电工与电子技术课程教学的改革

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近些年随着国家对高等教育的不断重视[1]，加上“互联网+”[2]、5G通讯、VR虚拟仿真[3]等技术的不断发展更新，课程的改革与创新获得大量的新成果[4]。新一代的大学生对互联网适应程度非常高，是移动互联网的原住民，对电工与电子技术的新知识、新技术需求日益增加[5]。电工技术在核聚变、磁流体发电、太阳能与风力发电、磁浮列车、磁流体船舶推进与超导电工等领域获得了长足的发展。一方面，前沿电子信息技术领域发展迅猛，新技术、新理念层出不穷，仅仅依靠教师课堂讲授的传统教学方式显然已不能满足全面培养人才，增强学生自学能力，提高学生综合素质的新需要；另一方面，一个教师面对上百个学生的大课堂授课模式，很难满足每个学生个体的不同需求。如何改革课程授课模式，有效地服务大多数学生的需求，是一个既艰巨又长期的重大课题。为了解决以上基本需求，我们改革授课方式，通过参考BOPPPS教学模式，将其应用范围从课内扩展到课外。精选课程团队所创作的线上课程中的部分内容作为课程导入部分，让学生提前进行自主学习，将课程中的重点、难点内容放在线下课堂中讲述，保证授课质量[6]。将传统BO-PPPS教学模式中的前测、参与学习、后测放在课题授课过程外[7]，结论部分可放在教师个人维护的公众号的每周总结中。教学手段增加了在线课程、雨课堂、公众号、VR虚拟仿真实验设备等新工具，从课前、课中、课后等不同时段，提供给学生各种学习资源，以满足大多数学生的学习需求。考核评价方式采用线上课程考核、课堂小节测验、每个章节学完后进行的章测试、翻转课堂表现、期末闭卷考试等多维度来进行，强调全过程、多种类、多层次、多目标的考核方式[8]。

1学情分析

“电工与电子技术”课程为普通高等院校非电类工科专业本科学生必修的一门专业基础课[9]。一般开设时间为学生的第3或第4学期，不同专业所设学分也略微不同。有的专业设置该课程为2学分，理论授课为32学时，例如给排水、化工等专业，所学内容为基础电路知识。有的专业设置该课程为3学分，理论授课为48学时，例如材能专业，所学内容为电路加电工基础知识。有的专业虽然也是3学分，48学时，例如计算机专业的学生，但所学内容为电路加模拟电路的知识。还有一种情况是机电专业的学生，分为两个学期学习，总学分达到5.5分，学时达到88，所学内容为电路加电工加模拟电路和数字电路。针对不同的专业需求，在授课过程中应适当调整课程讲授知识点的内容和深度。不同专业的学生也应该针对其专业特点和后续课程，有相应的教学侧重点，例如教授计算机学院的学生可适当增加使用仿真软件求解电路的案例。在授课过程中介绍通过使用Multisim仿真软件，模拟电路的实际运行情况，万用表、示波器等虚拟仪器的使用，立创EDA仿真电路等仿真软件。机电专业的学生可适当加入工程实践操作的案例，比如通过VR仿真实现双控开关电路的接线、双速电机的虚拟仿真接线、正反转控制、点控电路、互锁电路接线等。对于化工、材料类专业的学生，可结合材料加工、成型机械设备中的常见电路，为他们讲解其中的电工学原理。

2教学目标

“电工与电子技术”课程的教学目标既有了解电学概念、电工理论的基础要求，也有理解、掌握重要公式定理的要求，更有灵活应用电学知识解决生产生活中的实际问题的要求。在教学过程中也包括培养学生分析问题、解决复杂电学工程问题的能力培养目标，还应包括对学生进行工程伦理教育、课程思政的德育目标。教学过程中不仅要传授知识，还需要将他们培养成具有解决基本电工和电子技术工程问题的专业人才，同时也应让他们将来成为国家建设的大国工匠[10]。“电工与电子技术”课程的教学应将课程教学目标与后续专业课程有机融合，例如机械电子专业的学生可针对其后续课程——“单片机原理及接口技术”，将一些常见的接口电路引入课程，比如常见的上拉、下拉电阻，引脚状态设置，传感器原理等常见电路知识点。通过引入后续课程的案例到本课程，作为典型的应用案例。这样既可以提高课程深度，也可与该专业的后续课程保持紧密联系，提高学生的兴趣和对本课程的重视程度。随着部分专业需要通过国家工程认证，作为专业基础课，对人才培养的目标也应该明确在课程体系中。例如培养目标要求解决一些工程实践问题，我们可以在授课内容，相关习题，考试试题中加入实际电工与电子技术在工程中应用的经典案例，使用VR仿真设备等新技术手段，开展体验式学习。例如讲解三相交流电时，我们特意制作了一个双控灯的VR实验。该实验涉及220V交流电、空气开关、按键、LED照明灯等常见电气设备，一般情况是无法在课堂中开展实验的。通过VR虚拟仿真技术，我们可以将真实的接线场景带入课堂，让学生有机会亲手接通一个仿真照明电路，点亮一盏灯。

3教学设计

教学模式主要参考BOPPPS方法，可根据不同的授课对象合理调整教学内容来设计课程的教学过程。BOPPPS教学模式是一种以教育目标为导向，以学生为中心的新型教学模式，它强调关注学生学会了什么。BOPPPS的名称来源于英语单词在教学模式的六个教学环节中的初始组合，包括六个教学环节：课程导入、学习目标、预评估、参与式学习、后评估和总结。

第一步为课程导入（Bridge-in）。常见的课程导入为讲课开始时为教学主题做铺垫，我们将它的部分内容设置在正式上课前，通过雨课堂布置给学生，可以让他们在课前学习在线课程中的指定章节，学生通过学习在线课程掌握部分基础知识点。例如电学基础概念、简单电路求解、电阻串并联简化等。进入课堂后，适当加入其他辅助资源，例如动画视频、微信公众号、电子元器件、经典应用电路等，制成授课内容的导入视频，这样能明确地引出授课主题。

第二步明确教学目标（Objective）。这里面包含了知识学习目标和能力培养目标，如何让学生在学好知识的过程中同时培养他们的能力？这里面的关键方法是将思政元素融入课程教学中，不仅教书还要育人。合理应用多种教学模式，比如拓展内容采用翻转课堂教学，达到培养学生综合能力的效果。让学生在准备调研报告的过程中学会分析电路、查国家标准、设计电路，让他们在讲述的过程中培养表达能力，提高收集资料、归纳总结、自主学习的能力。

第三步通过课前测验题了解学生的知识掌握程度（Pre-assessment）。接下来适当调整教学内容和进度，将难点和重点内容挑选出来，有针对性地加强讲授。在线课程的内容较简单，学习难度不大，可通过在线课程的视频中设置弹题，作为前测题考核学生，结合在线课程小测实现课程前测。也可使用雨课堂，制作单选题、多选题、填空题等，在开始讲授前测试学习进度，了解学生的掌握程度。

第四步吸引学生参与学习（ParticipatoryLearning）。在讲述清楚重点公式之后根据本次课的授课目标应选取合适的例题，留一部分时间让学生亲自动手计算例题，学与习相结合，也可利用雨课堂设计单选题、多选题，主观题等针对新学的知识点进行测试，看看学生对知识点的掌握程度。雨课堂有即时查看学生答题情况的功能，可以现场分析、讲解答案。让学生讲解课后练习题也是一种很好的参与学习模式，不仅可以提高讲题效率，学生也可以复习前面所学的知识点。

第五步课后检测（Post-assessment），针对重点内容依靠例题反复进行训练，讲完原理、公式后，还需要配合后测题及时检查学生的学习效果，也可采取让学生提问、章节小测验、课后做习题、仿真实验操作演示、主题汇报等方式来进行。根据学生对知识掌握的程度，适当调整教学内容和教学进度。另外也可以采取辩论，相互评分，讨论等方式来测试学生的掌握程度。最后推导出结论（Summary）。总结的目的在于通过归纳本节课的知识点和理清知识脉络，进一步加深学生的印象，可以直接在课堂上直接给出本节结论，也可以利用教师个人公众号写出每次授课总结。一方面可以不断提升教师的教学水平，另一方面也方便学生随时查阅相关章节的难点、重点。在下次上课时，将上节课的结论引出，起到承前启后的作用，加强对重点知识重复记忆。

4教学实施

接下来以“电工与电子技术”第五章的三相交流电为例，介绍课程的具体实施情况。该章应用场景丰富，实际案例多样，授课时可结合课室照明电路、家用电器、插座等用电设备引出三相交流电的基本概念。通过介绍三相交流电的发展历史，重点人物传记，引出三相交流电的优缺点。提供三相交流电的工作原理视频，加深学生对三相交流电的感性认识。课前可以推荐学生学习在线课程，学习三相交流电的基础知识，提前展开课程导入（Bridge-in）的第一部分。进入课堂后可以使用三相异步电机作为导入例子的第二部分。让学生了解三相电路的基本组成，实现大功率电能远距离传输的常用方法。根据已确立的教学目标（Objective），了解三相交流电的产生原理，掌握相电压、线电压的基本概念和相互之间大小和相位的关系，理解负载星型接法和三角形接法的不同之处。通过国家电网的例子，介绍我国最新特高压1100KV交流、±800KV直流送电的先进性，增加学生们的民族自豪感。通过该例了解三相电路的优缺点，实施课程思政。提出思考问题：为什么各个国家的电网有不同的频率和电压幅值？使用什么技术可降低传输能耗、降低用电风险，以提高学生的兴趣。

通过观看三相电路发电模型动画，提出思考问题：为什么要用三相电，什么情况下可以省掉中线，起到哪些作用？中间穿插复习一下第四章中交流电的三要素、表示法等基本概念，起到承前启后相互融合的效果。通过雨课堂设置单选题、简答题等针对所要掌握的知识点设计题目，从而进行课程前测（Pre-assessment）。三相交流电采用星形接法时如何接线，此情况下相电压与线电压的概念有何不同，之后通过相量法结合相量图来介绍它们两者之间的关系。提出讨论问题：什么场景适合星形接法，什么场景需要三角形接法？让学生在讨论过程中参与学习，完成BOPPPS教学中的参与学习（Particip-atoryLearning）。介绍工程中交流电的不同端线的不同描述方法，提出思考问题：俗称的火线、零线、地线、端线、中线、花线等各代表什么端线？开展一个VR实验的演示实验，该实验在现实中需要对强电进行操作，而引入VR实验后可以在虚拟环境中实现照明电路双控开关灯的连线操作。结合负载不对称时的星形接法的例题讲解实际生活中的用电情况，例如零线断路导致家电烧毁，如何有效预防和设计电路。通过考核学生完成实验的情况，进行课程后测（Post-assessment）。课程最后进行总结（Summary），通过对比三相异步式电机采用星形和三角形的连接方式，分别介绍负载的两种不同的连接方式，不同连接方式下的差异性，优缺点。重点介绍对称负载的三角形接法，为第七章三相异步式电动机的教学做准备，做到课程中的前后知识点有效融会贯通。

5考核评价

课程考核方式注重对学生的学习过程考核，避免学生采用临时突击的学习方式，不采用仅以期末考试确定分数的方法。我们在考核内容设计上包括以下几项：学习在线课程，以提高他们的自学能力；课堂考勤，培养学生良好的学习习惯；课中小测，及时掌握学生的学情；课后作业，让学生不仅能懂还要会用；章测试，发现学生的不足之处，进行查漏补缺；翻转课堂探究式学习，将实际电路与电学理论紧密结合；期末闭卷考试，最传统的方式来检验学生的学习效果。考核方式多种多样，但是分数应做到公平公正，有据可查，分数透明。例如网课成绩可将后台数据导出分享给学生，雨课堂考勤记录，答题得分等信息均可公布出来。让学生知道自己的每一项成绩，针对不足之处有的放矢，有效地提高课程分数。

6教学成效

通过近两年的教学改革和实践，根据每次结课调查数据，发现学生整体对课程满意度大幅提高，教师的评教分数也不断提高。近几届学生参加全校统考，平均分、及格率、高分率均有较大提高，具体比较参数可见表1。另外学生们通过电工与电子技术课程的学习，能够有效掌握大多数生活中常见的基本电路，做到学以致用。部分学生参加全国各类电子设计竞赛均获得了比较好的比赛成绩，这也是一个很好的学习效果的反映。

7结论

“电工与电子技术”课程从课前、课中、课后多维度，结合在线课程、雨课堂、公众号等多种学习资源，为学生提供了大量的学习资源，极大地提高他们的学习效率，培养了他们的自学能力。线上课程学习内容与线下课堂讲授内容有一部分重叠，如何合理选择，如何有效将两者有机融合还有很大的探索空间。接下来应继续调整线上和线下授课内容，增加课程内涵和外延是一个非常紧迫和关键的任务。各种资源虽然数量很多，如何进行优选，提供给学生却是一个难题。BO-PPPS教学模式的优点很多，能大幅提高教学效果和人才培养水平，难点在于如何扩大实施范围。如何调动学生对本课程的学习积极性也是需要面对的一个重点问题。

参考文献

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作者:刘力斌 陈静 单位:广东工业大学物理与光电工程学院