工程教育认证背景下“电路原理”课程的改革实践

王伟 吴国庆 张燕君 毕卫红 齐跃峰

摘要：第四次工业革命的时代背景下，亟须大量高素质、高质量的工程科技人才。作为培养工程科技人才的源頭，高校承担着提升工程教育质量的重任。文章基于燕山大学光电子工程系近年在“电路原理”授课过程中的一些改革，对工程教育认证背景下专业基础课的改革与实践进行了研究与分析，重点对“成果导向”、“复杂工程问题”和“学生为中心”等方面进行了阐述。

关键词：工程教育认证;“电路原理”;成果导向

中图分类号：G642     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）50-0120-02

一、引言

第四次工业革命的时代背景下，新产业、新业态、新技术和新模式层出不穷。随着新兴产业规模不断扩大，亟须大量高素质高质量的工程科技人才。作为培养工程科技人才的源头，高校如何提升工程教育的质量受到社会各界的重视[1]。“电路原理”课程是高等院校本科电子与电气信息类专业重要的专业基础课，也是机械类、计算机类等专业的必修课，在这些专业的人才培养中起着承前启后的重要作用。本文基于燕山大学光电子工程系近年在“电路原理”授课过程中的一些改革，对工程教育认证背景下专业基础课的改革与实践进行了研究与分析。

二、燕山大学“电路原理”课程基本情况

专业认证是高等教育认证的重要组成部分。自我国正式加入“华盛顿协议”以来，越来越多的学校和专业开始积极推进认证工作。2016年，作为教育部选定的两所高校之一，燕山大学接受了“华盛顿协议”国际专家的观摩考察。迄今为止，学校共有电子信息工程等10个工科专业通过工程教育专业认证。燕山大学光电子工程系承担着信息科学与工程与电气工程两个学院共计9个专业的“电路原理”课程授课工作，其中包含6个通过工程教育专业认证专业。如何正确理解“电路原理”等专业基础课在整个工程教育课程和人才培养体系中承上启下的特殊地位，同时针对不同专业培养目标和毕业要求，实施成果导向的差异化授课并持续改进，是培养合格的专业工程技术人才的重要问题，也是“电路理论”授课团队面对和需要解决的关键问题。

三、工程教育认证背景下电路课程的改革与实践

1.面向不同专业毕业要求的差异化成果导向。首先，应该针对各专业毕业要求及电路课程在专业整体人才培养框架中的地位，差异化制定教学大纲。以授课课时为例，电子与电气信息类各专业，包括电子信息工程和电气工程及其自动化等专业，“电路理论”课时安排为72/12（总时长72学时，理论60学时，实验12学时），而为计算机科学与技术专业开设的“电路理论”课时则缩短为64/8。在具体内容的讲授方面，根据专业特点及要求定制授课内容。如自动化专业删除关于“耦合电感”和“空心变压器与理想变压器”两部分内容;而测控专业则不再学习“特勒根定理”和“互易定理”等内容。其次，即使对于同一知识点的讲授，也要根据不同专业的特点引入符合专业特色的工程实例。例如，在讲授“电阻”特性时，对于信息学院各专业学生，今后会涉及设计有源滤波器对模拟信号进行处理等方面的知识，所以应该强调电阻的精度及噪声问题;而对于电气学院各专业学生，应强调电阻的“额定功率”这一参数。再比如讲授“谐振”概念时，对于通信工程专业学生，应引入利用谐振效应进行选频的例子，为将来“高频电子线路”课程作铺垫;对于电气工程及其自动化专业学生，加入谐振过电压及其对电网产生的危害等知识更为合适。

2.对学生“复杂工程问题”相关能力的培养。专业认证标准12条毕业要求中有8条与解决复杂工程问题直接相关，培养“复杂工程问题”的能力是我国高等院校本科工程专业达成工程教育认证要求的重点和难点。但是要注意，解决“复杂工程问题”能力的培养是贯穿学生整个大学四年学习的循序渐进的系统工程，应充分考虑学生所处的年级、知识构成及工程问题复杂程度的相对性，来选择适合学生的“复杂工程问题”案例，而不应将“复杂工程问题”扩大化。

“电路原理”课程是电子与电气信息类专业的专业基础课，它虽然是数学、物理学等公共课的后续课程，但是却在其他专业课之前开设，因此学生的专业知识仅限于“电路原理”课程本身。对于处于上述阶段的学生，以下两类问题均可以较好地锻炼学生“复杂工程问题”的相关能力。第一类问题是需要综合运用数学、物理知识和电路多个知识点才能够分析和解决的问题。以张燕君等人编著的《电路原理》教材[2]第七章课后习题7—21题为例。在求解此题时，步骤为：（1）利用叠加定理将多个正弦电压源的同时作用分解成各电源的单独作用;（2）将时域电路模型转换为相量模型并求解;（3）再回到时域叠加得到最终结果。在分析电路时，学生还需要思考以下问题：40mH电感和25μF电感的并联支路、10mH电感和25μF电感的并联支路分别在基频和二次谐波频率发生谐振，该如何处理？多个不同频率的正弦电流相叠加，其有效值（电流表的示数）应该如何计算？从上面的分析可以看出，此题涉及复数运算、叠加定理、谐振等多个数学和电路知识点，对于现阶段学生解决“复杂工程问题”的能力具有一定的培养作用。第二类问题是针对生活中的实际问题进行实践的问题。比如让学生设计简单电路对墙体内电线位置进行检测，就需要学生完成原理分析、方案设计、元器件选型、电路搭建和调试等整个过程，也可以极大地锻炼学生解决“复杂工程问题”的相关能力。

3.多项措施保障“以学生为中心”。据中国工程教育专业认证协会数据统计，中国每年有120余万工科专业本科毕业生。因此，除了全国排名前列的少数大学，绝大多数本科院校存在师生比低的问题，师资力量不足以支撑“小班授课”。同时，专业基础课程学时不断压缩，在大班授课情况下使用“翻转课堂”的教学方式，由于上台讲课的学生对知识点把握深度及熟练度有所欠缺，容易影响教学效果，同时造成拖堂等现象。因此，燕山大学“电路理论”课程仍然采用以教师讲授为主的传统授课方式，授课容量一般在100人以上。

基于上述现状，笔者及电路理论教学团队探索了以下两种方式，促进学生的学习积极性与主动性。一是尝试“大班授课与小班研讨相结合”的教学模式。2016年，笔者在为电子科学与技术及光电信息科学与工程专业授课时，即采用了此种模式：理论授课使用3个班一起的大班授课。习题课改为1个班单独上课，并采用“翻转课堂”的方式。二是将“三级项目”引入“电路理论”课程。自2016年开始，在电子科学与技术专业的“电路理论”课程中尝试引入题为《基于×××电路仿真与分析》的三级项目。授课教师仅使用两个学时对电路设计软件“multisim”进行简单讲解，要求学生利用课下时间自学该软件，并利用此分析软件完成自选典型电路仿真与分析等任务，撰写相应报告。利用上述两种方式，更好地实践了“以学生为中心”的教学理念[3]，不仅锻炼了学生“使用现代工具”等技术方面的能力，还促进了学生“终身学习”等非技术指标点的达成。

本文对燕山大学光电子工程系在工程教育认证背景下的“电路原理”课程的改革与实践进行了研究与分析。通过面向不同专业毕业要求的差异化成果导向、对学生“复杂工程问题”相关能力的培养和多项措施保障“以学生为中心”等一系列实践教学活动，力图将“电路原理”课程建设成富有挑战性的“金课”。

参考文献：

[1]陆勇.浅谈工程教育专业认证与地方本科高校工程教育改革[J].高等工程教育研究，2015，（6）：157-161.

[2]张燕君，齐跃峰，吴国庆，等.电路原理[M].北京：清华大学出版社，2017：210.

[3]李志义.解析工程教育专业认证的学生中心理念[J].中国高等教育，2014，（21）：19-22.