新工科背景下电工电子学课程改革的思考与探索

瞿晓　孙月兰　郑玉珍　孙丽慧　董桂丽

摘  要：新工科课程改革对于我国本科高校工科专业提出了更高的要求。文章结合应用型本科教育的特点，以电工电子学课程的教学改革作为主要研究对象。分析了当前存在的问题，探讨课程改革的策略，以各专业学生的毕业要求为导向确定课程目标，使教学模式不断完善、全面，做好基础工作，以使学生更好地学习之后的专业课程。

关键词：新工科;MOOC;教学改革

中图分类号：G642       文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2021）16-0139-05

Abstract： For engineering majors in undergraduate universities in China， the implementation of the new engineering curriculum reform has improved its requirements. Combining with the characteristics of applied undergraduate education， the research object is the teaching reform of Electrical and Electronics. The original analyzes the problems that arise and discusses the contents of curriculum reform， the course objectives are determined according to the graduation requirements of students of various majors， so that the teaching mode is constantly improved and comprehensive， and the basic work is done well， so that students can learn the professional courses better.

Keywords： new engineering course; MOOC; teaching reform

为了应对新一轮的产业升级和工业革命，提升我国工科教育水平迫在眉睫。《关于开展新工科研究与实践的通知》和《关于推进新工科研究与实践项目的通知》，是国家教育部为了使国内高等院校工科课程的改革得到促进于2017年2月发布的。新工科建设就是指在国家战略的角度上以满足未来发展需求为目标，在“卓越工程师培养计划”的基础上提出的一项改革计划，面向国内高校工科教育进行深化变革。该计划具有影响范围大、学科交叉多、持续时间长的特点，为国内高校的工科教育带来了深远影响。

电工电子学是理工科专业的一门重要的必修基础课，该课程主要由电路的基础知识、常用电气设备、模拟和数字电子技术等内容组成。课程具有授课对象多（面向多个非电类专业）、知识覆盖面广、基本原理比较抽象、涉及的内容概念多、应用性强等多项特点，而很多专业的授课课时却往往比较有限。要求同学们在有限的课时内对这门课程进行理解、掌握和应用是比较困难的，随着各工科专业工程认证要求的不断提高，延用传统的教学模式和教学方法，课程很难完成对专业认证各项指标和毕业要求达成度的支撑。因此，有必要对这门课程的教学模式进行改革和优化。

一、课程目前存在的主要问题

有许多共性问题存在于传统的电工电子学课程教学中，具体表现为以下四点：

1. 教学对象涉及多个工科专业，各专业对电类基础知识的需求侧重点大不相同。大部分普通工科非电类专业如车辆工程，机械制造及自动化要求学生具备基本而全面的电工电子知识和能力，为后续专业课程打好坚实的基础，而工业工程、工业设计等少量专业仅要求学生对相关电类知识有初步的了解。现有的教学体系和授课内容传统而复杂、涉及知识全面但理论较为抽象，千篇一律，不能有效体现各专业特点，对毕业要求的支撑不够明确。而且传统讲授式为主的教学方法往往还会使同学们在较为枯燥的理论为主的学习中丧失对课程的学习兴趣，影响教学的效果。

2. 核心为教师、课本、课堂的教学模式是传统模式，教师的教学目的主要是向学生传授知识，而学生则是要接受知识的灌输。这种模式在当今获取、搜索知识非常便捷的情况下，学生自主地进行学习受到了阻碍，而在教学过程中学生需要培养的问题分析、解决以及创新的能力也受到了限制。

3. 受实验台（套）数和实验指导师资的限制，我校的电工电子学课程理论和实验存在时间无法同步，内容脱节的现象。而且传统的电工电子教学内容本身侧重于理论的分析和推导，实验也是侧重原理的验证，给学生们思考的空间很小，实验训练往往采用的是专门的教学仪器设备，与实际应用结合程度偏低。各个实验项目及内容之间往往相互独立，学生的实验技能无法得到系统的训练，更无法开展专业背景相关的综合设計性实验，更谈不上解决实际工程的应用问题。

4. 考核是对学生课程学习成果的检验，其最终目的就是深化和加强学生对知识点的理解和掌握，实现学习和实践能力的提升。尽管通过长时间教学实践经验才形成传统的考试模式，具有合理性和必然性，但这种模式，极易使学生形成不良习惯，如死记硬背，考前复习，平时不用功等。还会制约学生的开放性思维，限制学生培养分析解决问题的能力。电工电子学课程要求学生具有良好的抽象思维能力和分析理解能力。对于不同专业的培养目标，所要求的课程学习侧重点也有所不同。

二、课程教学改革的思路

在工科非电类专业的课程中，电工电子学为基础课程，且十分重要，该课程有很强的实践性，学生多，且涉及多方面的内容，建立一套适应当前教育需求的科学合理的信息化课程教学体系尤为重要。我们必须通过加强建设和不断完善信息化资源、构建信息化教学体系、更新课程教学理念来克服传统教学模式存在的问题。这不仅能对各类优质教学资源的开放和共享进行推动，还能弥补课堂内师生讨论交流时间的不足，有利于加强师生之间以及学生相互之间的沟通和交流。为培养应用型、创新型人才提供更好的学习模式和训练平台。本课程的改革目标思路是利用先进的信息技术进行课程MOOC的建设，重新组织调整教学内容，改进教学模式、调整教学方法、调整考核模式、加强对学生学习主动性的培养，以工程教育认证的学生毕业要求为指导，确定课程目标，基于工程应用背景，进行具有设计性、综合性实验项目的开发，对利用技术手段来解决工程问题的能力进行着重培养，同时还要加入思政教育、人文素质的培养，进行具有一定人文素养、创新精神、复合知识和工程实践能力的复合型人才的培养。

三、课程教学改革的具体实施方案

针对课程目前存在的问题，我们对电工电子学课程的教学改革主要在以下几个方面进行了探索：

（一）调整教学内容，构建电工电子学课程新体系

对教学理念的革新，对新教学体系的建立，是对学生自主学习能力进行培养的首要任务。以培养应用型本科人才的要求为依据，重组整合与电工电子学有关的专业知识，将教学内容分为三个部分，即基础理论、常用电子器件和介绍常用电气设备与新技术。基础理论全部专业都需学习，教学模式使用的是传统的讲授型。常用的电子器件适当减少内部原理的讲解，注重其功能性和实用性，例如简单介绍二（三）极管，着重对它们的功能、特點以及具体应用进行讲解。常用电气设备部分针对不同的专业将相关的电气设备采用实物展示（视频）、仿真实验模拟、多媒体、动画等形式展开。实物展示增加设备器件的介绍，理论内容方面通过动画与仿真实验进行演示与补充，讲解基本原理、数学公式的推导分析等内容可通过多媒体进行展示。例如， 在热继电器教学中，利用视频展示实物外形、内部结构，利用动画方式演示继电器的内部构造和工作过程，用多媒体介绍热继电器的原理图和符号，加强学生的认识和理解。最新的专业技术和工艺的介绍由于现有教材的局限和不足，我们一方面针对不同的专业采用补充讲义的形式扩展学生知识面，另一方面通过网络资源共享要求学生自学了解相关内容。同时把教学内容分解成若干个模块，根据各个专业的毕业要求，课程目标的不同，灵活选择教学内容。

（二）将信息技术进行合理的利用，创新教学方法

我们根据不同专业人才培养的改革需求确定课程的教学目标， 以加强学生各方面能力培养为核心，整合资源， 结合线上线下教学，实现课程信息化教学体系“多维、开放、立体”的建立，来解决学生原先自主学习能力不足，无明确学习目标等问题。将浙江省高等学校作为试点学校，我们将线上MOOC课程创建到在线开放课程共享平台上，全部实验及全部知识点都建设相应的微课课程，把较难理解的内容如电动机内部电磁耦合的工作原理等用动画模拟、仿真实验等形式生动形象地展示出来。线上课程内容有84个视频，总时长723.97分钟。包含知识点讲解的微课视频48个，实验演示视频8个，补充工程应用资料28个，内容涵盖所有的主要知识点，所有的课程实验和大量的工程应用辅助学习资料。题库737道题，12次作业，1次期末考试，各进行1次期末、期中测验。还将整套教学资料进行了完善，包括教学日志、教材电子版等，随时供学生们在线利用电脑或者手机自主学习。以教学要求为依据，任课教师按照专业的不同进行有关内容的选择，要求学生做好课前、课后预复习，同时配合课后习题、在线答疑、难题课堂讨论等线上线下结合的形式开展教学。针对实验环节存在的与理论课脱节的问题，要求学生实验前通过网络课程平台做好相关知识点的学习和巩固，同时学生必须完成实验前相关知识点的测试，通过的才能进入实验操作环节，同时发布思考题，让学生带着问题来做实验，并在实验报告中回答相关问题。

（三）加强实验、实践技能的培养和训练

培养应用型本科人才是我校的教学目标，那么要注重在所有课程中对学生专业技能的培养。电工电子学课程设置了独立的实验实践学分，28个学时。实验实训中心根据各专业的工程认证及对实验课程的要求，按照电工电子学课程的内容划分，从基本概念点切入、以交（直）流电路的分析方法为基础、总体思路围绕典型电路、常用电气设备展开，将实验内容设定为元器件特性及参数测试、戴维宁定理、串联谐振电路、三相交流电路等八个模块。各模块都需进行具体教学单元和实验的设置。与新工科教育改革意见相比，独立设课为所体现的优势，将综合性实验项目的特点充分利用，对实验的工程应用背景进行了重申，对学生的系统工程实践能力进行培养，使他们的工程服务意识得到强化，基于基本操作规范的训练，侧重培养电工电子技术服务各专业领域的能力，按照验证性、综合性、设计性要求，再次创设和规划实验项目。增加设计性与综合性实验项目至五成，如TTL性能测试等内容，强调课程所涉及的知识点和相关内容间的连贯性、整体性和系统性，将电工电子实验教学中的实物演示与虚拟仿真、实践与理论、电气控制与电子线路有机地结合起来，目标明确有层次地从单一技术知识点的掌握到基本实验技能的熟练再到提升应用工程技能的转化。我们还将主要实验内容，原理知识点的讲解，设备介绍，基本操作要求等内容录制成微课视频，要求同学们做好实验前的预习，同时还要求必须完成线上相关测试，达到要求后方可进入实验操作环节。实验操作是对学生动手能力、思维方法及实验结果的分析等效果进行的核查，具体包括实验表现、结果和报告评价。

（四）加强过程监督，完善考核模式

应用型本科教育需要建立起一系列能够突出专业教育特点的考核体系。对问题理解分析以及具有较好的抽象思维能力，这是对电工电子学课程学生提出的要求。各个专业，学生的培养目标和毕业要求也不同，考核的侧重点也应该有所区分。新工科课程改革对国内高校工科毕业生的应用实践能力提出了更高的要求，因此，建立一种与课程教学内容、能力培养目标相契合的现代专业教育评估方法势在必行。学生对所学知识的运用以及对问题的分析解决能力是考核的核心目的，模块式考试的实施，使考试和评估方法向着更加多样化的方向变革。理论模块的考核主要以线上客观题测试和期末闭卷考试为主，线上技术模块是基于过程性的考试考核。我们开展电工电子技术课程的在线测试，建立起题库，学生可以在规定期限内不分时间不分地点地参与在线答题。学生的最终总评成绩具体分为线下学习成绩、线上学习成绩和期末考试三部分，具体比例为20：30：50。线上线下实现全过程考核，均分阶段进行，课后作业以及课堂考勤、活动三个方面为线下需考核的，三者比例为40：20：40;观看视频，在线作业完成，测试，考试，发帖等为线上学习内容，具体比例为40：20：20：10：10，考核学生参与学习的过程还要加到线上综合分数中。期末考试采取传统笔试形式，考核学生综合运用知识点进行电路的分析和问题的解决等内容。对过程性考核进行强化，监测整个过程中的学习效果，给出过程成绩，课程考核最终的成绩要综合期末笔试与过程考核。注意平时成绩具有十分重要的意义，平时成绩能够体现出学生在过程性学习中的自我管理、课外自学及思辨能力，真正实现理论考核和能力考核相结合。

四、课程教学改革的实施成效

电工电子学课程经过长期的教学研究与探索，加之近年来的实践和改革工作，所获得的教学效果良好，也形成了较为鲜明的特色。在教材建设，教改教研方面取得了较好的成果，教师的业务能力也得到了很大的提高。自编配套教材《电工电子技术》第一版与第二版分别入选二十一世纪高等学校规划教材和十三五普通高等教育本科规划教材（见图1），浙江省首批新形态教材对第三版进行了立项支持，课程还建设有配套实验课教材《电工电子技术实验教程》（2018.5机械工业出版社）。2018年在浙江省高等学校在线开发课程共享平台上自主建设了线上课程，并获得浙江省第三批省级精品在线开发课程称号。

第三版教材采用互联网信息技术开展线上与线下结合的新形态教材模式，也就是说，通过移动互联网技术，将二维码加入书面教材的知识点处，通过试卷、视频等方式链接，融合课堂、教材和教学资源，学生在扫描二维码后，直接链接线上学习资源，进入线上学习平台，使用更加方便快捷。（见图2）

我们线上线下结合的教学模式面向浙江省内多个高校，不同年级、 不同专业、不同班级近2000名学生进行了教学尝试与应用，从线上线下学生的评价和同行评教反馈中可以看出，与原有的课程教学模式相比，学生的自学能力和学习兴趣明显加强， 有效减少了期末的不及格总评成绩，显著改善了课程达成度并逐年上升。我们以2019-2020-1学期，机械制造及其自动化专业18级学生的学习过程考核为例，课程根据该专业的毕业要求，制订了2个课程目标：目标1掌握电工电子技术的基础理论知识;掌握常用典型电动机和低压控制电器的基本工作原理，掌握模拟电子线路，数字电子线路的组成及其特点，理解课外的自学内容，对机电一体化领域内复杂工程问题进行识别、分析、表达，以获得有效结论。目标2采用以学生“参与式”的模拟演练、亲手操作的现场教学、实物教学和模拟演示的教学形式，使学生更为直观地了解各种常用控制电器设备的工作原理，在理解知识的基础上掌握良好的学习方法，将工程管理、经济决策方法等应用于机械自动化控制问题的解决，并有一定的探索知识能力。毕业要求指标点1.2和11.2为这两个课程目标各自对照。基于课程目标达成度计算方法，通过对平时课堂表现、作业、课堂讨论、线上学习成绩，期末考试等方式分别对各考核点计分，加权平均后得到课程目标达成度结果。指标点1.2达到了课程目标值的0.86;指标点11.2达到了课程目标值的0.70（一般0.60为合格线），说明达到了预期学习效果。该课程总体上达到了毕业要求预期效果。我们还比较了前三年的课程目标达成度，如图3所示，在使用线上线下结合的教学模式后，课程目标达成度提升明显。与此同时，学生在创新思维与实践动手方面的能力得到了明显地提高，作为基础能力，使学生更好地进行学科竞赛、工程技术实践等。

我们的线上课程自上线以来，累计访问人数达 85000 多人次，涉及17所高校，还有部分社会学生，受众面较广。应用线上线下课程教学模式后，原先的课时少但需学习的知识多的问题得到了解决，传统的教学模式得到了改良，增加了更多样的形式，即线上线下相结合，课堂上师生可以针对实际问题开展充分的讨论， 学生的学习态度不但得到了转变，而且更加积极主动地参与学习，也奠定了学生对知识应用的基础，启发了学生深度思考的能力，获得学生的普遍好评。随着第三版教材的发行，将有更多使用本系列教材的省内外高校学生加入我们的线上课程。

五、结束语

随着我国科学技术的不断创新和发展，新工科课改的要求是适应新形势下的发展趋势， 培训符合社会需求的专业人才。电工电子学课程探索和研究了信息化教学手段，在课程教学内容、实验内容的改革创新和考核模式的完善等方面，取得了一定的成果。同时我们也在不断研究探索的过程中，清楚地认识到，课程的教学改革这一探索学习过程是长期、连续的，科学技术的发展飞速前进，为使教学效果能够有效提高，对各专业的认证工作能够提供更好的支持，在实践工作中，还要不断地完善和改进教学内容、模式以及实验项目。只有不断改革教学方法和内容，教学内容不断新增、教学手段不断改进、提供先进的设备、良好的实验环境，为国家多多培养创新型、应用型、实用型人才的工作才能更好地完成，为国家发展做出贡献。

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