“电工电子技术”课程思政改革实践

2023-01-24 15:58张利娜李定珍
教育教学论坛 2022年50期
关键词:电工电子技术二进制电工

王 萍,张利娜,李定珍

(南阳理工学院 信息工程学院,河南 南阳 47300)

在当前新形势下,理工科高校要立足时代、面向未来,不仅要培养学生的专业知识和专业技能,更要发挥价值引领、思想引领的作用,切实解决培养什么人、如何培养人以及为谁培养人才的问题。“师者,人之模范也。”在学生眼里,老师是“吐辞为经,举足为法”,一言一行都给学生以极大影响。教师思想政治状况具有很强的示范性。要坚持教育者先受教育,让教师更好担当起学生健康成长指导者和引路人的责任。高等教育要以立德树人为核心,把思想政治工作贯穿整个教育教学过程,从而实现全程育人、全方位育人。因此,在工科基础课程“电工电子技术”教学中融入课程思政,一方面顺应学生提升自我的期待需求,另一方面秉承“厚德 博学 求真 至善”的南阳理工学院校训,培养具有不甘示弱的南阳理工学院品格毕业生,符合国家教育方针政策。

一、采用多样的教学手段

在教学方法上,“教学有法,然教无定法”。“电工电子技术”课程涉及的知识面较广,受众学生广,包括不同的专业、不同基础的学生。教学方法包括引导式教学、归纳式教学、案例式教学,结合实验的仿真式教学、结合动画视频的多媒体教学、板书等。比如放大电路部分的学习,配以动画演示波形的变化,使学生形象感知交流和直流叠加后的正弦信号放大变化过程等,更易理解,让学生学有所得,学有所用。在实验室做实验时,培养学生的规则意识和工程意识。

二、课程教学中融入课程思政

(一)“电工电子技术”课程的地位和特点

“电工电子技术”课程包含电路理论、模拟电子技术、数字电子技术三个模块的内容。我校“电工电子技术”课主要为材料成型及控制工程专业的专业基础课。对于非电类理工科学生,进入大学后,这是唯一的一门电学类基础课。涵盖内容广泛,难度较深,实践性较强,学习起来较困难。通过本课程的学习,使学生了解电工、电子技术的发展情况和应用领域,获得电工、电子技术必要的基础理论、基本知识和基本技能,培养非电类相关专业学生解决涉及电工电子技术实际问题的能力,培养学生的创新能力,提高综合素质,为学习后续课程及从事相关的工程技术工作打下坚实的基础。

(二)课程思政的必要性

“电工电子技术”是一门电学基础课,课程涉及较多的定理、概念和公式,而进行课程思政,适当的融入人文学科知识以及我国优秀的传统文化的元素,使注重电学知识、理论学习的课堂生动起来。同时,电工电子技术与电密切相关,贴近生活实际,教师在课堂中适时地举出当前国家在这一行业中涌现出的模范,对学生进行科学的引领。学生大部分是大一和大二的学生,初入校门,教师科学的指导和正确的指引,对学生树立正确的人生观和价值观,并对未来的职业进行规划具有正向作用。

(三)课程目标的设立

在大纲的课程目标中,除了知识目标、能力目标,增设了德育目标,对学生的修养情操进行升华。笔者将德育元素融入电工电子学课程教学的全过程,在知识传授中实现价值观的同频共振。从教学目标的设置、教学内容体系的构建、教学方法改革等方面入手,将德育教育渗透教学全过程。

在教学内容上,深入挖掘课程的隐藏德育资源,教学内容不再局限于电子技术专业知识,根据课堂授课内容适时引入人文社会科学的内容和辩证唯物主义思想,激发学生对人生的思考,建立学生的唯物主义科学观;引入电气工程和电子技术发展简史,以及相关的著名科学家对人类的贡献,提升学生的时代使命感和社会责任感,激发学生科技报国的使命担当,以有机融入德育元素为途径,以核心价值观、社会责任感和电力行业的职业素养为重点。有计划、有步骤地在“电工电子技术”课程的授课过程中形成全程育人、主动育人的协同效应[1]。

(四)深挖课程思政元素

将价值观的引领贯穿于理论课和实践课中,实现全方位育人和全过程育人,既强调对电工电子技术理论知识的传授,又体现引领学生正确的职业观、价值观、人生观,以及学会用辩证唯物的理论理解问题、解决问题,使课程具有多维度,不仅有厚度,更有温度。

老子《道德经》云:“万物之始,大道至简,衍化至繁”。在讲电路的基本分析方法时,学生会依次学习支路电流法、网孔法、节点电压法和叠加定理和戴维宁定理,这几种分析方法,它们之间有千丝万缕的内在必然联系,但是各自有其独特思路,各自有其适用的电路特点。讲完这部分内容以后,老师进行阶段性总结,需要学生根据具体的电路特点灵活采用不同的分析方法,帮助学生逐步掌握复杂电路的系统分析法,树立科学观、培养科学的思维方式,同一问题会有很多种解决方法,可以引导学生遇事不钻牛角尖,辩证地对待人生。

叠加定理和戴维宁定理是分析复杂电路的有力利器,都是对复杂电路的化繁为简。叠加定理是把一个复杂电路化为多个简单电路,逐个求解,然后求出代数和总量,而戴维宁定理是将一个复杂的有源线性二端电路等效成一个简单的电压源,二者都是透过现象看本质的具体实例,也是把一个复杂问题简单化,化繁为简的方法论的具体体现[2]。在总结两个定理时,老师可以进行总结升华,使学生用唯物辩证法的观点去思考和理解这两个定理,会使学生对定理的理解更深入和透彻。在理论教学中恰当地融入思政教育,不但不会让学生有生硬之感,反而使知识变得生动,学生在愉悦中接受了所学的知识,而且印象深刻。

在模拟电子技术部分,晶体管的特性是学好放大电路的基础和关键。双极性晶体管最重要的特点是电流放大作用,而电流放大作用是晶体管内部结构特点和外加合理偏置电压共同作用的结果。这就是内因与外因共同作用,内因是根本,外因是条件,二者共同作用,才会产生“1+1>2”的效果。由此将这个观点带入同学们的日常学习生活中,比如学习内因是驱动力,外因是条件保障。在大学入学之初,就要对自己立下一个近期和远期的学习规划目标,这就是学习的动力所在。在大学四年的学习生涯里,要辩证地看待机遇,勤奋努力修好内功,做有准备的人,这样当机遇降临的时候,才能抓住机会,得到个人的发展。

在讲解稳定静态工作点的分压偏置式放大电路时,其中电路增设的射极反馈电阻RE构成了直流电流负反馈,对稳定静态工作点起到关键性的作用。在稳定静态工作点的同时,也带来了副作用,引起了另一重要动态参数电压放大倍数的急剧下降,使放大电路最基本的放大功能几乎丧失殆尽;但是却使得放大电路的另一动态参数输入电阻增大,抗干扰能力大大提高,大大改善了这一特性。所以这种动态的改变过程,正是体现了一个朴素的哲学论点,任何事物都有两面性,失之东隅,收之桑榆。引领同学们动态地看待问题,不好的一面有可能向好的一面转化,养成乐观积极向上的心态与人生态度。

为了在稳定静态工作点的同时,维持电路原有的放大功能,要使电阻RE对输入的交流信号不起作用,前面学习的电容有隔直通交的作用,所以在射极电阻两端并联一电容器,起到短路交流信号的作用。并联电容之后,放大倍数恢复了正常,但是输入电路参数又大大下降了。由此总结放大电路稳定静态工作点和改善动态参数是互为矛盾的,然后对学生提出问题,如何设计一个两全其美的方案,既能获得一定的电压放大倍数,又能使输入电阻获得提升同时不影响稳定静态工作点呢?这个问题抛出后,同学们讨论,既锻炼了学生分析问题解决问题的能力,同时这一对互为矛盾的元素又是唯物主义辩证法对立的两方面。最后我们采取折中的解决方案,用牺牲一部分放大增益来换取输入电阻参数的提升,同时也不影响稳定静态工作点。这一解决方案,体现了中国传统儒家文化的中庸的思想,也体现了舍得的辩证法思想。《中庸》有讲:君子之中庸也,君子时而中。“时中”,就是执两中用,吸纳对立面,补其不足,追求“中”的最佳状态。学生通过讨论得到这个折中的方案,一方面锻炼了分析问题、解决问题的思维能力,帮助学生更好地理解了稳定静态Q点的电路构成原理;另一方面又达到了传递优秀传统文化,润物无声的育人效果。好的思想工作应该像盐,但不能光吃盐,最好的方式是将盐溶解到各种食物中自然吸收。“电工电子技术”课程的知识点繁多,学生容易记混。比如电路元器件中的电容的串联,把困难比喻成电容,通交流,阻直流,遇到困难不要直来直去,要懂得变通[3]。

数字电子技术部分,首先是数制和二进制的学习。为了使同学们更好地理解数制的概念,可以先拿我们的成语作为例子,例如“屈指可数”“掐指一算”“半斤八两”分别指的是十进制、六十进制、十六进制,以此介绍天干、地支、易经与进制之间的联系。还可以延伸介绍杆秤的发明,古人以16两为一斤的16进制,即中国古人“短一两损福,短二两损禄,短三两损寿”的诚信观念。用中华民族的优秀文化及优良的传统道德思想来滋养学生,以此来感受“古人的智慧”。引导学生传承中华优秀传统文化,弘扬民族精神,增强文化自信。

而数字电子技术的基础二进制,和我国的经典易经学有着密切的关系,易经的八个卦象,对应着二进制的八个数。比如乾卦,对应天,对应二进制数111;而坤卦,对应地,对应二进制的000。又比如太极生两仪,太极对应二进制的权20,两仪对应二进制的权21,二进制的权,1—2—4—8,也可类比生物学中细胞分裂的规律。二进制和我国优秀传统经典《易经》有着这么有趣的联系,自然而然使同学们产生了浓厚的学习兴趣,而且使数制知识与传统古典文化之间产生了关联,学生们也会印象深刻,学习效果事半功倍。1679年,德国的数理大师莱布尼兹发明了二进制算法,开启了现今所处的伟大信息时代。我国通过研究莱布尼茨和在华传教人员(白晋)的十几封来往书信发现,易经的智慧对于莱布尼茨开创二进制算法的确有过强有力的推动,这是华夏古文明对人类文明的贡献,提升学生们的民族文化自豪感以及文化自信。

组合逻辑电路中每种门电路实现一个功能,只有将不同种类门电路按一定的设计搭配连接,才是一个具备完整逻辑功能的电路,从而引导学生正确看待个体与整体的辩证关系,充分发挥个人在创新团队中的作用,在提高团队凝聚力和综合性创新能力的同时,实现个人创造力和核心力。而且要实现同样功能的逻辑电路,可以有不同数量和种类的逻辑门组成不同形式的逻辑电路实现,相应所用到的芯片个数及类型都不同,那么要遵循什么原则呢?就是“最简”原则,所选用元器件个数越少,同时芯片的种类越少,将会越经济、资源浪费越少,即使报废,也会降低对环境的污染程度,进而培养学生“环保节约”“绿水青山”意识。

利用学生在实验室做电路和电子技术实验时,给学生实地讲解实验室的操作规范,电气安全常识和常规仪器的使用,塑造学生良好的工程职业素养和严谨的工作态度。

(五)建设网络课程资源

“电工电子技术”课程内容涉及较多的电气工程的理论知识、专业名词,知识点繁多而且前后联系紧密,一些非电专业的学生只有高中阶段学习的简单的电学理论,学这门涉及内容广而有深度的电学课程,是很有难度的,而且这门课的学时演变得越来越少,无形中增大了授课难度和学生学习的困难程度。如果还按照以前的授课模式,在更少的时间,学习相同的知识量,会使学生对这门课产生恐惧和厌学心理。为了应对这种情况,我们采用线上和线下相结合的授课模式,我们学科团队在超星平台建设了“电工电子技术”的网上资源库,包括视频课、实验视频、动画视频、图片、课程PPT、仿真软件等。结合网上我们自建的资源,在课前,教师在班级群发布预习要求,要求学生课前观看视频预习,课堂时间教师进行预习摸底,并进行重点精讲,节约了大量的课堂时间来做练习,做仿真实验,并进行抽查讨论等活动,而且学生可以课后随时展开温习复习。

(六)紧密联系实际生活和社会实事

本课程的第一次课,给学生讲述电子技术的发展历程和应用。电工电子技术在日常生活中的应用是广泛、多变、重要的。无论是社会经济、科研、国防、制造业以及人们的日常生活都是不可或缺的。人类从石器时代、青铜器时代到航海时代,再到蒸汽机时代,工业革命乃至信息技术时代,每一次划时代的变革,都伴随一项技术的重大发明,都会对人类文明产生重大改变。人类文明发展史实际上也是一部科学和技术的发展史,人类文明的根本动力是技术发展驱动。科技兴则民族兴,科技强则民族强,激励同学们学好每一门基础课和专业课,立下科技报国的远大理想和志向。

结语

通过“电工电子技术”的思想政治改革与实践,学生的学习效果大大提升,课堂气氛更加活跃。大学一方面是大学生学习文化知识的前沿阵地,另一方面也是完善自身思想修养品格,建立世界观、人生观、价值观的重要阶段。在“电工电子技术”课程教学过程中,融入课程思政,有助于学生掌握学科知识和技能,实现有意义的学习,还可以引导学生的学习和生活理念,提升道德修养,有利于今后的工作和职业发展。通过将人文素质教育和学科基础教育有机结合,对学生进行有效价值引领,实现全方位育人、全程育人,培养健康发展的高素质人才。

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