电工学课程教学互动创新实践探索

唐得志，郎佳红，马小三

(安徽工业大学 电气与信息工程学院，安徽 马鞍山 243032)

电工学作为工科专业的专业基础课，是一门理论与实践结合非常紧密的课程。其教学内容涉及电工电子技术诸多方面的知识点，如何在较短的课时把众多的理论和实践知识高效地传递给学生是电工学教师面临的难题。传统的电工学课程授课方式偏重于知识的单向灌输，学生被动地接受，其主动思考和学习的兴趣不高；作为一门理论和工程实践联系紧密的课程，电工学实验的教学设计偏重验证性实验，对设计性实验和自主性实验重视不够，而后者是培养学生工程创新能力很重要的环节；教学考核环节作为教学效果的检验方式在学生课程学习中起着重要的导向作用，传统的考核模式偏重于闭卷考试和单一答案的形式，所以有必要改进现有教学互动的闭环模式来解决这些问题。笔者从理论教学互动、实验教学互动和教学考核互动三方面的教学实例阐述总结完善电工学教学互动模式，以期提高电工学课程的教学效果。

一、电工学理论互动教学创新实例

(一)电工部分理论教学互动创新实例

正弦电路中相量的概念和应用是电工学课程电工部分的教学难点。我们在教学互动中发现学生对此知识点的掌握有困难，教材中并没有清晰地给出正弦量和相量转化的推导过程，学生被动地接受知识，教学效果不佳。我们通过仔细研究教材，以简化正弦量计算为问题主线，分步骤地提出问题，启发学生主动积极思考，进而从旋转有向线段和复数两个维度给出了正弦量和相量相互转化的映射关系，使学生对这个知识点有清晰直观的理解，知其然，也知其所以然，从而取得了较好的教学效果。在利用相量法解决问题的教学互动中发现，多启发学生思考一题多解，有助于学生对相量知识点全面有效的掌握。例如在复杂正弦交流电路的求解中，可以利用相量代数式求解，也可以利用相量图求解。相量代数式求解思路简单，但是计算量大；而相量图方法灵活简便，但是难于理解。所以根据学生作业和考试的反馈，在实际教学中将相量图融合在相量代数式的求解过程中，实现两种方法有机结合，拓宽学生的思路，简化求解过程，实现对知识点的有效牢固掌握。

三相交流电动机也是电工部分教学中较难的知识点，由于其是电路和磁路相结合的电工设备，学生在学习上有难度。在长期的教学互动实践中我们认识到按照教材章节讲授效果欠佳，因此根据学生普遍反映缺乏对电动机的感性认识，制作了三相交流电动机的原理模型，利用加手柄的马蹄形磁铁模拟定子旋转磁场，铝条的笼子模拟转子，摇动马蹄形磁铁，笼子也跟着转起来了，学生探索未知事物的兴趣被激发，对其为什么能转起来非常感兴趣，此时适时地通过电磁感应定律分析其转动原理就水到渠成了。有了实物的印象和引导后，学生对此后的电动机的机械特性分析和电机运动状态的学习兴趣得以提高。

电工部分的教学互动中，学生不仅能通过预习对教师提出问题，很多学生在教学闭环互动中深入思考，对教材忽略的部分问题提出一些有价值的见解，从而使教学互动得以进一步升华。比如在完成讲授磁路这个知识点后，针对为什么空心线圈的电感是常数，而有铁心线圈的电感是变量的问题，学有余力的学生根据磁性材料的磁导率、磁路的欧姆定律、电感的物理公式给出自己的推导过程，为教师在此部分的教学中完善了教学案例，实现了教学相长。

(二)电子部分理论教学互动创新实例

“电子电路中的反馈”是电工学课程模拟电子部分讲授的难点，一直是学生学习过程中的拦路虎，教学过程中通过吸收和梳理学生反馈的问题，将净输入量、反馈量和输出量的关系进行梳理，并通过量化公式将正负反馈判定、串并联反馈判定、电压电流反馈判定按照从易到难的步骤进行细致的讲解，使学生利用对知识点的深入理解摆脱对课本中生硬判定准则的死记硬背，取得了良好的教学效果。

“基本放大电路的动态图解法”是模拟电子部分教学的另一难点，在课堂教学过程中学生普遍反映交流负载线以及输入信号到输出信号的分析过程不清晰。结合这些互动反馈的问题信息，考虑到教材中对交流负载线的说明太过简略，我们通过三极管线性模型利用叠加原理实现交流负载线方程的详细推导，加深了学生对放大电路信号动态传输过程的理解，为之后信号失真的讲授奠定了良好的基础。

“计数器”历来是电工学课程数字电路部分的教学难点，尤其是组成计数器的JK触发器的原理不易理解，学生普遍反映教材文字偏多、图例较少。因此，在教学过程中，我们利用实验视频结合连贯式图表形象地说明在时钟脉冲经历下降沿过程中两个可控RS触发器输入输出的变化，加深了学生的理解；同时补充出租车轮速编码器如何实现实时计费的实例，进一步说明了计数器的工程应用，回答了理论知识如何用、怎么用、用在哪里的疑问，取得了很好的教学效果。

在电子部分的教学互动中，针对学生对工程应用实例的兴趣需求，我们利用自身科研的专业知识来回应学生的兴趣诉求。例如，在讲授运放的信号运算功能时，为了提高学生对比例、积分和微分运算的工程实践认识，在教学中将比例微分积分(PID)控制器作为工程应用实例进行说明，同时利用直流电机的速度和位置控制系统作为课堂演示装置，通过调节比例系数、微分系数和积分系数，直观地呈现运放信号运算的工程应用场景和控制效果，提升了学生对理论知识学以致用的兴趣。

二、电工学实验教学互动创新实例

目前电工学实验多是验证性实验，设计性和创新性实验较少。验证性实验在巩固理论知识方面有不可替代的作用，但是其缺点也很明显，学生在实验过程中主动介入较少，被动灌输过多。有很多学生在机械地按照实验指导书做完实验后，对实验的原理、方法和目的掌握得不够深入；有的学生仅仅学会了如何操作仪器、连线和读数，实验教学的效果不好。针对这些缺陷，我们在实验教学中创新互动模式，对含有设计性的实验项目只提实验目标，引导学生根据实验目标，查阅文献资料，设计实验方案，选择实验设备，完成实验流程，得到实验结果。尤其鼓励学生在实验结果不符合预期时，探究出现不同实验结果的原因；充分发挥学生的主动性，在解决问题的过程中提高理论知识应用于实践的综合能力。

除了增加互动性较强的设计性实验，鼓励学有余力的学生发现生活中的电工电子应用的问题，利用所学的电工学理论知识，通过开展自主性实验，搭建电路和编写程序来解决问题。在这种互动方式引导下，有的学生通过网络查询发现基于不同口感的咖啡调制过程中对水质动态要求的应用问题，我们鼓励并引导他们成立小组，讨论利用电工学中所学的运放、继电器和电机知识构建一种自动调节总溶解性固体物质(TDS)浓度值的混水装置，从硬件购置到软件的编写，学生在动手实践中加深了对理论知识的理解和掌握，最后做出了功能样机，申请了发明专利，教师也在这种教学互动中丰富了自身的工程教学实践经验。

三、教学考核环节互动创新实例

目前的电工学考核停留在传统的“期末考试+实验理论考试+平时作业”的模式，期末考试成绩的比重过大，缺乏对平时互动教学环节教学效果的有效考核，设计性和创新性实验的考核比重较低。因此，为了让考核成为学习电工学过程中的有效激励手段，考核模式上采用“期末考试+多种形式实验测试+平时作业+随堂测试”，考核内容上，期末考试增加设计性题型、一题多解类型的试题，鼓励学生拓宽思路；实验环节，加大自主性实验设计考核内容，鼓励学生成立小组，定期进行师生技术方案交流，考核成绩综合考虑设计过程是否申请专利、成本因素、是否做出样件电路等维度；平时作业增加思考题启发学生发现现有技术和方法的局限性，通过各种渠道查阅文献思考问题解决方式，培养学生的创新能力，同时设计能串联整个电工和电子知识点的设计性思考题，培养学生综合运用电工学知识的能力；随堂测试偏重考核基本概念、基本方法定律的灵活运用，考核目的是即时了解学生的听课效果和对基本知识的掌握效果，为线上和线下教学互动反馈明确教学重点。

四、结语

综合以上阐述，将本文所述的互动教学模式总结如下：(1)理论教学：针对教材的知识难点，遵循工程问题提出——课堂讲授——学生实时反馈——授课课件内容改进——网络学习平台发布的模式，学生的问题反馈可以通过各种线上线下平台快速与教师互动沟通，教师的教学内容会在与学生的多次互动中不断优化改进，最终通过线上线下平台发布；(2)实验教学：增加设计性实验和自主性实验内容，教师从传统的指导角色转变为互动启发角色，不给出具体的实施步骤和方案，鼓励学生在满足安全和实验目标的基础上大胆创新和试错，增加学生实验过程中的主动性，有效提高实验的工程实践教学效果；(3)教学考核：在教学过程中分阶段增加没有单一标准答案的线上和线下设计题比重，鼓励学生在与教师多次的互动沟通中改进提高设计方案和电路，让最终的考核成绩真正体现学生课程全闭环的学习效果和灵活运用电工学知识解决实际问题的能力。