面向工程教育的“电工学”课程建设与实践

吴建强，吴 辉

（哈尔滨工业大学 电气工程系，黑龙江 哈尔滨 150001）

0 引言

经济的全球化发展，特别是服务贸易的全球化，带动了工程技术职业的全球化发展。工程师越来越多地参与国际项目，参与跨国团队工作。如何保证工程技术人员彼此之间能够有效合作是一个现实问题。为促使国际合作项目的顺利完成，要求参与者不仅要有语言沟通能力和专业技能，而且还要有基本的专业技术理论水平作保证。近年来，英美等国实行的专业认证制度作为保证高等工程教育质量、实现工程教育水平和职业资格相互认可的重要措施，受到了越来越多的关注，并在研究和实践层面有了一定程度的发展［1，2］。

通过评估与认证促进教育质量的提高，是世界各国高等教育发展和质量建设的共同经验，尽早建立具有国际实质等效性的工程教育专业认证制度成为共识。这一体系和制度的实施必将对高等学校的工程教育产生巨大的潜在影响：一是实施专业认证将引导高等学校调整工程教育计划的课程设置、教学方法以及改革方向；二是推动大学自身建立起有效的质量保障体系，加强工程教育与产业的结合、与企业的联系与合作，进而实现校外质量保障体系与校内质量保障体系的结合。

作为非电类专业的一门必修技术基础课，“电工学”课程在许多非电类专业的工程认证标准中都作为一个重要的考察指标。如何建立起能适应新形势下的满足工程认证标准要求的“电工学”课程体系，是从事电工学教学研究的教育工作者亟待解决的问题。

哈工大以“规格、严格，功夫到家”为校训，抓基础、重实践、鼓励创新的办学特色造就了一大批受社会广泛欢迎的实践能力强、作风严谨的工程技术人才。在综合性学科布局和研究型大学的结构下，为继续保持高质量的工程教育水平，学校着力构建具有研究型大学先进水平和特色的工程教育体系，进一步拓展基础理论和基本技能训练，大力提升创新性教育，建立健全校内教学质量管理体系，实现教学质量的全过程监控。同时，哈工大积极参加国际国内专业评估与认证，以此作为自身保持高质量、健康发展的内在要求和有效机制之一。

2008年哈工大机械制造及自动化专业成为教育部首批专业认证试点。并在认证过程中一次通过，得到认证专家的高度评价。作为机械制造及自动化专业的重要技术基础课“电工学”课程，在认证的过程中，以其课程内容先进，实践环节合理，为该专业一次性认证通过起了积极的作用。

1 建设理念和建设思路

哈工大的“电工学”课程具有悠久的历史传承，在实践中形成了自己教学特色。在新形势下，与时俱进。在弘扬自己传统特色的同时，把“工程教育和工程实践贯穿电工学课程教学的全过程”，树立了本课程建设的理念。并且在这一理念的指导下，将课程建设得更趋完善。

在《工程教育专业认证标准（试行）》稿中明确了认证专业的培养目标，其中“具有综合运用所学科学理论和技术手段分析并解决工程问题的基本能力”提升为重要的培养目标［3］；在认证过程课程体系设置标准中，对实践环节要求是［4］：“设置完善的实践教学体系，使学生在自主、动手、综合、实验和创新能力等方面得到一定的锻炼”。针对这些要求确定了本课程的建设思路：加强基础性和实践性。

2 课程体系建设

1）课程目标

哈工大“电工学”课程目标是使学生通过电工课的学习，能够掌握电工、电子技术的基本理论、基本知识和基本分析方法，了解电工、电子技术领域的新技术、新知识，结合实践教学环节，提高学生实际用电技术的能力，进一步使学生懂得电工电子技术对科技发展和社会进步的影响，在工程实践及日常生活中能够运用科学的观点和所学的电学知识分析问题和解决问题，为相关学科和专业的发展起一个推动的作用。

2）课程特色

（1）有一个好的历史传承

秦曾煌教授主编的“电工学”教材在国内有重大影响。目前已出第七版，被国内许多院校选为教材。

（2）强化实践，提高学生动手能力

在“电工学”课程2005年被评为国家精品课程以来，我们将电气工程和电子信息工程领域内的新理论、新技术引入“电工学”教学实践，改变原来“以课堂教学为主，实验教学为辅”的教学模式，建立了实验教学占重要地位的“电工学”课程新的教学模式。

（3）建立了适应新形势的教学模式

针对该课程为非电类学生讲授的特点，结合各相关专业，树立基础课为专业课服务的教学观念。在以学生为本的前提下，该课程已逐步形成“课堂教学、实验教学、网络教学和EDA教学”相互交叉、相互融合的立体化教学结构。

（4）凝练课程内容，使学生成为教学的主体角色

为适应“电工学”及相关专业新技术飞速发展的要求，在课堂学时数有限的的情况下，整合“电工学”课程内容和体系，精炼教学基本内容。处理好基础与发展、基础与应用、理论与实践、重点内容和知识面的关系。采用课内外相结合的方式，提高了学生自学和自我探讨问题的能力。

（5）鼓励学生参加科技活动，培养创新意识

利用学校电工电子实验中心良好的实验条件，引导和鼓励优秀学生参加科技制作活动。通过这些活动使学生的创新意识根植心中，为今后的实际工作打下良好的基础。

3 课程内容

04年中国电工学会的兰州会议确定的“电工学”教学的基本要求，结合哈工大电工学课程授课的不同专业对象，确定本课程由电工技术、电子技术、现代传动及其控制技术、电工电子实验、电工学新技术实践五个部分组成。课程的基本内容与相关技术学科之间的关系如下：

围绕着教学大纲和新形势下相关专业对电技术应用的需要，教学内容涵盖以下方面：

1）电工技术

直流电路；交流电路；电路的暂态分析；计算机电路仿真介绍；电机及其控制；可编程控制器及通用变频器。

2）电子技术

（1）模拟电子技术

半导体器件的基本知识；放大电路；集成运算电路；波形的产生与变换；电源变换技术。

（2）数字电子技术

数字电路基本知识及集成逻辑门电路；组合逻辑电路；集成触发器及逻辑功能的转换；时序逻辑电路；单稳态电路及多谐振荡器；数－模、模－数转换电路。

3）现代传动及其控制技术

电机及其控制；可编程控制器及通用变频器；现代电气传动速度控制系统；现代电气传动伺服系统。

4）课程的实践环节

对于实践教学，分成以下三个层次：

（1）理论的验证以及基本实验技能的培养

在这一层次里，实验的内容是对课堂教学所学的一些内容进行实验验证。通过实验巩固并加深理解电工学的基本理论，初步掌握常用的电工仪表、电子仪器及常用电机、电器等设备的使用方法。能按预定的实验要求安排和操作较简单的电工、电子实验，能准确地读取实验数据，测绘波形和曲线，分析实验结果，写出合乎要求的实验报告。

（2）提高动手能力和综合用电技术能力的培养

在这一层次里，实验的内容是综合本学期的教学内容，要求学生完成有一定深度和工作量的综合型和设计型的实验项目。实验室给出课题要求和所能提供的物质条件。同学据此从查资料、选择元器件、构思实验步骤，再到调试电路，直到课题的完成，均独立进行。实验室只负责验收。这样的实验，增强了学生的实验兴趣，调动了学生的主动参与性和加强了实践能力的培养。

（3）掌握高新技术实践能力的培养

学生应利用实验室的有利条件，尽可能多地了解和掌握高新技术，像可编程控制器、变频器、可编程逻辑器件、计算机仿真技术等，这样使学生在以后的实际工作中，具有更多的本领、更高的能力、更强的竞争力。

结合上面三个层次的实验要求，安排了如下的实验内容：

叠加原理；戴维南定理；RLC串并联谐振和RC电路的频率特性；三相电路；电路的过渡过程；电动机继电接触器控制；PLC基本操作及应用；电子仪器仪表的使用；集成运算放大器的应用；组合逻辑电路及其应用；触发器及时序逻辑电路；电路仿真软件PSPICE的使用；OrCAD9.2软件仿真方法；模拟电子电路设计；数字电子电路设计；MAX＋plus II软件的使用；Altera公司可编程逻辑器件EPF10K10应用实践；可编程控制器编程及其控制应用实践；FPWIN－GR编程软件的应用；变频器的应用。

4 教材建设

哈工大电工学教材建设有着悠久的历史传统，20世纪50年代初，由我校国内著名学者秦曾煌教授在苏联专家建议下组织翻译苏联基泰耶夫主编的《普通电工学》，作为教育部推荐高等学校教材试用本。其后，秦曾煌教授从国情实际、工程应用和非电专业的需要出发编写教材。他编写的通用教材，1962年12月第一版的《电工学》教材问世，该教材被全国各大专院校相继采用。

在上世纪八、九十年代，他提出电工学课程内容应具有基础性、应用性和先进性，编写一本教材应注重教学方法和注重能力的培养，一本教材应落实好教好学，即三“性”、两“注重”和一“落实”。还提出要正确处理“内容多与学时少”、“理论与实际”、“继承与更新”、“教与学”几方面的关系。在这些先进的教学思想的指导下，《电工学》第三版、第四版相继问世。至今该教材已出六版，每版对教学内容和体系勇于改革和创新，与非电类专业要求和科技发展相适应，并凝聚了丰富的教学经验。该教材被广泛采用并在境外展销，发行量大，影响广，四十年经久不衰，一直处于国内同类教材的领先地位，对电工学课程建设起到一定的导向作用。至今，这六个版次的印数累计已超过400万套（近900万册）。第三版于1987年获全国普通高等学校优秀教材奖；第四版于1997年获国家级教学成果二等奖、国家级科技进步三等奖；第五版被评为面向21世纪课程教材、普通高等教育“九五”国家级重点教材；第五版于2002年获全国普通高等学校优秀教材二等奖；第六版被评为普通高等教育“十五”国家级规划教材、高等教育出版社“高等教育百门精品课程教材建设计划”精品项目。可以说，哈工大电工学课程建设的历史，就是伴随电工学教材建设发展的历史。继秦曾煌教授的《电工学》第六版出版后，“电工学课程立体化教材建设及整体教学解决方案研究（教材）”教研项目获2005年高等教育国家教学成果二等奖；“《电工学》立体化教材建设”，获2005年黑龙江省高等教育教学成果一等奖。

除此之外，在老一辈人留下了巨大的教材资源基础上，新一辈正将这光荣传统发扬光大。教材建设取得了丰硕的成果。根据不同专业需求开设的三种学时的电工学课程，我们编写出版了：

《电工学（电工技术）》、《电工学（电子技术）》、《电工学（现代传动及其控制技术）》；《电工学学习辅导与习题选解》；《电工学（土建类）》；《电工学学习指导（土建类）》；《数字集成电路应用基础》；《电工学试题精解与答题技巧》；《Pspice仿真实践》；《可编程控制原理及应用》；《电工学新技术实践》；《电工学实验教程》。

这些教材作为电工学课程的辅助教材，在教学活动中发挥了巨大的作用，收到了很好的教学效果。

5 国际联合实验室建设的全面展开

为加强实践环节有效平台的建设，哈工大自从上世纪90年代就积极与国外大公司、大企业一起开展国际联合实验室的建设工作，创造国际化工程教育的环境氛围。到目前已经取得非常明显的效果，为学生提供了有效平台。

1）哈工大－日本松下电工PLC控制技术实验室

哈工大－松下电工PLC控制技术联合实验室筹建于1994年9月，1995年6月6日正式揭牌。实验室自1995年春季学期以来一直承担着大量本科生研究生的PLC教学实验任务。另外还承担多次技术培训并接待了大量的的校内外参观。实验室承担PLC控制的相关实验课，累计上课人时数：86400人时；目前年均人时数：9600人时／年。

2）哈工大－惠普电子学实验室

1997年哈工大电子学实验室得到美国惠普公司的赞助，建立了哈工大－惠普电子学实验室。每年大约接待1500名学生；目前年均人时数：7.5万人时／年。哈工大－惠普电子学实验室是我校电子类科技创新活动和电子竞赛的主要基地。1995开始组织学生参加全国大学生电子设计竞赛，并作为黑龙江赛区专家组组长单位，负责全省的竞赛组织工作。受学校委托，负责组织大学生的电子类课外科技创新活动，这些活动有力地提高了学生的创新意识和创新能力。

在创新教学实践过程中提炼出的理论创新成果表现在：

（1）从教育学的高度认识第二课堂的作用：认为第二课堂以活动形态的文化张力来消解第一课堂面临的障碍，为第一课堂的深化拓展提供动力保障。以此为理论依据探索出利用第二课堂引导学生进行研究性学习的有效途径。

（2）制定了科学、完善的培养方案，以项目研究为主题，同时注意理论素养的同步提升。注重人才的个性化培养、提倡自主式学习，强调学生团队精神和意志品质教育。实践证明，这种培养模式能够显著提高学生实践能力和综合素质。

（3）哈工大－日本岩崎电子技术实验室

哈工大－岩崎电子学联合实验室建于2001年2月，实验室的40台DS－8608A数字存储示波器系日本岩崎电子公司捐赠，总价值61万余元。目前开课情况30，000人时／年。

到目前为止在哈工大电工－电子实验教学中心建立的国际联合实验室还有：哈工大－西门子自动化与驱动实验室、哈工大－罗克韦尔自动化实验室、哈工大－英飞凌电机控制联合实验室、哈工大－ALTERA公司EDA实验室、哈工大－台湾友达光电联合实验、哈工大－飞思卡尔单片机实验室、哈工大－意法半导体单片机技术实验室、哈工大－德国Endress＋Hauser仪表实验室、哈工大－台湾迅技联合实验室、哈工大－美国德州仪器信号处理实验室、哈工大－美国ZILOG单片机开发中心。

6 实践效果

哈工大“电工学”课程经过多年的努力，正朝着面向工程教育的教学模式发展，在建设过程中结出一些硕果。2005该课程被评为国家级精品课；2007年电工电子实验教学中心被批准为国家级实验教学示范中心；这两项成果的取得奠定了该课程先进性的基础。与此同时，还有多项教学成果获得国家和省级奖励，其中“电工学实验教学新体系的研究与实践－‘电工学新技术实践’课程的创建”获得2005年黑龙江省教学成果一等奖，“构建高水平本科实验教学平台的重要模式—国际联合实验室的建设与实践”获得2009年国家教学成果二等奖。在教育部首批试点工程认证中，哈工大机械制造及自动化专业顺利通过专家的考评，在认证过程中专家对电工学课程的建设给予了很高的评价。

总之，贴近实践、面向工程的课程建设理念使得哈工大的“电工学”课程日趋完善，为培养面向21世纪的具有应对国际挑战能力的新型人才发挥着越来越大的作用。

［1］ 王孙禺，孔钢城，雷环.《华盛顿协议》及其对我国工程教育的借鉴意义，高等工程教育.2007，1

［2］ 余寿文，王孙禺.中国高等工程教育与工程师的培养，清华大学教育研究.2004，3

［3］ 张文雪等.高等工程教育专业认证标准的研究与建议，高等工程教育研究.2006，5

［4］ 罗正祥.工程教育专业认证及其对高校实践教学的影响，实验室研究与探索.2008，6