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創(chuàng)新培養(yǎng)優(yōu)秀工程師的“電工學”教學研究
一、理論教學模式的改革
“電工學”課程學時比較少，概念較多，內(nèi)容相對抽象，學生在聽課過程中極易疲倦而走神，因此，課堂教學中授課內(nèi)容的有效組織與生動展示是吸引學生學習注意力，提高學習效率的關(guān)鍵。
對于“電工學”課程中一些抽象的知識點，僅通過傳統(tǒng)的說講教學方法或者僅僅利用簡單動態(tài)PPT方法講授，學生不易理解。因此，本研究提出情境教學模式，在授課過程中加入動態(tài)仿真演示，通過仿真軟件與可視化平臺動態(tài)展示出電路的工作原理，直觀給出其輸出結(jié)果，生動形象地幫助學生理解教學內(nèi)容，提高學生學習興趣。
1.動態(tài)演示所用到的仿真工具
采用虛擬儀器LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Work bench)開發(fā)平臺來實現(xiàn)動態(tài)仿真。LabVIEW 是美國國家儀器公司(National Instruments，NI) 開發(fā)的基于圖形編譯語言(G語言)的實驗室虛擬儀器集成環(huán)境，它具有十分強大的功能，能夠完成仿真、數(shù)據(jù)采集、儀器控制、測量分析、數(shù)據(jù)顯示和過程監(jiān)控等任務(wù)。利用LabVIEW，可以通過G語言編寫后臺程序，通過圖形化前面板顯示過程與結(jié)果，在該平臺上開發(fā)的仿真演示程序可生成相應(yīng)的應(yīng)用程序(可直接點擊使用)，用以輔助教學。
2.應(yīng)用舉例
以正弦三要素的認識為例，一般理論教學通過PPT文字和簡單圖文描述正弦量三要素：角頻率、幅值、初相位。為了使學生一目了然，可使用LabVIEW開發(fā)平臺，在其后臺用G語言描述實現(xiàn)：將虛擬函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號送入可視化顯示控件，在前面板界面顯示不同要素下正弦波形的特征(初相位、幅值、角頻率可以自行設(shè)置并在前面板顯示)。還可以進一步詮釋兩同頻率正弦量同相、反相、超前、滯后的相位關(guān)系。學生所看到的界面。
這樣的演示能夠更好地說明幅值、角頻率、初相位三要素的變化引起的波形變化，生動描述同頻率波形的相位關(guān)系，有利于學生對正弦量三要素的認知與理解。
3.仿真理論部分內(nèi)容安排
根據(jù)上課經(jīng)驗歸納抽象知識點，分別設(shè)計動態(tài)仿真演示程序。該應(yīng)用程序既可用于課堂上的演示，也可作為實踐課程中學生的設(shè)計參考。
二、實踐教學模式的改革
在改革理論教學的同時增加實踐教學課時，讓學生在仿真平臺上自己動手搭電路，并對電路行為進行仿真，從書本到自己的實踐過程將開拓學生的視野，增強動手能力。也可以將其作為大作業(yè)布置給學生完成。
1.仿真工具
具體采用Multisim仿真平臺。Multisim是美國國家儀器公司推出的仿真工具，適用于模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。使用Mmultisim可以交互式地搭建電路原理圖，并對電路行為進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電工學教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。
在仿真平臺上，學生可以自己搭建電路，充分調(diào)動學生學習的積極性，提升其自主學習和自主探究的能力，達到教與學、理論與實踐的和諧統(tǒng)一。
2.應(yīng)用舉例
以《電工學》下冊電子技術(shù)中第十六章內(nèi)容中反相比例放大電路的學習為例，仿真電路以及仿真結(jié)果的實現(xiàn)。學生通過繪制電路、功能仿真，加深對電路結(jié)構(gòu)的記憶與認知，同時考慮各部分電路結(jié)構(gòu)與作用，虛擬示波器直觀顯示了結(jié)果，可以看出輸出與輸入信號的關(guān)系：在幅值上成一定比例;輸出與輸入信號相位相反;輸出與輸入信號同頻率。通過親身實踐使得學生完成認知—設(shè)計—仿真—結(jié)論的過程，這個過程正是工程實踐中調(diào)試分析的過程。
在傳授理論知識的同時，通過這種實踐環(huán)節(jié)，逐步使學生得到基本技能的訓(xùn)練，逐步培養(yǎng)學生的抽象思維能力、邏輯推理能力、自主學習的能力與興趣，注重培養(yǎng)學生綜合運用所學知識去獨立分析問題、解決問題的能力和實踐操作能力。
三、課程考核方式的改革
考試形式可采用閉卷理論考核與大作業(yè)考核相結(jié)合的形式。其中大作業(yè)為實際電路的仿真設(shè)計，大作業(yè)可與教師的科研工作、企業(yè)的生產(chǎn)實際相結(jié)合，使實踐面向工程實際，促進學生主動參與實踐、主動創(chuàng)造、主動探索，充分發(fā)揮其創(chuàng)新潛能，全面提升工程實踐能力。主要考核指標：仿真軟件的熟悉與使用;對電路模型的設(shè)計與實現(xiàn);對仿真結(jié)果做出的深入分析。
對大作業(yè)的考核采用答辯方式進行，要求學生講述自己對仿真設(shè)計的說明，對其應(yīng)用前景的綜述，以及介紹電路功能的設(shè)計與實現(xiàn)情況。
考核方式改革的目的在于考查學生將理論與實踐結(jié)合的綜合能力，深化學生對專業(yè)課程的理解，提升工程實踐能力。
四、總結(jié)
以卓越工程師的培養(yǎng)為目標，不斷完善并建立科學的教學體系。本文從理論和實踐兩方面探索教學模式改革。提出情景教學方法，對一些抽象知識點的講授，通過仿真軟件與可視化平臺動態(tài)展示，直觀地闡述相關(guān)知識，加深學生印象，提高學生學習興趣。并提出電路設(shè)計實踐環(huán)節(jié)，與課本理論相聯(lián)系，與工程實踐相聯(lián)系，注重理論與工程實踐的結(jié)合，以“在實踐中學，在學習中實踐”的教學模式，切實提高大學生運用所學分析問題、解決問題的工程實踐能力。
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