工程类专业电工电子基础教学探讨

时间:2022-08-29 10:26:15

工程类专业电工电子基础教学探讨

[摘要]文章针对管理与工程专业学情分析了非电类专业电工电子学习的难点与困境,采用案例引导式教学方法和线上+线下混合式教学模式,提高了学生的学习效率;利用Multisim和Proteus软件打造虚实结合的实验环境,激发了学生的学习兴趣,改善了实验条件;结合创新创业实践提高了学生的动手能力。

[关键词]电工电子;雨课堂;EWB;Multisim;双创;混合式教学;专创融合

电工与电子技术是山东工商学院面向非电类专业开设的一门技术基础课程[1],校内开设本课程的专业包括工业工程、安全工程、物业管理、工程管理等。本课程在教学实施过程中存在以下几个问题:教学内容涉及电工电子的各个领域(电路、数电、模电、电机拖动等[2]),信息量大、知识面广。而学生理工基础薄弱,有些专业的学生连大学物理课程都没有修过,仅有的物理知识局限在初中、高中水平,学起来事倍功半。各专业需求不同,工业工程专业本课程的理论学时为72,实验学时为16;安全工程专业本课程理论学时为48,实验学时为8;工程管理和物业管理等不同专业需求不同,对于本课程的课时选择也有差别,教学实施过程复杂。受学时和教学惯性的影响,教师和学生之间的互动比较少。课堂主要以教师讲授为主,学生被动接收,缺乏学习的主动性和积极性。长此以往,学生学习的积极性和注意力将逐渐下降,如多处知识点搞不清楚后往往会丧失学习的信心。本课程的实验内容偏少、形式单一,缺乏学生创新的土壤,缺少差异化的实验内容。学校的实验室设备较少,试验台是固定好的实验板,只能做固定的实验,学生通过插拔连接线获得参与感。学生缺少新鲜感和创新的余地,遏制了创新能力的培养。通过同行交流和走访调查发现,以上几个问题在其他高校中也非常普遍[3-8]。在建设“新工科”和“大众创业、万众创新”的新形势下,针对以上出现的问题,课程团队从案例引导式教学法、线上+线下混合式教学模式、虚实结合的实验环境、结合“双创”的课外实践四个方面进行了探索。

一、案例引导式教学法

部分学生理工基础薄弱,理论知识欠缺,教学从实例出发容易引发学生的学习兴趣、提高他们的积极性。案例是天然的理论与实际相联系的结合点,能将相关的知识点串联起来,使教学内容更加紧凑、合理。案例引导式教学法将学习内容模块化,适合不同学时的班级选用。案例引导式教学法分为三个步骤:案例导入、理论教学、案例分析。首先是案例导入:教师团队对电工电子内容进行整理,分为电路、电机、模电、数电四大模块,每个模块设计若干案例。在讲授课程内容之前,教师给学生该案例的描述和相关的知识点列表,明确课程资源和案例考查内容,学生根据知识点索引有针对性地学习课程内容、查阅资料、思考案例提出的问题,并进行探索性解决。其次是理论教学:课堂上对案例呈现的相关知识点展开讲解。教师根据授课内容采用多媒体辅助。经验表明,通过动画讲解抽象的电学理论知识,更容易让学生接受和理解。最后是案例分析:该部分要求学生根据自己前期所学知识和课堂授课内容对案例中提出的问题进行回答。教师分析学生的答案,解答学生的疑问,总结理论知识在案例中的应用情况。比如在二极管整流模块教学中,可以引入手机充电器的案例来讲解。手机是学生最常见的电器设备,通常能够引起他们足够的兴趣进行教学,引导学生引导学生比较分析半波整流电路和桥式整流电路的效率、变压器的原理、电容滤波电路的作用、二极管的应用,巩固电容、电阻、电源、正弦交流电路等电路知识。在电机拖动部分,可引入教室里的电风扇案例进行教学,引导学生学习三相异步交流电机的原理、定子线圈的缠绕、电机拖动的机械特性曲线和电器控制电路。案例引导式教学法把知识点模块化,使得知识点更容易被学生掌握,更贴近实际应用,使得电工与电子技术课不再充斥枯燥无味的理论知识,身边看得见、摸得着的案例吸引了学生的注意力。

二、线上+线下混合教学模式

电工与电子技术课程内容多、课时少,仅依靠课上时间很难把所有的内容模块讲透彻。课程采用线上+线下的混合教学模式,前期结合中国大学慕课平台上的课程建立SPOC课程,后期依靠学校搭建的平台,建立线上课程资源。教师可自行录制专业视频,每节视频时长为15~20分钟,讲解模块化知识点。平台不仅可以视频、PPT、作业,还有在线上论坛发表话题和评论的功能。新冠肺炎疫情期间,线上教学模式发挥了巨大的作用。上课之前,教师提前给学生学习内容通知,学生在空闲时间提前学习相关的视频资料,做到心中有数,带着问题来到课堂。在课堂上教师有比较高的灵活度,可以着重讲解重点和难点,也可以发起关于知识点的讨论,学生具有学习主动性,就对课程保持了高度热情。线上+线下混合教学模式打破了学习空间和时间限制,有效利用了学生的碎片化时间,让学生远离游戏,提高了学习主动性、积极性。但是也存在一些问题,比如学生在自主学习时的效果不一样,掌握程度相差较大,在课堂上很有可能跟不上教师讲课的节奏,容易造成班级学习两极分化。这反而让教师的工作不是减少了,而是增加了。教师不但要正常线下备课,还要把握学生的线上学习情况,这样才能在课堂上灵活应变,更好地掌控课堂。因为部分学生基础较差,学习主动性不强,在学习过程中,可把学生分组,按照团队组织的形式查找资料、相互讨论,最后由团队轮流派代表发表分析结果。团队的形式能够让队员取长补短、互帮互助。实践证明,运用该方法后学生积极性显著提高,思维能力和思考能力都被激发出来,口头表达能力、独立思考能力、团队协作能力也都得到大大提升,小组之间形成相互竞争、相互帮助的学习风气。基础课程通常都需要一定数量的作业来巩固。我们要求每个团队选出代表讲解习题,教师在旁监督,要求讲解思路清晰、板书详细、结果正确。同时,其他团队成员在下面要随时应对来自同学们和教师的质疑,最后将板书结果拍摄下来,整理成电子参考资料供大家参考。这样的教学过程严肃、活泼、紧张、有趣,受到学生的欢迎。在授课过程中,教学团队利用雨课堂的相关软件在课堂测试学生对知识点的掌握情况;利用随机点名的功能让学生回答问题,保持适度的紧张感;利用弹幕功能让学生发表感想,以达到“共情”的效果。教师在后台不仅能清晰地看到学生的到课情况,还可以统计学生答题的数据。手机不再是上课的障碍,而是成为得心应手的学习工具。实践证明:采用该方法后,学生的参与度大大提高。课程考核内容包括到课率、听课及参与情况、作业及实践情况、个人考试成绩。其中到课率及听课情况占10%,团队表现占30%,考试成绩占60%。从开课到结课,学生每节课的表现都能在考核结果中体现出来,基本上实现了全过程考核。从中还可以看到,团队考核占据相当重要的比例。在全过程团队考核的方式下,学生很少有偷懒、抄袭的情况,基本上都能为团队贡献自己的力量。

三、虚实结合的实验环境

电工与电子技术课程内容较多、跨度较大,实验分布在不同的实验室,如电路、模电、数电、电机拖动实验室等。课程大部分的经典实验都可以在实验室完成,如基尔霍夫定律验证、戴维南定理和有源二端网络研究、单管放大电路、触发器逻辑功能测试等。这类经典实验有成熟的设备和教材,有实验教师专门指导,学生通过这些实验能快速掌握电工电子的基本操作和基本理论。但是该类实验设备比较单一,实验类型基本上是固定的,大部分的实验学生通过接插电路即可完成,除非改动设备,否则学生很难对实验进行创新。为弥补以上不足,课题组利用EWB、Multisim[9]、Pro⁃teus[10]等一系列软件建立了虚拟仿真实验室,根据课程内容编制仿真教材、积累案例[11-12]。仿真实验一般是基于传统实验的拓展和创新,趣味性和挑战性更强。学生可利用仿真软件和教程完成所选实验线路的搭建、仪器仪表的选择,得出仿真结果。这样,学生既熟悉了仿真软件,提高了学习兴趣,又可以节省实验时间,缓解了学校实验室压力,提高了学生的自学能力、计算机应用能力、独立思考能力、实践动手能力,效果相当好。虚拟仿真实验与传统实验室相辅相成,取得了较好的效果,详见表1、图1、图2.

四、结合“双创”的课外实践

教育部鼓励高校结合本校实际情况,建立有效的激励机制,鼓励广大教师积极指导大学生科技竞赛活动,激发大学生兴趣和潜能,培养大学生的团队协作意识和创新精神[13-15]。团中央和教育部组织了“互联网+”“挑战杯”等面向大学生的大型赛事。山东工商学院建立了创新实验室,成立了大学生创新创业中心和各类科技协会,为学生参赛提供一系列软硬件设施和便利条件,推进专业+创新、专业+创业两大类专创融合的进程,详见图3。在课程学习过程中,越来越多的学生喜欢上了电工与电子技术课程,涌现出许多创意并急于验证。有的学生有一些想法却不知从何下手,在课余,教师可指导学生购买元器件,通过组装、焊接、创新实现自己的想法。教师应鼓励学生录制趣味视频及教程,引导他们通过互联网和多媒体学习。通过学生喜闻乐见的新媒体传播方式普及的电工电子小知识,虽然不及电类专业有深度,却能受到更多非电类专业学生的欢迎。科技协会组织学生参加比赛,通过每年纳新,形成以老带新的模式,逐渐具备“造血”功能。电工与电子技术任课教师在公开课和学生测评中都获得了广泛称赞。图3学生课外实践活动

五、结语

本文通过多轮教学改革的探索,分别在案例式引导教学方法、线上+线下混合教学模式、虚实结合的实验环境以及结合“双创”的课外实践四个方面总结了电工与电子技术课程教学与改革的经验,全方位地阐述了电工与电子技术教学中遇到的问题和解决方案。实践证明,该方法可操作性强,具有切实良好的应用效果,对非电类专业的电工与电子技术教学具有借鉴意义。教学团队指导学生完成了全国大学生创新项目30余项,带领学生参加了各类大学生科技创新竞赛,均获得了不错的成绩,证明该教学方法确实是行之有效。

作者:闫龙 张顺堂 黄力波 单位:山东工商学院管理科学与工程学院

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