已成为部级精品课和部级精品资源共享课，形成的部级教学团队在教材建设、理论教学和实践教学等方面取得了一定研究成果。针对新时期卓越工程师的教育需求和少课时的客观条件，现有教学方案存在以下不足：

（一）理论教学内容涉及的实际应用电路偏少

少课时“电工电子学”课程教学内容只包括电路的基本概念、定律和分析方法、正弦交流电路、电路的暂态分析、常用半导体器件、基本放大电路、集成运算放大器及其应用和数字集成电路及其应用[4]。在实际工程应用中，石油工程、化学工程与工艺等非电工程师需要面对测量与控制系统、变压器、电动机、直流稳压电源等典型电工电子设备。因此，如何在现有教学内容的基础上有效融入实际应用电路或典型设备是需要解决的关键问题[5]。

（二）实验教学内容以验证为主，缺乏应用背景

实验电路多为针对单一元器件的典型电路，不具有明确的应用功能[6]。实验内容以验证电路的工作原理为主，未涉及故障情况的分析和处理。由于实验时间有限，损坏器件会影响成绩或经济赔偿，学生无法根据兴趣对电路的故障特性进行测试。因此，如何增强实验电路的实际应用背景是亟待解决的关键问题。

（三）现有考核形式不利于培养创新能力

实际工程应用中只有问题，需要工程师自己确定采用何种方式分析哪些参数。而现有考试已在题目中明确指出电路分析方法和需求的参数，导致学生脑海里只见公式，不见知识体系，只见单个独立的方法，不见各方法的对比与综合。因此，如何通过合理设置考核方式引导学生培养应用能力和创新思维是需要解决的关键问题。

针对上述问题，从教学内容、教学方法和考核形式等方面进行研究，探讨适合卓越工程师教育培养计划的少课时“电工电子学”教学方案。

二、利用应用电路丰富教学内容

（一）优化整合理论教学内容

1.结合专业特色介绍自动控制系统。如针对化学工程和工艺专业介绍炼油厂分布式控制系统，针对石油工程专业介绍采油控制系统。通过接触工程实践中的系统，使学生建立完整的电工电子系统的概念，不仅拓宽了视野而且调动了学习积极性。

2.结合生活场景介绍电路的设计和制作过程。如以空调的温度检测和控制系统为例（如图1所示），介绍项目需求、功能分析、电路设计、电路制作和调试等环节，使学生从宏观上建立模块化分析和设计的概念，有利于学生对所学零散知识进行有机整合。

图1 空调温度检测和控制系统

3.在相关理论章节融入实际应用电路或典型设备。如在电感元件部分引入变压器，在三相交流电路部分引入三相变压器和三相异步电动机，在二极管元件部分引入直流稳压电源等。典型应用电路增强了理论知识的实用性，不仅能够调动学生的学习兴趣而且有助于培养学生的实际应用能力。

（二）增强实验教学内容的应用背景

1.为了体现实验电路的应用功能，对实验电路的规模进行扩大。以“一阶RC电路过渡过程的研究”为例，该实验主要观察电阻和电容端电压的波形，电路缺乏实际工程意义。可以在现有器件的基础上增加555定时器以构成脉冲信号发生器，学生重点研究一阶RC电路，同时了解应用广泛的555定时器，明确一阶RC电路的实际工程应用价值。

2.在实验预习环节增加软件仿真，学生通过仿真软件模拟实验内容。为了了解故障电路的特点，模拟元件短路、开路、电容容量衰减等典型故障。学生还可以根据个人兴趣和爱好对电路进行改造，观察信号的变化。通过软件仿真不仅满足了学生尝试改变电路的好奇心，而且使学生了解了故障电路的特点，有助于在实际操作中快速解决故障。

三、利用研究性、启发性等教学方法重点培养实际联系理论的能力

对于非电工程师，“电工电子学”课程教学的重点不是讲授深奥的理论，而是培养学生将电工电子基本知识应用于各自专业的工程实践能力。因此，应研究有效的教学方法，以使学生能够在实际工程问题面前有章可循地联系所学知识和方法。

（一）从研究性教学方法出发组织教学内容

为了解决具体问题，应首先介绍电路的基本元件、基本概念、定律和分析方法，其中基本元件不仅包括电路分析中的基本元件还包括模拟电子技术中的基本元件。学习完这部分内容之后，学生就具备了自主分析电路的基础。然后选择既在生产和生活中具有实际应用价值又能够覆盖主要教学内容的典型案例，引导学生将案例需求作为研究目标，将各个功能模块作为研究内容。教师按照功能模块组织教学内容，针对每个功能模块讲授涉及的典型电路，引导学生利用所学知识设计功能电路。由于石油工程专业、化学工程与工艺等专业对电路硬件制作要求不高，所以只对电路进行仿真调试，不进行硬件制作和调试。典型案例如空调温度检测和控制系统，该系统涉及温度检测（热敏电阻）、比较（集成运算放大器）、延时（暂态分析）、发光报警（二极管）、声音报警（555定时器和功率放大）、继电控制、直流稳压电源等环节，能够覆盖主要教学内容。

（二）利用启发教学法增强学生自主获取所需知识的能力

在理论知识的学习中，引导学生提炼电工电子工程师实现功能设计的深层次思维内涵。例如逐次逼近型模数转换器体现了逆向思维，戴维宁定理体现了黑箱建模的思想，启发学生利用这些思维方式分析问题解决问题。

对融入相关理论章节的典型工程应用电路或设备，重点介绍外部特性和关键原理，启发学生自主思考，通过查阅资料和讨论理解工作原理。如变压器，主要讲授电能和磁场能的互相转换原理，剩余内容由学生自学完成。

课堂上涉及的工程应用案例有限，可以启发学生思考如何利用典型案例解决同一类型问题。如介绍空调温度检测和控制系统，引导学生尝试设计炼油厂反应器压力检测和控制电路、有害气体报警器等。

四、优化多元考核方式，培养科学素质和创新思维

近年来普遍采用的多元考核方式有作业、半开卷考试、课程论文等，根据卓越计划特点对考核方式进行优化，以重点培养学生的科学素质和创新思维。

（一）改革传统作业模式，创新多元化考核方式

现有的电工电子学作业大多是抽象和简化的电路，实际工程意义已被省略。为了紧密联系工程应用，应大量增加具有实际工程背景的作业。作业题目应介绍实际应用背景、电路模型与实际器件的对应关系。如一阶线性电路暂态分析作业采用延时继电器，二极管作业采用整流电路，集成运算放大器的作业采用变送器中信号变换和放大电路等。该类型的作业不仅能够使学生明确理论知识的实际应用，而且有助于培养学生的数学建模能力。

由于电工电子学技术已经渗透到现代化生产和生活的方方面面，一些基本知识和方法随时可以用到，需要牢记。传统的闭卷考试容易误导学生死记硬背应付考试;允许自由携带少量资料的半开卷考试容易使学生产生无需记忆的懈怠心理，导致一些需要牢记的知识和方法没有掌握。为了避免上述问题，可以采用半闭卷的考核方式，即由教师统一提供参考资料。由教师明确哪些知识和方法是需要牢记的（如三相交流电、一阶线性电路的暂态分析等），哪些知识和方法在应用时可以查阅资料（如常用中规模组合逻辑电路和时序逻辑电路的功能表）。对于后者，在试卷中应根据需要提供资料。

为了引导学生建立完整的知识体系，对题目要求进行改革，不再明确指出利用什么方法求哪些参数，而是由学生根据应用需要自行确定哪种方法最优、哪些关键参数需要分析。这种类型的题目有助于学生明确方法的使用特点、公式的适用条件，培养严谨的科学精神。

（二）设置课程论文环节，培养科学素质和创新思维

为了培养学生的科学规范和创新思维，设置课程论文环节。结合典型电工电子产品讲授什么是创新以及创新的重要性。由学生自主选定生活中的电气电子产品作为研究对象，查阅资料、独立思考并撰写论文。要求阐述所选产品的主要工作原理，指出存在的问题，展望发展方向。学生利用幻灯片做报告，回答提问。该课程论文利用所学知识分析实际电路，不仅有助于激发学生的学习兴趣，而且拓宽了视野。启发学生分析电子产品存在的问题，培养学生发现问题的能力。根据需求启发学生分析电子产品的发展方向，培养创新思维。

从卓越工程师教育培养计划的需求出发，研究少课时“电工电子学”课程的教学内容、教学方法、考核方式的改革方案。对于课程论文环节，学生选题不仅有传统的电热毯、收音机、LED显示屏等传统电子产品，还出现了移动电源、智能手环、心脏起搏器、电吉他等新兴产品，丰富了教学内容。教师针对学生困惑进行解答，并指导论文写作规范，学生科学素养得到培养和锻炼。课程实践表明，该方案能够有效激发学习兴趣，提高理论知识的实际应用能力。该教学方案也可以推广到其他少课时专业基础课，提高学生的实际应用能力。

参考文献：

[1]林健.谈实施“卓越工程师培养计划”引发的若干变革[J].中国高等教育， 2010（17）：30-32.

[2]王宝玺.关于实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].高校教育管理， 2012（1）： 15-19.

[3]王菁华，等.“‘卓越计划’123模式”的创建与实践研究[J].高等工程教育研究，2012 （3）：47-52.

[4]刘润华.电工电子学[M].东营：中国石油大学出版社，2008.

[5]黎明，付扬.少学时电工电子学课程教学改革探究[J].实验技术与管理， 2010（11）：292-294.

[6]郝宁眉.电工电子学实验与实习[M].东营：中国石油大学出版社，2004.