工程背景下“电路”教学中创新思维的培养

摘要：从提高学生创新思维能力角度出发，在工程教育的背景下进行“电路”课程的教学改革。将创新思维方法从教学内容和教学方法两个重要的方面融入到“电路”课程的教学活动中，开展科学思维层面的教学改革，形成“电路”课程的创新思维模式的典型案例，培养工科学生的创新能力和科学思维，同时提高学生的工程素养及分析实际问题的能力和面对新情况勇于挑战的信心，初步改革实践证明教学效果良好。

关键词：创新思维；教学改革；电路；工程背景

作者简介：张蛟龙（1977-），男，河南洛阳人，河南理工大学电气工程与自动化学院，实验师；张伟（1978-），女，辽宁鞍山人，河南理工大学电气工程与自动化学院，副教授。（河南?焦作?454000）

基金项目：本文系“三电”基础课程教学团队建设“2009年国家级教学团队”（批准号：教高函[2009]18号）、“三电”基础课程教学团队建设“2009年河南省教学团队”（批准号：教高[2009]483号）的研究成果。

中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）22-0049-02

中国工程教育的任务是大量培养工程师，少量培养工程学家，以工程素质和能力的培养为目标，要培养学生具备系统的专业理论知识、熟练的工程实践能力、全面的社会认知和积极的创新追求精神。[1]而创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力。创新能力的核心因素是创新思维能力，它主要指科学思维中的非逻辑思维。在目前的高等教育过程中，科学思维基本上以人文素质教育为主，且以阐述理论为主，自成课程体系。如何用创新思维去指导课程教学是教学改革中急待解决的问题，因此探索和研究课程中的创新思维教育是实施人才素质教育的一个重要课题。

据统计：大学教育中工科学生占45％，而其中电气类学生占工科学生总数的50％。在电类专业中，“电路”是其最为重要的专业基础课程之一，其理论性强，集数学、物理、电学和工程于一体，理论精辟，分析方法灵活多样，在整个课程体系中起承上启下的关键性作用，对培养学生的创新能力和工程素养具有十分重要的作用。

河南理工大学（以下简称“我校”）以国家级电工电子实验教学示范中心为平台，在国家级“三电”基础课程教学团队建设的过程中，积极进行包括“电路”、“电子技术”和“电机学”的“三电”基础课程教学改革和实践活动。在“电路”课程建设方面，积极改革、大胆推进，探索工程背景下该课程教学中创新思维方法融入教学内容和教学方法的改革实践活动，改革效果良好，受到了学生的普遍认可。

一、“电路”课程教学活动中存在的问题

工程教育背景下的“电路”课程教学内容无论在理论上的还是在实践上都缺乏工程背景，同时教学设计中创新思维培养的考虑体现不够到位。如课程教学中更注重理论知识的传授，与工程实际联系很少，具有工程背景内容的引入比较少，学生即便学会了知识，也不知道怎么用；在新技术、新方法不断涌现的今天，学生认为所学内容没有实用性的氛围下，对课程的兴趣逐渐降低。电路理论来源于电路的实践，而理论知识的运用最后也是应该为实践服务的。现有课程内容在工程应用能力培养上也没有更多地考虑与设计。比如学生做电路实验，做完后还是只停留在“认知”阶段，综合能力很难提高，难以解决实际中所涉及的具体问题，更谈不上创新能力的培养。长期以来，教师在授课时基本采用传统的教学方法：阐述理论－证明－举例应用－阶段性总结，虽然在某种程度上应用了一些科学思维中的逻辑思维方法，但是应用不够深入，对于非逻辑思维中的发散式思维、灵感思维等几乎没有涉及，从而导致学生知识不成系统，工程意识淡薄，解决实际问题能力欠缺等实际问题，更谈不上具有创新思维和创新能力，和培养目标明显不相适应。

二、“电路”教学的改革探索

理论知识和工程应用的统一是工程师应具备的基本素质。教学内容和教学方法是教学互动过程中关键的方面。根据“电路”课程的特点，主要从教学内容与教学方法两方面进行了教学改革和实践，探索创新思维方法与课程教学的结合点。主要围绕如何在教学过程中不断提升科学思维和科学方法的应用水平，有计划地结合教学内容，并恰如其分地将创新思维方法贯穿于教学环节中对理论内容、实践内容进行改革；选用具有工程性的问题引导教学内容；把科学思维和科学方法融入教学过程，进而培养学生的科学思维和创新能力。

1.教学内容改革

教学内容改革中首先要重视“电路”课程中的工程应用背景，需要重新梳理教学内容，将更多相关的实际工程应用问题引入到教学内容中来。例如介绍电阻元件时，引入超导、热敏电阻、光敏电阻、降低设备温升措施的内容；学习动态电路时，引入电力系统过电压、过电流问题的讨论；学习电容元件时，引入雷电冲击实验；学习交流电路部分，引入交直流输电争论，我国当代的高压输电工程等。[2]教师也可将自己的科研成果总结后做为实际例子，在教学过程中多与实际联系，注意工程问题的探讨，可以很好地解决学生为何学、学何用的问题，激发学生的兴趣，有利于工程素养的培养和能力的提高。而对传统的经典内容，应合理地安排教学内容，做到详略得当，让学生能够抓住内容的主线脉络。

教学内容上的创新直接影响教学效果的好坏。而“电路”中的创新需要老师善于发现、用脑思考，用“创新思想和方法”去讲授教学内容，并精心设计教学活动才能收到不错的效果。比如经典的基尔霍夫定律揭示了科学真理的有界性；相量法（变换法）是转移经验和侧向思维的好例子等。同时也应注意在当今知识爆炸的时代需要在教学上有思想上的转变。孔子曰：“少则得，多则惑。”教师要教的内容越来越多，知识量又不断增加，如果什么都讲了，学生不一定都学会，教师应该培养学生的学习习惯、科学的能力和素养。此外，在“电路”理论的传统内容基础上，注重反映现代网络理论的内容和计算机辅助分析的基础知识也是必要的。[3]

2.教学方法改革

教学方法改革主要以解决怎么教，在教的过程中如何体现创新教育、工程性和以创新思维为中心，来激发学生的学习兴趣、培养他们的工程素质和创新能力。教学方法可以通过合理的教学设计体现创新性，教学活动中采用多种教学方法相结合的形式，[4]以启发式教学思想为指导，通过设计和提出能体现工程背景又涵盖重要理论内容，与先进的科技发展同步的小项目引导学生学习。比如请学生设计宿舍楼的供电电路，讨论动态电路在家电中的应用，布置超导体的特性与应用等项目。学生在收集资料、完成项目过程中，积极参与、优势互补、主动思考，并且锻炼了团队协作意识，从而变被动接受为主动参与、主动学习，更加强理论学习的效果和工程素质的培养。在教学中多提一些有深度的提问，提炼有一定挑战性的现实问题，通过合理设计载体，配合教学方案设计，为学生提供一个有意义的学习经历，更为培养他们学习、探索、参与的积极性开了个好头，也有助于提高培养对象的智力、创造力和实用能力。

实验教学改革方面，在保证基础实验的前提下，减少验证性的实验，通过设计有意义的实验项目，让学生自行设计实验、选择实验方法并做实验，掌握理论到实践再到理论的研究性学习方法。如利用电桥原理设计电阻温度计，感性负载断路保护的研究等此类具有意义的、有应用背景的实验教学活动，真正提高学生理论知识的工程应用能力。在课外作业中增加具有工程应用背景的大作业和项目设计也收到了不错的效果。对给定的一个项目，同学分组讨论方案，分析和设计，验证仿真或实物制作，最后学生陈述总结、教师验收点评等都可作为培养创新能力且具有工程背景的较好的教学方式。

三、结论

“电路”是电类专业中最为重要的一门课程，其教学效果对后续课程的学习有较为深远的影响。[5]在国家级“三电”基础课程教学团队的建设过程中，着力进行了“电路”课程教学改革的探索和实践工作。在面向工程、培养卓越工程师的教育大环境下，从提高学生创新思维能力角度出发进行课程改革，将创新性教育结合工程应用融入电路课程的教学内容和教学方法中，通过教学相关环节配合，加强学生的创新能力和科学思维意识的培养。

参考文献：

[1]张来斌.大工程观视野下高等工程教育改革的探索与思考[J].中国高教研究,2009,(8):8-10.

[2]罗先觉.电路课程建设和教材建设的思考[A].第6届全国高等学校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集(上册)[C].2009.

[3]张霞,宋淑然,许利霞,等.电类基础课平台——电路教学改革与实践[J].高教论坛,2007,(6):36-37.

[4]王义遵.关于教学方法改革的几点思考[R].首届“中国大学教学论坛”,2008.

[5]邱关源.电路(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2006.