“走进电世界”课程教学的实践性探索

孙元章,胡 钋,查晓明,李裕能,樊亚东,饶凌平

(武汉大学电气工程学院,湖北武汉 430072)

1 开设“走进电世界”课程的意义

《走进电世界》这门课程是伴随着现代高等教育思想的日益变革和科技飞跃发展的脚步应运而生的,因此,它具有非常鲜明的时代特征并强烈体现着现代高等教育的核心思想即通才教育与创新精神。通过这门课程的教学,可以使刚入学的大一学生对所选专业的特点与学习方法有比较深入和全面的了解,在大学教育的初期阶段就积极引导学生的专业学习兴趣,培养学生的基本专业素养与专业精神,并且使学生对自己将要从事的电气工程与自动化专业的过去、现在与未来以及该专业的人才培养目标教学计划与课程体系与骨干课程等产生深刻的认识。

现代科学技术的飞速发展和世界高等教育的长足进步对于我国高等工科教育的指导思想、结构体系、教学手段、内容和方法等众多方面都提出了十分迫切的改革要求,其中的核心部分就是要使我们所培养出来的学生真正具有强烈的创新意识和创新精神以及高素质的创新能力,这也成为大学教育的终极目标。然而,从目前来说,这一目标切实在我国得以完全实现则需要作长期的探索与实践,也是一个需要多渠道有机融通的复杂系统工程,更需要营造一种良好的人文与科学环境,对学生进行长久的、全方位的潜移默化的熏陶与培养。“走进电世界”这门课程的教学正是除了向新生系统介绍电气工程与自动化专业的专业设置以及学习方法之外,还通过介绍前辈科学家的积极创新思维与艰辛创新过程培育学生浓厚的创新意识、多维的创新模式以便日后培植出根深枝壮的创新能力,在它的教学活动中始终贯穿着我们在长期的教学实践中对创新性培养的教学理念及其具体实现的长期探索和思考。

2 “走进电世界”课程的教学探索实践

基于最初提出开设“走进电世界”这门课程的指导思想,我们对其教学活动制定的核心点是:①大力弘扬与引导学生建立积极主动探索未知的意识,而不是仅仅满足于学生被动地记住某些现有知识;②了解当代大学教育的特点、学习方法、国内外电气工程与自动化专业设置体系的异同以及不同课程各自的特点和相互之间的联系;③力争使学生在学完本门课程后能够了解电气学科研究、解决科学技术问题的一般规律、总体方法与特有方式;④在教学过程中结合新技术、新应用的研究成果及行业发展的脉络,进一步适当拓宽课程范围,使学生及时掌握前沿知识,开阔思路与眼界,把握行业背景及未来发展方向,并实现多元启发和培养学生从事科学技术研究的兴趣与能力的目的。

电气工程专业是一门历史比较悠久的专业。19世纪上半叶安培发现电流的磁效应、法拉第发现电磁感应定律,19世纪下半叶麦克斯韦创立的电磁理论为电气工程奠定了基础。19世界末到 20世纪初,西方国家的大学陆续设置了电气工程专业来传播、应用和发展与电气工程相关的知识。1908年,交通大学前身——南洋大学堂设置了电机专修科,这是我国大学最早的电气工程专业,至今已经超过一个世纪。经过一百多年的不断发展,电气工程专业已逐步发展成为一个独立的电气工程学科,“走进电世界”的教学正是沿着这样一条线索而逐步多侧面展开的。

2.1 列举电气科学技术发展史上的范例

在《走进电世界》课程的教学中,我们通过介绍电磁学理论的建立和通讯技术的进步以及电气工程理论与技术的发展,通过对电气科学技术艰难发展与复杂演化的漫长历程以及科学家在其中所经历的失败、蒙难、突破与成功的介绍,着重引导学生深切感受前辈科学家们实事求是的科学态度,认真学习他们勇于探索的理性怀疑思想,大力弘扬他们无畏攀登的科学献身精神,以使学生一进大学就置身于科学探索的强大引力场中,不断受到各种令人鼓舞的科学发现的冲击从而建立起为科学创新而献身的高尚情怀与坚韧毅力并且要从电气工程发展的历史中获得各自的独立见解,

奥斯特发现电流磁效应的消息,很快引起科学界的广泛重视,许多物理学家认识到它的重要意义,立即着手这方面的研究工作。法国科学家、物理学家安培生于里昂的一个富商家庭。年少时就显示出数学才能,据说12岁就学会了微积分。他的父亲给他买了大量图书,让其走自学的道路。27岁就任布尔让-布雷斯中央学校物理学和化学教授。1820年9月4日,安培在法国科学院得知奥斯特发现电流磁效应的详细情况。他对奥斯特的发现引起了强烈的关注,由于他过去一直相信库仑提出的观点:电和磁有本质上的区别、相互没有关系而耽误了时机。于是他投入全部精力开展电磁理论的研究,他首先重复了奥斯特的实验,验证了它的正确性,然后进行更深入的研究,在两周后就提出了电流方向与磁针转动方向关系的右手定则。接着他又通过实验发现了两个载流导体相互作用力的规律:电流方向相同的两条平行截流导线互相吸引;电流方向相反的两条平行载流导线互相排斥。还对两个线圈之间的吸引和排斥也作了详细分析。最终,安培奠定了电动力学的基础。

通过对学生详细介绍安培进行电学基础研究的典型事例,我们除了要鼓励学生学习他在科学研究中坚忍不拔的意志和毅力以及在科学探究道路上契而不舍的奋斗精神和品质,更为重要的是学习安培的科学怀疑精神并使他们知道这种怀疑精神并非怀疑一切,而是辨证的怀疑,只有通过实践检验的才是真理,不迷信权威,不盲从书本。

在教学中有机联系电学历史和科学家在科学研究时所产生的轶闻趣事,促进了学生对电气学科的深入理解,增加了学生的学习兴趣。使电气科学技术研究与发明的介绍融贯于人文精神的阐述之中,使学生产生了活的独立思考进行科学研究的意识。

法布尔曾经说过“学习这件事不在于有没有人教你,最重要的是在于你自己有没有觉悟和恒心。”令人厌烦的学习让人觉得枯燥无味,所以我们也希望通过《走进电世界》课程的教学培养学生无畏探索、欣赏知识、乐在其中的学习探索心态。显然,这才是我们教学的首要目的,因为一个良好的探索性研究心态比一本书、一门课甚至学习方法还要重要得多。

2.2 详细介绍当代电力工程与高等教育的特征

我们知道,当代大学教学的主要任务是传授科学文化知识、提高学生的综合素质、帮助学生建立科学技术创新的科学研究世界观与能力。然而大学教学的特点与高中以及以前的学习方式大相径庭,大学学科教学进度快、教学形式多、教学内容系统性强、教与学的关系相对松散并且学生拥有更多的自由支配时间。

哈佛大学哈佛学院的哈里?里维斯说“大学的作用是把雄心、坚韧和自主转变为成就”。大学期间的学习,很大程度上是在老师的引导下学习,由自己安排学习时间、学习内容和学习形式。这不仅需要极强的自我约束力,需要持之以恒的雄心和毅力,而且要遵循一定的学习规律,养成良好的学习习惯。

因此,通过《走进电世界》课程主体内容的有效教学以及其中添加的典型探索研究性学习案例,使学生能够知道他们在学习基础课与专业课时,应该做好明确各门课程的学习目的、激发学习动力、课前重点预习;调控学习心理、优化学习心境;合理科学用脑,提高学习效率,课堂认真听讲,适当做笔记;及时复习,理解性提问式记忆,开展课后讨论式学习;重视辅导课以及答疑,有疑先思后问,巧用时间并且做好阶段性归纳总结。

2.3 培养学生剖析学科重点和主线的能力

在对电气工程学科基本构架的介绍中,我们首先介绍了迄今为止最优质的能源即电能的利用与发电类型及其特点 让学生了解,就目前的水平而言,以火力水力和核能发电为主。随着现代科技的飞速发展,发电及容量不断扩大,自动化水平不断提升,输电等级不断提高。在此基础上还涉及了风力发电等新能源发电的发展水平与概况。

对于电力工业的发展与特点,我们介绍了电力工业发展的概况以及电力工业在国民经济发展中的地位,对电力系统的各个环节做了简单的阐述并介绍了中国电力行业的发展历史、现状和未来发展的方向。为了方便学生以后基本学科的学习,我们简单的讲述了一下电力系统的基本知识,介绍了电力系统的概念以及电力系统的组成。并且以发送配电各部分为基础进行了相对细致的讲述。

最后我们在前面讲述课程的基础上,大体的对以后四年将要学习的各门课程进行了分阶段、分层剖析。这些基础课程包括高电压与绝缘技术、电力电子与电力传动技术、电力通信技术、自动化等。

在向学生介绍电气工程基本知识构架及其相关课程时,培养学生剖析各门学科的重点和主线的能力以及各门相关课程的重点与主线,做到有的放矢,心中有数,这样可以便于他们在以后的学习中不仅可以更好地掌握相关学科的基本知识,还会对这些知识的基本构架洞悉明察解,从而能够日后真正做到从了解到掌握最终实现创新创造的目的。

2.4 使学生建立起学科与学科之间的紧密联系

为了使学生掌握电气工程与自动化科学中学科与学科之间的紧密联系,我们选择高电压绝缘技术为例进行了阐述。高电压绝缘技术的目的是为了解决电力系统中过电压与绝缘这一对矛盾,我们所研究的出发点是如何将电力系统绝缘确定在既经济又可靠的水平。高电压绝缘技术这门学科是在电气工程中唯一直视绝缘问题的学科,实属强电方面各个专业知识结构中不可或缺的组成部分,它以实验为基础,具有理论性强、实践性强、跨学科多的特点。所以我们在介绍这们学科的时候,让学生不仅在本门学科的关键点上达到通透理解,还要使学生明白先期学好高等数、物理以及其他基础课程的重要性,并且通过高电压绝缘技术的宏观介绍,让学生明确高电压绝缘技术基本知识点的重点和主线以及它们与数学、物理以及电路等之间的有机衔接、层层递进、环环相扣的关系,有利于系统地、牢固地学好高电压绝缘技术学科的知识。

2.5 建立科学与多元的思维模式

我们传授大学学习方法的同时,也通过讲授科学家们良好的思维方式与抽象能力,其中包括数学与物理知识的完美和谐应用。物理学中所有的形象模型,都对我们的学习会有所帮助,他们都是物理学家形象思维和抽象思维结合的产物。逻辑思维要用到概念、判断、推理等思维形式和比较、分析、综合、概括等方法,这些都是同学们比较擅长的,但是他们还要善于利用形象思维来解释一些用逻辑思维无法精确描述的客观现象。所以我们在讲授《走进电世界》课程的时候,着力引导学生从思维的全方位训练方面进行思考。

电气工程与自动化专业是建立在物理中电学和磁学基础上的,也与物理学中的其他部分相关连。这是因为客观事物并不是孤立存在的,加之许多事物的运动变化规律是相通的,因而需要尽可能多的具备各方面的基本物理知识,而数学则是本专业中的重要工具,它可以将复杂的电气现象抽象成便于描述和总结这些现象的数学语言以便作更加深入的研究、取得更为丰富的结果。因此,所以我们在教学中以大量典型的发明、发现以及抽象思维的事例向学生宣扬数学与物理知识完美和谐交叉应用的能力在电学、电气工程技术发展、电气工程与自动化专业学习中的重要作用,使他们具有更加强势和健全的创新思维模式以及丰富而科学的学习与研究方法。

3 结语

通过近几年《走进电世界》课程的教学实践,师生们普遍感到,这门课程确实使得刚入学的新生在它们的科学与工程技术研究与探索学习的处女航,即在它们入学后的第一门课程《走进电世界》中,获得了比较全面和系统的关于电学、电气科学与工程的发展历程的知识,也使他们能够在入学之初就建立起一整套比较科学、相对完善的大学学习计划,对于培养大学生崇尚与追求科学技术的精神、勇于开拓创新的综合素质,特别是在市场经济大潮中的正确价值观走向、科学与人文思维的交互融合,专业基本知识面的扩大等方面无疑达到了其他课程难以比较全面实现的良好效果,它构成了现代大学工科多元创新与多层面教育中必不可少的头一个重要组成部分。

[1]孙元章,李裕能,胡钋,樊亚东,走进电世界[M].北京:中国电力出版社,2009

[2]胡钋等,中美信号处理课程内容与方法比较,电子电气课程报告论坛论文集2008[M].北京:高等教育出版社,2009