基于课程群的电工电子教学改革与实践

刘雨青 曹莉凌 曹守启

上海海洋大学 上海 201306

电工电子类课程作为专业基础类课程，在各高校的专业人才培养计划中占有重要的地位。该类课程内容广泛，涵盖电路理论、电子技术和电机与控制等多个领域的知识，理论和实践性均很强，是培养学生工程应用能力和创新思维的入门基础课。单一课程的教学改革，虽然有利于加强学生的主动参与性，但要学生理解和掌握理论体系的架构、综合知识的应用，以及系统的整体设计还比较困难。因此，将教学内容相关、教学方法相近的课程资源进行梳理和整合，建立了电工电子课程群，以课程群建设带动该类课程的理论、实践教学体系和教学方法的改革，加强学生课外创新和工程应用实践，帮助学生建立从理论到应用的知识体系，提高系统性思维和创新的能力。

1 电工电子课程群的构建

电工电子课程群包含我校电类和非电类的专业基础课，其中电类专业的课程有电路原理、模拟电子技术、数字电子技术等理论课、独立开设的实验课以及电子技术课程设计、电工技能及工艺实训和电子设计创新等实践课；非电类专业的课程有电工技术、电子技术等相关课程(含课内实验)以及实践类课程(见表1)。该类课程属于专业基础课[1]，要求学生熟练掌握其中的基础理论、基本知识和基本技能，培养学生分析问题、解决问题等能力，具有较强的工程性和实践性。

表1 电工电子课程群

表1 (续)

2 模块化的理论教学体系

把“注重基础，加强实践，服务专业，开拓创新”作为课程群的培养目标，针对不同专业，柔性地设置课程群基础模块和可选模块。共设置五大模块，构成灵活多样的电工电子类课程群理论体系(如图1所示)。课程内容以电路理论为基础，以电气控制和电子技术为核心，并辅以必要的电工电子器件知识，各专业可根据需求选择不同模块内组合和模块内不同层次的内容，有效地避免了课程内容的相互重合，为各个专业教学计划的优化和整合提供了有价值的依据。

图1 模块化理论教学体系

3 分层次的创新实践教学体系

根据电工电子课程群内开设的实验和实践类课程，建立了三个层次的实践创新教学体系(如图2所示)，对学生进行从简单到复杂、从基础到综合、从设计到创新循序渐进的实践训练，全面培养和提高学生的动手实践和工程创新能力[2]。

基础层主要是必修实验课程，将传统的验证性实验改为任务驱动模式，提出简单设计要求，学生需根据理论知识设计电路并测试，将理论与实验相结合，巩固理论基础。综合实践层主要在短时期进行，要求学生独立完成综合实验项目的开发与设计，包括方案设计、仿真分析、实验测试和结果分析，锻炼学生分析问题、解决问题以及综合设计的能力[3]。设计创新层包括电子设计创新、毕业设计、各类竞赛以及大学生科创项目、科研项目等，基本上在课外完成，学生以小组合作方式，自主研究、自主实践，通过查找资料、确立方案，动手制作和调试，最终设计完成较复杂的电子系统作品，重点培养学生的团队精神和科技创新能力。

图2 实践创新教学体系

4 教学模式和方法的改革

电工电子课程群建设坚持经典与创新结合、理论与实践并重、虚拟与实际互联的教学理念，采用多种教学方法和手段，高效发挥课堂教学效率，最大限度地激发学生的兴趣和自主学习的热情。教学方法采用经典和创新相结合的教学法，其中经典教学法包括板书与多媒体结合，设疑激趣与举一反三相结合，理论与动画、实际相结合的教学法；创新教学法遵循以下原则。

4.1 虚拟仿真与实际操作相结合

在教学中引入计算机仿真辅助教学，用仿真软件，如Multisim，Proteus，Pspice等，对例题、习题、实际设计电路进行仿真分析，如锁存器74HC373的Proteus仿真(如图3所示)可以使教学更形象、更直观，增加学生对抽象概念的理解。然而，由于器件和仪器的功能是虚拟的，仿真实验与实际实验之间还存在着一定的差距[4]。因此，采用让学生课前先仿真、再理论计算，最后到实验室进行实际操作，让学生将理论、仿真、实验有机地结合起来，提高了学生独立分析和解决问题的能力。

图3 锁存器74HC373 Proteus仿真分析

4.2 NI虚拟仪器与工程案例相结合

利用美国NI ELVIS虚拟仪器教学平台直接搭建简单电路，如RC正弦波振荡电路(如图4所示)，或将工程实用的电子电路系统制作成模块，如恒温控制器、光控开关报警器等，在课堂讲授过程中让学生既能看到实际电路，又能看到理论分析的结果，使理论与实验同步，大大提高了学生学习的兴趣和积极性。

图4 NI 虚拟仪器实验—RC正弦波振荡电流

4.3 课内辅导与课外自主学习相结合

电子技术类课程内容多、抽象难懂[5]，学生在学习理论时需与应用相结合，因此，将学生分成小组，为其配备面包板、电源、万用表等实验设备，开放实验室和器件，给出任务模块，如二极管、三极管、集成电路应用等，学生经查阅资料、小组讨论自主选择设计题目和方案，课下进实验室完成，并利用课上规定时间展示作品。另外还开设电子设计创新课程，选取大学生电子竞赛题目，学生可根据兴趣选修，采用“课上教师辅导，课下学生自主研发”的方式完成系统设计，并以论文和作品的形式提交。经过实践，这种课内辅导和课外自主学习相结合的上课模式，让学生在实践中学，在学中实践，极大地提高了学生学习的主动性和课堂效率，培养了学生分析问题、解决问题的能力和团队合作精神。

5 开展竞赛式课外科技创新活动

课外科技创新活动以两种竞赛模式开展，一种是指导学生参加全国各类电子科技大赛；另一种是以大学生创新项目为依托，完成作品的电子系统设计，参加相关的应用作品创新类大赛。从大一、大二年级专业学生中选拔优秀学生，建立创新学生梯队，制订分级培训和竞赛计划，利用课余时间进行定期地指导和训练，设立了专门的创新实验室，开放实验器件，学生自学软硬件设计基础理论知识，自主开发系统，参加各类竞赛。采用这种模式的课外科技创新活动，不仅培养了学生的独立思维能力、创新意识[6]，也通过竞赛的学以致用为学生搭建了展示自我的平台。

6 结语

建立了电工电子课程群，遵循“学、思、做、创”的原则，坚持以提高学生综合创新能力为核心，按照先基础、后综合、再创新与研究的思路重构了理论教学体系，改革了教学方法和手段、创新了实践教学模式，完善了学生课外科技创新活动，形成了以“基础促创新”为主线的循序渐进的教学培养新体系，获得了校级教学成果特等奖，并指导学生参加全国各类电子科技、创新大赛，如全国大学生电子设计大赛、挑战杯、上汽杯、物联网等大赛，取得了优异成绩，在提高课堂教学效果和培养学生创新能力等方面取得了显著的成效。