电工电子基础课程教学改革的方向分析

摘 要：本文介绍了南京航空航天大学在构建综合性、一体化的电工电子基础课程体系，创新实践教学模式，推进研究性教学，实施多元化学生考评体系等方面的探索和实践。
　　关键词：电工电子基础课程；教学改革；实践创新能力
　　电工电子基础课程是高等学校电类专业的通用基础和专业核心课程，其显著特点是量大面广，教学内容几乎涉及电气电子信息学科的各个领域，在培养学生的工程意识、实践能力和创新精神等方面具有十分重要的作用。近年来，南京航空航天大学以培养航空、航天、民航（以下简称“三航”）领域的未来开拓者为目标，以提升学生实践创新能力为核心，结合国家级电工电子实验教学示范中心建设项目的实施，整合优质教学资源，持续深化电工电子教学改革，形成了具有南航特色的电气电子信息人才培养模式，人才培养质量进一步提高。
　　一、注重基础与强化能力并重，构建综合性、一体化的电工电子基础课程体系
　　进入21世纪以来，国家和社会对高素质、创新型工程技术人才的需求越来越强烈，更新教育教学理念、创新人才培养模式是时代对高等学校的客观要求，构建科学合理的课程体系是最基础、最核心的任务。当前，电工电子基础课程体系建设必须遵循两个基本原则：一是适应性原则，即课程体系必须适应国家经济社会发展对创新人才的素质要求，厚基础、强能力、重创新，促进学生的全面发展，提高他们的综合素质和社会适应性。二是针对性原则，即课程体系必须根据不同层次、不同类型高校的人才培养目标，依托学校的办学特色和优势，促进个性化人才培养特色的形成，提高人才培养的针对性。据此，我们做了两个方面的工作：
　　（1）拓宽知识面向，凸显“三航”特色，构建综合性的电工电子基础理论课程体系。电工电子基础课程是电气电子信息类学科的共同基础和公共平台，不论是电子信息，还是电气自动化，都基于这个公共平台组织教学。同时，航空、航天和民航都是以自动控制为核心，机、电高度综合的学科领域，具有系统化、数字化、信息化、智能化等特点。因此，为适应航空航天器在系统分析、设计、综合等方面对人才知识体系和能力结构的要求，我们依托电气、电子、控制、计算机科学与技术、仪器仪表工程等学科，参照世界一流大学相关学科的课程设置，在传统课程体系的基础上引入“自动控制原理”、“现代控制理论”和“运动控制系统”等“控制”类课程，形成了涵盖“路”、“场”、“信号”、“控制”和“计算机”五大知识模块，基础厚、口径宽、多学科交叉、强弱电结合的综合性电工电子基础理论课程体系，为夯实学生的理论基础、提高综合素质创造了有利条件。
　　（2）整合实验内容，强化能力培养，构建一体化的电工电子基础实验课程体系。多年来，传统的电工电子实验课程虽然大多已经独立设课，但过分强调实验课程所在学科体系的系统性和完备性，实验内容与理论课程严格对应，将实验项目束缚在课程知识体系之内，容易造成实验课程之间的相互隔离、实验内容的重叠和教学时数的膨胀，不仅影响实验教学效果，而且难以开展跨课程、综合性的创新型实验，制约学生实践创新能力的培养。因此，我们打破实验课程的学科本位桎梏，整合实验教学内容，强化实验课程的整体性，将“电路实验”、“数字电路实验”、“模拟电路实验”、“在系统编程技术”和“电子工艺实践”等课程，融合成为一门分阶段实施、跨多门电工电子基础理论课程的“电工电子实验课程”。主要包括电工电子实验基础（18学时）、数字电路与系统设计（24学时）、模拟电路与系统设计（24学时）、电子电路综合课程设计（36学时）等系列实验模块。新的实验课程体系各实验模块之间相互衔接、逐层深入，最后通过“综合课程设计”对全部实验内容进行系统集成与综合实践训练，使学生在实验中进行大量跨课程的一体化的研究创新实践活动成为现实。
　　二、知行统一、学思结合，创新实践教学模式
　　长期以来，电工电子基础实验沿用传统实验教学模式，教学内容和方法单一。从实验教学内容来看，实验项目大都属于基础验证型实验，设计型和研究型实验偏少，具有工程背景或实际应用价值的综合型实验更少，学生在做实验过程中基本上是按照规定的步骤操作，难以激发学习兴趣和主动性，影响学生独立思考问题能力的培养。在实验教学方法上，大多采用老师板书，示范讲授为主，学生自主参与、自行设计的机会较少，不利于学生实践创新能力的培养。
　　为此，我们遵循知行统一、学思结合的育人原则，坚持以提高学生的实践创新能力为核心，重构实验教学内容体系，改革实验教学方法，完善学生课外科技创新体系，积极推进实践教学模式创新。
　　（1）重构实验教学内容体系，从“以验证型实验为主”向“以研究创新型实验为主”转变。精心设计实验项目，在优选基础实验项目、减少低水平重复的同时，强调知识的综合应用，依托教师的科研项目，增加跨课程的综合型、设计型项目的比重，增强实验内容的典型性、应用性和研究性，形成了“四层次（验证型、设计型、综合型、创新型）递进、多模块（必做模块、选做模块和拓展模块）菜单式”的实验教学内容体系，有步骤地、系统地提高学生的实践创新能力。该体系有利于学生根据兴趣、特长选择适合自己的实验项目和模块，满足了不同学生的实践能力培养和创新研究需要，为学生提供了自由发展的空间。
　　（2）改革实验教学方法，从“以教师为中心”向“以学生为中心”的转变。本着“以学生发展为本”的理念，实施以学生为主体、教师为主导、强调学生“三动”的实验教学方法，即学生自己动手、自己动脑、主动学习。针对每一个实验模块，教师重点讲解实验目的、内容与要求，注重启发式、讨论式、引导式等多种教学方法的有机运用，倡导学生多动脑、勤思考、勤提问，引导学生运用所学知识自主解决实验中的问题，而整个实验过程则由学生独立自主地完成，学生必须自己查找资料，自己制订实验方案、设计电路、选择、安装和调试仪表、测量和分析实验数据、撰写实验报告，真正实现从“以教师为中心”到“以学生为中心”的转变，从而开拓学生思维的深度与广度，培养学生善于思考、主动解决问题的能力。同时，高度重视现代教育技术的运用，注重将多媒体教学与网络化辅助教学、实验室做实验与网络化虚拟仿真实验相结合、纸质教材与CAI课件相结合，用多样化的教学手段赋予学生更大的学习自主性，充分调动了他们的学习积极性和主动性。

　（3）完善学生课外科技创新体系，将创新实践由课内延伸到课外。学校整合全校资源，建成了智能控制系统实验室、嵌入式系统开发实验室等6个集综合性、先进性、开放性为一体大的学生电类创新实验室。学校为实验室配备科技创新指导教师，实验室的日常运行全部由学生自主管理，向学生全天开放。依托这些科技创新平台，我们以“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛和全国大学生电子设计竞赛为龙头，以国家、省、校、学院四级大学生科技创新项目及教师科研项目为载体，鼓励学生积极开展参与科技创新沙龙、科技节等各类丰富多彩的课外科技创新活动，努力打造系列化、特色化、品牌化的课外科技创新体系。多角度、多层面、大范围资助学生的创新实践，让学生享受到参与科技创新的愉悦，在愉悦的参与中培养学生的实践能力和创新意识。
　　三、坚持问题导向，引导自主探索，积极推进研究性教学
　　研究性教学是以研究解决问题为主线，以充分调动学生的主动性和积极性为前提，以培养学生的探究意识和研究能力为目的的教学模式。它一般由五个基本环节有机组合而成：“设趣与展演”、“指要与自学”、“精讲与答疑”、“研讨与回顾”及“训练与总结”。其中，“设趣与展演”是引导激发学生善学、乐学、会学的前提；“指要与自学”是帮助学生自主、自为、探究的关键环节；“精讲与答疑”是传道、授业、解惑的主要途径；“研讨与回顾”是夯实与深化知识的重要保障；“训练与总结”是知识提升与转化为能力的实践检验。这五个教学环节相对独立、互相依存，形成了一个有机整体，层层深入、环环紧扣，体现了以问题为导向、以引导学生自主探索为重点的现代教学理念。从2006年开始，我们以强化“国家级电工电子实验教学示范中心”的内涵建设为契机，以学生的自主性、探索性学习为基础，在“电子线路”、“电路理论基础”、“自动控制原理”等电工电子基础理论课程推行研究性教学，深受学生欢迎。比如，在“电子线路”课程的研究性教学中，我们将“电子线路”理论教学内容划分为半导体器件及模性、二极管应用电路、集成放大器、电路的频率响应、信号运算及处理电路、波形的产生与变换电路、电子系统设计自动化等13个专题及若干子专题，针对这些专题进行 “五环节”教学。下面以“集成放大器”专题下的子专题“差分放大器”的教学为例加以说明：在“设趣与展演”阶段，首先简要介绍集成工艺的特点，如大电容不宜集成、直接耦合易集成等，引导学生得出集成放大器应采用直接耦合，然后通过PSPICE等仿真软件演示直接耦合放大器在环境温度变化时存在温漂现象，从而引出集成放大器如何克服温漂的问题。在“指要与自学”阶段，提示学生思考克服温漂的可能方法，结合集成工艺的特点找出可行方案——差分放大器，然后指导学生从提高共模抑制比的角度出发，逐步完成由“基本差放”到“长尾差放”最终到“恒流差放”的差分放大器的改进和完善过程。在“精讲与答疑”阶段，对差分放大器的特点、结构和主要技术指标计算等重点、难点及关键之处，或学生自学中存在的其他共性的问题进行精讲与答疑。在“研讨与回顾”阶段，分组讨论差分放大器的特点、结构和主要技术指标的计算方法，让同学们竞相发言、表达观点，形成共识，并可利用PSPICE等仿真软件对“基本差放”、“长尾差放”和“恒流差放”进行仿真比较，引导学生系统回顾有关差分放大器的教学内容，帮助学生梳理知识体系。在“训练与总结”阶段，进行差分放大器的分析计算和差分放大器的设计调试训练，前者就是通常的习题训练，后者在实验室进行，在此基础上，学生在教师的指导下，对有关差分放大器的教学内容进行总结，也可以撰写课程研究论文。
　　研究性教学极大地激发了学生的学习积极性，促进了研究能力和创新精神的提高。我们对近三届全国大学生电子设计竞赛获奖学生的调查结果表明，92%的学生认为研究性教学中的探索过程训练及课程研究论文的写作训练，让他们受益最大，对他们高质量完成竞赛作品起到了非常关键的作用。
　　四、面向过程，突出创新，实施多元化的学生考评体系
　　学生学习效果的考评是人才培养的重要环节，考评方法直接影响教学效果。传统的终结性考评方式，主要是依据一张试卷或一份实验报告来评定学生的学业成绩，直接导致学生格外关注考评结果，忽视学习过程，抑制了学生自主学习、自由探索的积极性，不利于实践创新能力的培养。因此，我们把学生考评体系建设作为深化电工电子基础课程教学改革的重要内容，按照“面向教学过程，重平时表现，重实践能力，重创新思维”的原则，建立和实施总结性考试与过程性考查相结合的多元化考评体系。根据理论课程的目标要求，我们主要采用“随堂测试+课程研究论文”的方式，全面评价学生的学习效果。具体做法是：在课堂教学中，强化诊断性的过程考核，每完成一个知识点的教学任务，随即进行随堂测试，及时了解和反馈学生对已讲授知识的理解和掌握情况，并据此及时调整教学进程，使得教师的教与学生的学同步、协调。同时，在课程学习结束后，学生需要撰写相应的课程研究论文，并将其纳入学习效果评价之中。在课程总评成绩中，随堂测试成绩和课程考试成绩占70%，课程研究论文占30%，对于少量创新性强、具有较高研究水平的论文，其占比最高可以达到50%。
　　针对实验课程教学形式多样、过程复杂的特点，我们采用“平时成绩+实验操作考核+实验报告”的形式，把实验过程的各个环节均纳入考评要素中，从实验态度、能力、结果几个方面进行学习效果的综合评定。在教学过程中，教师通过观察，了解每位学生的实验态度及动手能力；通过提问和讨论，了解学生对理论和实验的掌握程度；通过实验报告，了解学生分析和处理实验结果的水平。在实验成绩中，实验操作占60%，课堂讨论和提问占15%，预习报告占10%，实验报告仅占15%。实践表明，这种考评形式突出强调了实验教学的过程性，有利于引导学生做好、做透、做精每一个实验项目，可以有效地提高实验教学质量。
　　这些改革探索在我校已实施了5年，涉及8个学院39个专业，每年受益学生超过7000名。实践表明，学生的实践创新能力得到显著提升，产生了一批创新实践成果。近五年来，学生在教师指导下申报立项并完成国家级大学生创新实践项目82项、江苏省大学生创新实践项目42项、校级大学生科技创新基金项目211项。在国内外学术会议和学术刊物上发表论文100余篇，在ACM/ICPC国际大学生程序设计大赛、“Imagine Cup”微软全球学生创意大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、全国大学生电子设计竞赛等国内外重要学科竞赛中获奖66项。
　　在教学改革过程中，我们建成了一批优质教学资源。在 “电子线路”和“自动控制原理”课程先后被评为国家精品课程之后，“自动控制系列课程教学团队”和“电子技术基础课程教学团队”获得国家级教学团队称号，1名教师入选国家教学名师，2名教师入选江苏省教学名师，出版国家“十一五”规划教材9部、国防科工委规划教材3部，“信息工程专业”成为国家特色专业。
　　[本文系2011年江苏省高等教育教学改革研究重点项目“研究性电工电子基础实验课程体系的研究与建设”的阶段性成果之一（项目编号：2011JSJG017）]

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