電氣工程基礎(chǔ)課程專題模塊化教學(xué)改革

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本文分析了電氣工程專業(yè)基礎(chǔ)課常規(guī)教學(xué)存在的問題，從教學(xué)內(nèi)容專題化、專題教學(xué)設(shè)計(jì)立體化和專題教學(xué)實(shí)施方法多樣化方面探索了專題化教學(xué)改革的模式。通過專題化教學(xué)，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)了學(xué)生對理論知識的理解能力，提高了學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。電氣工程專業(yè)基礎(chǔ)課的內(nèi)容通常比較抽象，涉及很多數(shù)學(xué)知識和物理概念，因此大部分電氣工程專業(yè)基礎(chǔ)課是較難學(xué)又難教的課程。專題模塊化教學(xué)方法是一種新的教學(xué)方式的嘗試。在打破原有教材章節(jié)體系的基礎(chǔ)上，根據(jù)教學(xué)大綱和學(xué)生實(shí)際情況，對教材內(nèi)容進(jìn)行重新整合，將其劃分為相對獨(dú)立且彼此關(guān)聯(lián)的若干專題，再由一系列工程問題將專題內(nèi)容前后串聯(lián)，逐層引發(fā)學(xué)生積極思考，提高學(xué)生解決工程問題的能力，帶領(lǐng)學(xué)生深層次思考和探究，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。

一、電氣工程專業(yè)基礎(chǔ)課常規(guī)教學(xué)存在的問題

1重理論方法，輕實(shí)踐問題

大多數(shù)電氣專業(yè)基礎(chǔ)課都是以數(shù)學(xué)作為核心內(nèi)容，如《信號與系統(tǒng)》中的微分方程的求解、傅里葉變換、拉氏變換、Z變換，《自動(dòng)控制原理》中的傳遞函數(shù)的求解、根軌跡的畫法等，對于初學(xué)者來說，很容易讓學(xué)生忽略了理論方法中的物理含義，而過于注重?cái)?shù)學(xué)過程。而且大多數(shù)電氣專業(yè)基礎(chǔ)課教材都側(cè)重于數(shù)學(xué)推導(dǎo)，缺乏引導(dǎo)解決實(shí)際問題的案例，一些老師在講課過程中，也過于強(qiáng)調(diào)公式的推導(dǎo)和證明，使得學(xué)生誤認(rèn)為這些課程為“數(shù)學(xué)課”，從而望而生畏，也感覺學(xué)習(xí)這些課程解決不了多少實(shí)際問題。

2教材內(nèi)容分散，教學(xué)方法陳舊單一

電氣工程專業(yè)基礎(chǔ)課的內(nèi)容通常比較抽象，涉及較多的物理概念和數(shù)學(xué)知識，大多采用以講授為主的灌輸式課堂教學(xué)模式。這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式難以突出重點(diǎn)、難點(diǎn)，教材內(nèi)容分散，很難將知識點(diǎn)關(guān)聯(lián)起來，學(xué)生反映理解起來很困難，一旦碰到實(shí)際工程問題，往往不知道如何下手，不利于提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，許多學(xué)生仍采用死記硬背的方式學(xué)習(xí)，達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維能力的目的。

二、專題化教學(xué)模式建設(shè)

專題化教學(xué)以課程內(nèi)容為引導(dǎo)，選定專題切入，啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題，所以專題化教學(xué)必然要經(jīng)過挑選專題、準(zhǔn)備專題、實(shí)施專題、深入（引申）專題和總結(jié)專題多個(gè)階段，每個(gè)階段需要把握的要素各有側(cè)重。

1教學(xué)內(nèi)容專題化

專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課都具有邏輯性、條理性和連貫性，許多課程知識點(diǎn)之間既有聯(lián)系，又相對獨(dú)立，具備這種特點(diǎn)的課程都適合開展專題教學(xué)和討論，但不是每一個(gè)知識點(diǎn)都適合作為專題來教學(xué)。適合作為專題的知識點(diǎn)必須具備以下特點(diǎn)：（1）具有明確的物理含義和數(shù)學(xué)機(jī)理；（2）具有廣泛的工程價(jià)值和應(yīng)用；（3）是教學(xué)大綱中需要重點(diǎn)掌握的內(nèi)容；（4）專題內(nèi)容大小適中，專題內(nèi)部自成體系。以《信號與系統(tǒng)》為例，傅里葉變換的頻移性質(zhì)就可以作為一個(gè)專題。傅里葉變換的頻移性質(zhì)具有明確的物理含義——頻譜搬移，在實(shí)際中具有廣泛的應(yīng)用，如調(diào)制、解調(diào)、復(fù)用等，在電氣工程專業(yè)中，電力線載波通信也是傅里葉變換的頻移性質(zhì)的應(yīng)用。傅里葉變換的頻移性質(zhì)是需要重點(diǎn)掌握的內(nèi)容，在《信號與系統(tǒng)》濾波器分析、調(diào)制解調(diào)應(yīng)用都需要用到這個(gè)性質(zhì)。根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)大綱精心挑選專題，是通過工程問題引導(dǎo)學(xué)生對專業(yè)知識進(jìn)行思考、深入探索和創(chuàng)新的前提，是專題化教學(xué)的關(guān)鍵。

2專題教學(xué)設(shè)計(jì)立體化

大多數(shù)電氣專業(yè)基礎(chǔ)課教材都側(cè)重于數(shù)學(xué)推導(dǎo)，若課堂教學(xué)仍以數(shù)學(xué)推導(dǎo)為主要內(nèi)容和方法，會(huì)導(dǎo)致講課內(nèi)容枯燥，講課方法不生動(dòng)，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的動(dòng)力和興趣。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，理解枯燥的數(shù)學(xué)機(jī)理的物理含義，在專題教學(xué)設(shè)計(jì)方面要立體化。一要為每一個(gè)專題設(shè)置工程導(dǎo)入環(huán)節(jié)。針對專題的知識點(diǎn)，建立實(shí)際工程應(yīng)用背景，提出經(jīng)過簡化后的具體實(shí)際問題，引導(dǎo)學(xué)生深入思考。二要為具有繁雜數(shù)學(xué)機(jī)理的專題提供簡單明了的數(shù)學(xué)推理過程，突出數(shù)學(xué)機(jī)理的物理含義。三要為專題設(shè)計(jì)多種教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)形式，如動(dòng)畫分解、圖形語音對比、視頻知識拓展等多種形式，讓課堂生動(dòng)不枯燥，使專題內(nèi)容易于理解、印象深刻。四要為專題設(shè)計(jì)隨堂知識點(diǎn)練習(xí)和總結(jié)。隨堂知識點(diǎn)練習(xí)設(shè)計(jì)要精巧，有層次，特別要設(shè)計(jì)容易混淆的知識練習(xí)。而總結(jié)是需要學(xué)生們在理解的基礎(chǔ)上，將教學(xué)內(nèi)容重難點(diǎn)進(jìn)行歸納，使知識系統(tǒng)化。五要為專題間設(shè)計(jì)好過渡及聯(lián)系，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性為各專題繪制知識圖譜，認(rèn)識到各個(gè)專題知識之間的聯(lián)系，做到融會(huì)貫通，靈活應(yīng)用。

3專題教學(xué)實(shí)施方法多樣化

教師課堂講解、學(xué)生課后復(fù)習(xí)和練習(xí)的傳統(tǒng)教學(xué)方法，雖然能鞏固課堂教學(xué)內(nèi)容，促使學(xué)生掌握理論知識，但是不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性、難以激發(fā)學(xué)生探索科學(xué)問題的熱情，因?qū)ｎ}相對獨(dú)立且彼此關(guān)聯(lián)，所以可以采用多樣化的教學(xué)方法進(jìn)行探索和實(shí)踐。引入翻轉(zhuǎn)課堂。專題教學(xué)中的每個(gè)專題內(nèi)容適中，卓越工程師班是以小班教學(xué)為主，適合翻轉(zhuǎn)課堂激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。將學(xué)生分成多組，每組挑選一個(gè)教學(xué)專題，為每組專題預(yù)先引入問題，學(xué)生課前預(yù)習(xí)后，到講臺上講解本專題中的基本知識、針對性回答引入問題，并闡述在學(xué)習(xí)過程中遇到的難以理解的問題，引入課堂討論，重在啟發(fā)、引導(dǎo)、激發(fā)學(xué)生的思維。這樣既可以讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)教學(xué)專題的內(nèi)容，鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力和表達(dá)能力，讓學(xué)生參與到教師的課堂教學(xué)中來，又可以暴露出學(xué)生難以理解的問題，教師和學(xué)生可以通過討論來重點(diǎn)講解這些問題。移入工程問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)。在教學(xué)中針對某一具體知識點(diǎn)，建立實(shí)際工程應(yīng)用背景，提出經(jīng)過簡化后的具體實(shí)際問題，引導(dǎo)學(xué)生深入思考,應(yīng)用本專業(yè)課程中的知識點(diǎn)去進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，然后進(jìn)行理論分析，解決實(shí)際工程問題，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動(dòng)和發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。增加前沿問題調(diào)研環(huán)節(jié)。為引導(dǎo)學(xué)生了解和跟蹤學(xué)科發(fā)展方向，增加了學(xué)科前沿問題調(diào)研環(huán)節(jié)。此環(huán)節(jié)允許學(xué)生結(jié)合個(gè)人興趣，查找信號處理、電力信息、網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域當(dāng)前熱門的研究課題。調(diào)研環(huán)節(jié)不局限于電力系統(tǒng)專業(yè)，不局限于專業(yè)基礎(chǔ)課書本上的知識，通過演講和討論的形式，組織學(xué)生相互交流，拓展知識面。調(diào)研環(huán)節(jié)能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和調(diào)研能力，培養(yǎng)報(bào)告撰寫、展示匯報(bào)等基本技能。采用“雨課堂”教學(xué)方式構(gòu)建互動(dòng)教學(xué)氛圍。采用“雨課堂”教學(xué)方式，任課教師可以將帶有慕課視頻、習(xí)題、語音的課件推送到學(xué)生手機(jī)，課堂上實(shí)時(shí)答題、彈幕互動(dòng)，讓學(xué)生及時(shí)反饋，做到課前—課上—課后每一個(gè)環(huán)節(jié)師生溝通互動(dòng)。

三、結(jié)語

本文結(jié)合卓越工程師試點(diǎn)班學(xué)生的實(shí)際情況，闡述了專題化教學(xué)改革的過程，從教學(xué)內(nèi)容專題化、教學(xué)設(shè)計(jì)立體化、教學(xué)方法多樣化三個(gè)方面進(jìn)行論述。在教學(xué)內(nèi)容上，精心挑選專題，突出物理意義和工程應(yīng)用；在教學(xué)設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)工程問題導(dǎo)入、簡化數(shù)學(xué)推導(dǎo)、呈現(xiàn)方式多樣、建立專題間知識導(dǎo)圖；在教學(xué)方法上，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀學(xué)習(xí)能力，引入翻轉(zhuǎn)課堂，前沿學(xué)科的調(diào)研環(huán)節(jié)，采用“雨課堂”構(gòu)建互動(dòng)教學(xué)氛圍，培養(yǎng)學(xué)生的各方面能力。

作者:楊玲君 王靜 秦亮 馬莉萍 單位:武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院 武漢大學(xué)電氣與自動(dòng)化學(xué)院