電工技術實驗教學改革

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摘要以電工技術實驗教學為平臺，從教學內容、教學方法和手段等方面對電工技術實驗教學進行改革，探索激發(fā)學生實驗興趣，培養(yǎng)學生基本實驗技能、創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和綜合素質的有效途徑，有效實施“卓越計劃”。

關鍵詞卓越計劃；電工技術；實驗教學；教學改革

1前言

教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”實施的宗旨是促進高校改變舊的教育觀念和教育模式，鼓勵高校和企業(yè)間密切合作、共同培養(yǎng)，以提高學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力；面向社會和企業(yè)需求，培養(yǎng)高素質的既有創(chuàng)新能力又有社會實踐能力的卓越工程師，以滿足經(jīng)濟社會日益發(fā)展的需要[1]。實驗教學是工科學生鞏固基礎知識，培養(yǎng)專業(yè)技能、創(chuàng)新能力、團隊合作能力的主要途徑。電工學是高校工科非電專業(yè)本科生必修的一門實踐性很強的技術基礎課，其主要任務是為學生學習后續(xù)專業(yè)課程和從事專業(yè)相關工程技術工作打好電工技術的理論基礎[2]。電工技術實驗是電工學教學過程的重要環(huán)節(jié)，其教學效果對于培養(yǎng)學生的動手能力、提高學生的綜合素質具有至關重要的作用[3-6]。本文針對目前北京科技大學電工技術實驗教學中存在的主要問題，結合“卓越計劃”的內涵，從實驗教學內容、實驗教學方法和手段等方面對電工技術實驗教學進行改革，探索培養(yǎng)學生基本實驗技能、激發(fā)學生創(chuàng)新意識、培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和綜合素質的有效途徑。

2電工技術實驗教學現(xiàn)狀

電工技術實驗教學通過具體實驗操作，使學生鞏固并擴展所學電工基礎理論知識，初步掌握工程常用電子儀器儀表和電氣設備裝置的使用方法，掌握進行科學實驗的基本方法，具備初步進行科學實驗研究的能力[3]。北京科技大學電工技術實驗安排在大二第一學期，是學生進入大學接觸到的第一門實踐課，每年有6個學院19個專業(yè)58個班的1800多名非電專業(yè)學生參與，參與學生多，覆蓋專業(yè)面廣。非電專業(yè)學生普遍缺乏對電類知識、電類科技及電工技能的認知，加上實驗內容沒有體現(xiàn)專業(yè)特色和應用需求，很多學生認為這門課與自己所學專業(yè)無關，對自己以后的職業(yè)規(guī)劃沒有用，因此缺乏學習的積極性和主動性[4-7]。為了保證實驗教學順利開展，當前電工技術實驗內容仍以驗證性實驗為主，綜合設計性實驗非常少。驗證性實驗局限于鞏固理論知識和訓練基本操作能力，嚴重束縛學生的思維，不利于鍛煉學生綜合運用知識設計、分析的能力[4-5]。實驗指導書上詳細給出每一個實驗的實驗原理、實驗電路圖、操作步驟等，實驗中學生被動做實驗，極易產(chǎn)生明顯的消極與依賴心理，不利于發(fā)揮主觀能動型，更談不上創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[6]。學生在實驗過程中總是期待一次連線成功，一旦出現(xiàn)故障就無所適從，不是直接找教師處理，就是將已經(jīng)連接好的線路全部拆除后再重新連接，缺乏主動利用儀表逐步排查故障原因的意識，不能通過實驗有效地提升動手實踐能力、分析問題和解決問題的能力。

3實驗教學改革思路

“卓越計劃”強化培養(yǎng)學生的工程能力和創(chuàng)新能力。創(chuàng)新能力包含創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)造力三重意思。創(chuàng)新意識培養(yǎng)意味著激發(fā)興趣，讓學生對教學中所涉及的知識和現(xiàn)象產(chǎn)生探究的熱情和積極性；創(chuàng)新思維的培養(yǎng)更多體現(xiàn)在獨立思考能力的培養(yǎng)上，即在面對教學中所涉及的知識和現(xiàn)象時，能自主地通過各種信息技術手段收集信息，對各種信息進行正確歸納分析，形成自己的看法或提出可能的方案；創(chuàng)造力是綜合應用知識能力、動手實踐能力、協(xié)同合作能力的表現(xiàn)[8]。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是一個長期的過程，在長期的訓練、積累、磨礪中不斷加強[9]。首先，正確認識創(chuàng)新能力培養(yǎng)在高?；A實驗教學中的重要地位，將基于“創(chuàng)新能力”培養(yǎng)的教學理念貫穿到電工技術實驗教學的整個過程中。其次，針對不同專業(yè)特點，重新整合實驗教學內容，滿足不同專業(yè)、不同層次學生對其廣度和深度的要求，激發(fā)學生的學習興趣，啟發(fā)和培養(yǎng)學生在本專業(yè)領域的應用意識。最后，充分考慮學生的認知規(guī)律，按循序漸進的教學規(guī)律分層次培養(yǎng)學生的基本技能、綜合能力和創(chuàng)新能力。

4實驗教學改革措施

在分析北京科技大學電工技術實驗教學現(xiàn)狀，對非電專業(yè)教師和學生進行調研的基礎上，制定具有專業(yè)和工程特色的多層次實驗教學體系[10-11]，即將電工技術實驗分為基礎性、綜合性和創(chuàng)新性三個層次，在綜合性和創(chuàng)新性實驗中融入專業(yè)和工程特色。基礎性和綜合性實驗是必修實驗，與電工學理論課同步進行。創(chuàng)新性實驗以科技創(chuàng)新活動和電子大賽為依托，學生自主選擇。基礎性實驗是實驗教學的根本。非電專業(yè)的學生底子薄、水平差異大，有許多學生還是第一次比較深入地接觸電學實驗，基礎性實驗采用學生容易接受的傳統(tǒng)驗證性實驗方式。學生在完成基礎實驗的過程中不但加深對相關理論和技術的理解，而且養(yǎng)成良好的實驗習慣，掌握基本實驗方法，培養(yǎng)基本實驗能力。綜合性實驗立足基礎、面向應用，培養(yǎng)學生綜合運用所學理論知識和解決較復雜的實際問題的能力。實驗中教師只提出實驗目的和要求，給學生適當講解怎樣根據(jù)實驗的目的和要求設計實驗，要求學生運用所學知識和技能制訂實驗方案、畫出實驗電路圖，并在實驗室規(guī)定時間內完成實驗。綜合性實驗項目結合專業(yè)實際情況，將多個知識點結合在一起，使學生由以前的被動接受知識逐步轉化為主動思考、分析和解決問題，更好地調動學生的積極性和創(chuàng)造性，而且讓學生有更多的自主發(fā)揮空間。創(chuàng)新性實驗面向工程實際應用，既有綜合性又有探索性，目標是培養(yǎng)具備自身專業(yè)知識和電類專業(yè)知識的復合型人才。實驗內容由教師根據(jù)學生的要求和實驗室條件確定，學生在教師的指導下獨立完成查閱資料、設計方案、組織實施、調試以及項目報告，全面提高有效運用所學知識和新技術進行系統(tǒng)級開發(fā)應用的能力、分析和解決實際問題的能力.4實驗教學方法與手段改革1）注重實驗基本技能培養(yǎng)。結合基礎性實驗系統(tǒng)培養(yǎng)學生的工程意識和基本實驗技能，布線整齊、美觀、易于查看，接線從左往右，以網(wǎng)孔為單位，先串聯(lián)后并聯(lián)、先分后合、先接主回路再接輔助回路等，同時合理設置測試點以便于測量。詳細講解儀器儀表的構造、工作原理、使用注意事項，使學生從根本上了解測量，進而在實驗中正確選擇、使用儀器、儀表。發(fā)現(xiàn)和排除故障是培養(yǎng)學生實驗技能的有效方法，適當設置一些簡單的障礙，指導學生分析排除，調動學生學習積極性的同時鍛煉他們獨立思考和解決問題的能力[12]。培養(yǎng)學生正確處理實驗數(shù)據(jù)的能力，理解相同的實驗數(shù)據(jù)，不同的數(shù)據(jù)處理可能得出不同的結論。另外，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際、實事求是的科學作風及嚴肅認真的工作態(tài)度，主動研究的探索精神，遵守紀律、愛護公物的優(yōu)良品德。2）加強創(chuàng)新能力培養(yǎng)。在基礎性實驗鍛煉的基礎上，綜合性實驗從易到難，由部分綜合到完全綜合，逐步調動實驗的積極性，增強探索的信心，激發(fā)學習的興趣，從而提高學生設計實驗和處理實際問題的能力，達到相對其自身能力的綜合和創(chuàng)新。樹立教師主導、學生主體的創(chuàng)新教學理念，綜合運用啟發(fā)式、討論式、問題式、探究式[13]等教學方法，充分調動學生的積極性和主動性，使學生在學習過程中始終處于積極思維狀態(tài)，最大限度地提高其分析和解決問題的能力[6]。面向實驗過程，要求學生按“設計要求→查閱資料→自主設計→仿真研究→實驗實施→實驗驗收”這一完整的訓練過程完成實驗，融知識、能力、素質培養(yǎng)為一體。3）形成多元化的實驗教學模式。充分利用多媒體技術、計算機和網(wǎng)絡技術，依托校園網(wǎng)絡，建立實驗教學共享資源庫，引入項目驅動[1]、翻轉課堂教學法，提高實驗教學質量，增強教學效果。開展必修與選修、課內與課外相結合的教學手段，滿足不同專業(yè)、能力、興趣學生的需要，培養(yǎng)他們的自主學習能力。引入Multisim仿真軟件[6-7]，利用其高效率、高精度、無損耗和靈活、真實模擬等特點，為學生搭建一個大膽嘗試、積極創(chuàng)新的實驗環(huán)境。開設網(wǎng)上實驗，形成虛實結合的綜合實驗體系。仿真與實際操作互為補充、各取所長，尤其是對于需要觀察動態(tài)過程的實驗，更有助于增強實驗教學效果，增強學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。4）構建開放式實驗教學環(huán)境。傳統(tǒng)封閉的實驗教學環(huán)境要求學生按照規(guī)定的時間到實驗室完成規(guī)定的實驗項目，不管完成與否，到了下課時間就必須離場，客觀上影響了動手能力較差學生學習的積極性和主動性，限制了部分能力較強學生繼續(xù)學習的機會[14]。開放式實驗教學環(huán)境實現(xiàn)了實驗內容、實驗時間和實驗資源開放，學生依據(jù)自己的實際情況自主選擇實驗時間和實驗內容，在教師的指導下自主設計，擬定實驗方案，通過預約獨立來實驗室完成實驗任務，學生有足夠的時間仔細觀察實驗現(xiàn)象，分析實驗結果。特別是在實驗失敗后，可自己重新修改實驗方案、重新做實驗[15]。開放式實驗教學突出學生的主體地位，注重學生的個體差異，學生在實驗活動中由被動變?yōu)橹鲃?，對調動學生主動性和積極性，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，具有重要的意義，對提高學生分析問題、解決問題的能力有很大幫助，對于培養(yǎng)學生在實驗中學習與掌握知識、拓寬知識面有重要的作用。

5結語

面向卓越工程師培養(yǎng)的電工技術實驗教學改革，從實驗教學內容、教學手段和方法等方面對電工技術實驗教學進行了改革。從北京科技大學2011、2012級的教學實施結果來看，有效調動了學生的實驗積極性，提高了學生對電工技術實驗課的重視程度，學生的基本實驗技能、創(chuàng)新能力都有了很大提高?！白吭焦こ處熃逃囵B(yǎng)計劃”是一個復雜的系統(tǒng)工程，只有不斷改革教學方法，更新和完善教學內容，才能進一步提高教學質量，為國家培養(yǎng)出適應社會發(fā)展需要，具有一定研發(fā)、創(chuàng)新能力，綜合素質高的卓越工程師。

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作者：閻群 李擎 韓守梅 王常策