“电工学”课程教学改革实践

李 梅，任 坤，高俊侠

（北京工业大学 电子信息与控制工程学院，北京 100124）

0 引言

“电工学”是高校工科非电专业本科生必修的一门重要的技术基础课，其主要任务是为学生学习专业知识和从事工程技术工作打好电学的理论基础并使他们受到必要的基本技能训练。涉及知识面广，应用性强，内容更新快，学时少是本课程的特点。因此，教学设计在该课程中显得尤为重要，教学设计包括教学内容的组织，教学方法的研究及为达到所列教学目标拟采用的教学手段。

1 精选教学内容，挖掘创新教育素材

教学内容的组织是指内容的选取，讲解方法和步骤与先后次序的安排等等。作为技术基础课，电学的基本概念，基本理论和基本方法是不容忽视的。对于非电专业的学生来说，对电路基本概念的引入要力求准确，对电路基本理论如叠加定理，戴维南定理要阐述清楚其内容，适用条件而忽略理论证明。对于电路基本方法的应用则应求简练，不过分追求解题技巧。在介绍器件和设备时，应重点讲授其外部性能及工程应用，不注重内部构成原理的讨论。

在讲课过程中，注意理论联系实际和元件－电路－系统这一应用体系，使元器件和单元电路更结合实际应用，增加应用举例和实用电路，比如：在讲授一阶电路应用实例时，采用的是汽车点火电路和用于危险报警目的的闪光灯电路，在讲授交流电路功率调节问题时，采用了日常生活中常用的吹风机控制电路。此外，针对不同专业的学生，尽量寻找与该专业对应的实际电路模型作为示例，使该门课程真正起到从科学类课程向工程类课程过渡的入门和桥梁作用。

一般来说，讲课是主要的教学环节，但不是大纲所列的全部内容都一定在课堂上讲授，部分内容如工业企业供电和安全用电常识等内容学生完全可以自学，因此安排课后自学，留有习题以督促和检验自学效果。电工测量等内容在实验教学中，面对实物介绍各种仪器仪表结构原理、使用条件、测量方法等将会达到事半功倍的效果。

电工课程的教学内容中，贯穿了很多具有普遍意义的科学思维方法，科技创新方法。许多具体的教学内容关联着历史上重要的发明发现，讲课内容不应再是平铺直叙的满堂灌，而应该沿着科技发展的来龙去脉，以清晰思路甚至包括一些故事情节去描述本来很枯燥的电工知识。并结合当前科技发展拓展学生视野，开阔学生创新思路。以期激发学生学习兴趣，活跃课堂气氛。使学生沿相关历史事件的发展掌握相关教学内容。

该课程涉及了众多科学巨匠，有发明电池和电容器的意大利物理学家伏特，有电动力学基础的奠基者，法国数学家和物理学家安培。还有既是物理学家又是化学家的法拉第，创建了“电磁感应定律”。他们的共同特点是创新意识，在讲授这部分内容时，应注意引导学生在学习科学巨匠们辉煌成果的同时继承他们的创新意识，学习他们敏锐地观察、深刻地分析、锲而不舍的钻研精神。

2 多种教学方法并重，提高教学质量

记得一位苏联学者的观点认为教学效果决定于教师的学术水平和教学法水平的乘积，其中一个系数等于零，乘积也就等于零了。只有教师把教学内容真正弄明白，教师对教学内容理解愈深刻，才有可能讲透彻。只有融汇贯通才能运用自如。这是搞好教学的基础和前提。教师自身素质的提高和教学法的研究是我们始终关注的。

（1）范例教学法

范例教学法反对传统教学讲求系统知识、面面俱到讲授完整知识的做法。强调应使学生能够依靠特殊来掌握一般，并借助这种一般独立的进行学习。

“电工学”课程的特点是学时少、内容多。学生学习的重点应是理解会用，而不是理论的探讨和证明。因此，许多内容特别适合于采用范例教学方式，比如：叠加定理的介绍，改变以往先叙述再证明，最后举例的教学模式。通过几个实例即可说明叠加定理的内容和适用条件，让学生掌握这一线性系统中广泛应用的重要原理。而实例的例举完全可以借助仿真软件Multisim来进行。借助这一软件来演示线性电路中的电压、电流符合叠加性，而功率不满足叠加性。而非线性电路的电压和电流均不满足叠加性。之后，验证齐次定理前后不过几分钟。这种计算机辅助的范例教学法有利于构建教学情境，营造宽松学习环境，激发学生学习兴趣。

（2）问题式教学

在讲授电动机继电接触控制这一章节时，按照问题式思维方式组织课堂教学将会收到良好的授课效果，即讲授完简单低压电器的功能与作用之后，带领学生从最简单的电动机启动电路开始，发现问题、提出解决方案，一步一步的完成带有自锁、电气互锁、机械互锁、具备正反转功能和多种保护措施的完备的电动机控制电路。学生在课堂中扮演的角色不再是被动接受，而转变为主动研究问题、解决问题的主人，课堂气氛也变得更加活跃、充满生气。

（3）增加课堂讨论

讨论课是由师生在一起共同解决教学过程中学生反映出来的问题的一种灵活多样的教学方式，它可以是有启发有讨论的电工典型例题的演示或学生在作业中发生的典型错误的分析，可以是有指导有检查的课堂练习，也可以是有准备的紧紧围绕大纲基本内容的专题讨论等等。总之，设立讨论课的目的是帮助学生牢固掌握本课程的基本内容，提高学生解题计算技能，培养学生的抽象思维能力及自学能力。课堂讨论对改善师生关系，促进师生之间的相互交流，协同互补大有裨益。

3 运用多媒体技术，更新教学手段

针对“电工学”课程学时少、内容多的特点，课堂教学采用多媒体技术，可以增加教学信息量，丰富教学内容，提高讲课效率。电工技术课程中的一些教学内容，比如：电动机中旋转磁场的产生，各种低压电器的功能，电动机的正反转控制等内容借助于带有动感的立体化课件，用图、文、声、像和动态视频等效果可以直观地把传统媒体技术条件下难以表述的抽象的内容具体化，形象化的显示出来。

4 引进仿真技术，提高课堂授课效率

“电工学”课程中有许多内容要求学生理解即可，课内学时很少，这部分内容往往会使教师授课感觉很棘手，讲慢了，课时不允许；讲快了，学生一头雾水。例如：不对称三相电路中中线的作用，一阶电路中时间常数对过渡过程的影响，积分电路、微分电路等等，借助multisim仿真软件，将使这一过程变得轻松愉快，形象直观，增进了师生之间的互动性，学生对所学内容更易理解，印象深刻，提高了学生的学习兴趣。仿真软件方便快捷，可以对所讲述电路的各种参数进行即时分析，模拟各种变化过程，具有极好的演示效果。

实践结果证明：传统教学模式与计算机仿真技术辅助教学有机结合，改善了授课效率与授课效果，提高了“电工学”课堂教学质量。

5 实验形式互补，注重学生个性发展

（1）基于电工实验台的传统实验

使用多年的基于模块化的实验教学设备，确实使得教师的管理更加规范，学生的实验时间缩短，实验安全性得以提高。但同时存在着许多问题，比如：封闭的实验模块使学生观察不到器件，课程结束后仍不知电阻、电容是何模样，更谈不上识别器件的类型和参数了。由于所有实验模块的一致性，学生所测实验数据基本一致。所交报告也是千篇一律，抄袭现象很难避免。另外，受实验仪器设备所限，能够完成的实验有限，内容也大多是验证性的，这种实验形式不利于学生个性发展。也不能适应新形势下对人才培养的需求。

（2）基于仿真软件的虚拟实验

基于Workbench或Multisim的仿真实验提供了更多的虚拟仪器设备，更宽泛的元、器件库，大大降低了教学成本。使传统实验设备所无法完成的高危实验、高成本实验变得可行。学生可以自由设计电路，有利于发挥学生潜能，充分调动学生自主学习热情和创新意识。

虚拟实验同样具有不可避免的局限性，其元器件和仪器仪表与传统物理硬件系统存在明显差异，缺乏实物感，感性认识不深刻。不利于培养学生科研能力和处理工程问题的能力。

（3）基于虚拟仪器的综合性实验

NI ELVIS虚拟仪器教学实验套件是美国国家仪器公司于2004年推出的一套基于LabVIEW设计和模型创建的实验装置。该实验套件可插入一块原型实验面板，非常适合教学实验和电子电路的设计和测试，NI ELVIS集成多个实验室常用仪器的功能，实现了教学仪器、数据采集和实验设计一体化［1］。

采用此套件，由于实验电路是完全由硬件搭建的，学生须从电路设计、元器件选取、参数识别、插面包板或焊接电路一步步做起，因而无法回避实验的外界干扰、仪器故障及接触不良等现象从而培养了学生发现问题、解决问题的能力。

采用此套件，即使不会LabVIEW编程语言，由于NI ELVIS平台提供了12种内置的仪器，既有实验室常用的示波器、数字万用表、函数发生器和可变电源等，也有普通电工实验室不具备的波特图仪、阻抗分析仪等等。从而大大扩展了实验范围，对开发研究性实验课题提供了可能性。

多种实验教学形式共存，可以满足不同教学要求，因材施教。对培养学生综合素质起到了重要作用。

6 结束语

多年的教学改革实践取得了一定的成效，随着知识经济时代的到来，对人才素质和创新能力提出了越来越高的要求，我们仍将继续深化教学改革，为培养具备扎实理论基础、较强工程实践能力的高素质人才不懈努力。

［1］杨智、袁媛、贾延江编著，《虚拟仪器教学实验简明教程——基于LabVIEW的NI ELVIS》，北京：北京航天航空大学出版社，2008年3月