能源与动力工程专业电工学课程教学改革探索

晋艳云 邹彩虹 李兰兰 王秀山

摘  要：为河南农业大学（以下简称“本校”）能源与动力工程专业学生打好电学理论知识和工程技能基础，增厚专业基础，进而拓宽就业范围。该文结合能源领域对复合型、应用型技能人才的需求和本校对能动专业本科生的培养目标，分析本校能动专业本科生对电工学课程的学习要求和目标，并分析课程现状以及课程教学过程中存在的问题。根据以上分析结果，结合新型的教学方法和手段，提出相应的教学改革措施，并应用于教学过程中。此外，根据对“知行合一”的要求，挖掘课程中的思政元素，以达到教学的同时育人的目的。通过以上改进，课程教学效果得到提升，学生对课程理论知识和工程技能的掌握更加扎实，为其就业打下更好的电学基础。

关键词：电工学；能源与动力工程专业；教学改革；课程思政；教学手段

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）21-0120-04

Abstract： The aim of the study is to lay a solid foundation of electrical theory knowledge and engineering skills， enrich the professional foundation， and then broaden the scope of employment for the students of the energy and power engineering specialty of our school. Combined with the demand for compound and applied talents in the field of energy and the training objectives for the energy and power engineering specialty undergraduates of our university， this paper analyzes the learning requirements and objectives of the undergraduates forthe curriculum of Electrical Engineering，and analyzes the current situation of the curriculum and the problems existing in the curriculum teaching process. According to the above analysis results， combined with the new teaching methods and means， the corresponding teaching reform measures are put forward and applied in the teaching process. In addition， according to "knowledge and action should go hand in hand "， the ideological and political elements in the curriculum are excavated to achieve the purpose of educating people while teaching. Through the above improvements， the teaching effect of the course has been improved， and the students have a more solid grasp of the theoretical knowledge and engineering skills of the course， which has laid a better electrical foundation for their employment.

Keywords： Electrical Engineering; energy and power engineering specialty; teaching reform; curriculum ideology and politics; teaching method

电工学是高等院校非电类工程专业本科生必修的专业基础课程，是理论与实践结合，应用广泛的一门课程[1]。在河南农业大学（以下简称“本校”），开设该课程的专业有能源与动力工程、农业建筑环境与能源工程、农业機械化及其自动化、交通运输、机械设计制造及其自动化和食品工程等多个专业。该课程的教学目的：通过本课程的学习，使学生掌握电工电子技术必要的基本理论、基本知识和基本技能，了解电工电子技术的基础应用。能独立应用这些知识分析解决工程实际问题，为后续课程和专业知识的学习以及将来从事工程技术工作打下一定的理论和实践基础，也为自学、深造和创新打下基础。

一  电工课对能动专业的重要性

在本校，电工学课程组由多名教师组成，一名教师主管一个专业，本人所教授的是能源与动力工程专业（以下简称“能动专业”）。本校能动专业对本科生的培养目标是培养掌握能源、热能和动力工程等方面的基本理论和基础知识，具备能量转换与有效利用、可再生能源开发等方面的基本技能，能从事清洁能源生产、可再生能源开发利用、工程设计和优化运行等方面工作的技术技能型人才。电能是我们生活中不可或缺的一种能源，而能源领域人才的重要工作之一就是将石油、天然气、煤、太阳能、风能和潮汐能等多种形式的能源转换为电能。利用太阳能电池可以实现将太阳能转换为电能，太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应[2]，该原理基础即是电工学课程中的一个知识点，由此，基础的电学知识和技能是能动专业学生必须学习掌握的。

近几年，我国多所高等院校的能动专业都是以培养“高素质、强能力、创新型、复合型、应用型”人才为目标的[3-4]，因此更注重对专业基础的增厚，以此来拓宽专业口径，拓宽学生就业范围。电学知识是能源能动领域的基础知识，扎实掌握电工学课程知识内容，对提高学生专业技能，拓宽专业口径，取得更好的发展和成绩是至关重要的。因此，多所高校都将电工学课程设置为能动专业的工程或其他类基础课程[5]。在本校能动专业本科生的培养方案中，电工学课程是核心专业课，由此可见该课程对能动专业学生的重要性。

二  课程现状及存在问题

在本校，电工学课程的课时分配：上部分电工技术理论学时40，实验学时8；下部分电子技术理论学时54，实验学时8。由于课时限制，需要优化教学内容，根据专业要求有选择性地节选部分内容进行学习。电工技术节选的主要内容包括电路分析基础、正弦交流电路、三相交流电路、磁路和变压器、三相交流异步电动机及其控制。电子技术节选的主要内容包括模拟电子技术和数字电子技术。节选优化后的内容相对于课时量来说，依然较多，但若再删减，会导致内容不成体系，更讲不透、学不透。因此，如何在有限学时内取得良好的教学效果，成为了授课老师需要思考并努力去解决的问题。

电工学课程需要在中学物理和数学知识的基础上进行学习，且需要一定的逻辑思维能力。但在多年的授课过程中发现存在以下问题：①部分同学基础较弱，甚至不记得中学曾学过相关内容，因此不得不在有限的课堂时间去补充中学知识。②部分同学有一定的思维惯性，难以接受对以前所学知识的补充内容。例如，对于电压、电流参考方向问题虽然能够理解，但在使用欧姆定律时，还是习惯性的像中学一样，不考虑方向问题，不区分电压电流参考方向是否关联，就直接用U=IR；在使用KCL、KVL定律时，经常不标注参考方向，导致题目分析计算错误。③部分学生对课程的重视程度不够，课下不预习、不复习，对于多次强调的重难点内容在后续课程中用到时仍然无法实现知识点的贯通，导致更加难以理解新的内容。例如，电路的基本定律没有完全掌握，导致无法理解某些电路分析方法。此外，在学习正弦交流电路之前便会布置复习复数四则运算的学习任务，但很多学生并不重视，因此在进行相关内容学习时就需要占用上课时间去补充，使得本就少的课堂时间更加紧张，影响课程学习效果。由于以上问题，导致课程教学效果较差，学生学习质量不高。因此，针对电工学的课程教学过程，有必要采取相应的改革措施以实现教学质量的提高。

三  教学改革措施

（一）  改进教学手段和方法

为了在有限的学时内取得良好的教学效果，除了要优化教学内容之外，还需要采取更有效的教学手段和方法。

在教学过程中，理论课上采用了五星教学法[6]，在“聚焦解决问题”的教学宗旨下，不断重复四阶段循环圈——“激活原有知识”“展示论证新知”“尝试应用练习”“融会贯通掌握”，以提高教学效果，使得学生能够扎实掌握知识点，掌握其在工程中的应用原理和方法，并能够运用所学知识解决实际工程问题。理论课按照图1所示思维导图进行教学设计，主要包括课前、课上和课后三个方面。

图1  理论课课堂设计思维导图

课前，教师在备好课程内容的基础上，进行课堂教学设计，以便合理利用45分钟的课堂时间，把握课堂进度，充分调动学生学习积极性和主动性，提高学习效率，达到更好的教学效果，同时减少学生为掌握所教授内容而占用的课下时间。学生要做的是完成前一节课教师留下的预习任务，预习本节课内容，并提出关于知识理解或应用方面的疑问或问题。

课上，以学生通过预习或生活所见提出的问题为导向开展本节课内容，如果学生没有问题，那么老师抛出问题，引导学生对本节课的内容或工程中的情景進行思考，让学生能够有所思、有所想，带着问题来学习新的内容，充分激发学生学习积极性，即为学生“指引方向”，并“激发动机”。

开展本节课内容讲解时，首先回顾上节课主要内容，“激活原有知识”，进而引出本节课程内容。在教学过程中，始终坚持以学生为中心，新知识的讲解采用“协同合作”和“多向互动”的方式进行。讲课过程中不断地提出问题或引导学生发现问题，让学生进行回答或通过进一步的学习来找到答案，时时确认学生的掌握程度，同时使得学生紧跟知识点的逻辑。对于重要且容易混淆的基本概念进行重点讲解，并反复强调。完成知识点讲解后，教师提出问题或给出练习题，学生回答或解答，并进行讲解，介绍自己的分析解题思路，教师针对学生回答或解题过程中存在的问题或不足进行指正、补充，并总结。这样不仅可以加强学生对知识的理解和掌握，还可以在课上及时暴露出问题，进而补充或纠正问题，做到本节知识本节掌握。如果课前有提出工程问题，那么在学生掌握知识点之后，会回归到问题上来，以本节课学习的知识来解释工程案例中的工作原理。例如，在学习到串联谐振内容时，会引入电台选频道的案例。学完理论知识后，回到该问题，根据串联谐振电路特点来解释电台是如何实现选频的。从而做到“有问题，有回应”，完整学习本节内容，并能够运用所学知识解释生活中的问题或现象，达到“学以致用”的目的。引入工程或生活中的实例，不仅可以将理论和实践有效结合起来，还可以大大提高学生的学习兴趣和积极性，这对于教学效果的提高是非常显著的。教学过程中还注重对知识的归纳总结，电工学课程虽然内容繁多，但比较系统，多归纳总结，将知识点有机串联起来，使得学生能够将不同章节的知识点融汇贯通，找出共同点、不同点和逻辑关系，可以有效提高学生对该课程的学习效率和效果，从而更扎实地掌握知识。课上通过不断重复以上四阶段循环圈，解决学生的问题和疑惑，让学生在“领悟—困惑—领悟”中掌握知识。

此外，在学习一些适合做仿真模拟的知识点时，会提前准备好仿真实验视频或动图，随知识点展示给学生，可以让学生在第一时间即对该知识点有更直观的认识和理解。还可以结合实验讲授概念和原理，比如在学习叠加定理理论知识时，先设计一个实验，让学生通过观察实验数据和元器件引出叠加定理的内容和适用范围。

课后，会进行作业练习，巩固课上所学知识。在课后练习或复习过程中，学生对知识点有疑问或疑惑时，可以随时在学习通或微信群进行提问，其他已掌握的同学可以回答别人提出的问题或大家进行讨论，打破传统的单向传输式教学模式，同时也给学生提供了互学互助的平台和机会。若大家都不理解，那么教师在思路上进行引导，引导学生思考，进而回答出自己提出的问题或疑惑，加深印象，扎实掌握知识点。

实验课按照如图2所示思维导图进行课堂设计，主要包括实验室实际操作和模拟仿真两个方面。

电工课程开设有实验课，实验教学安排是教师先进行演示、讲解，之后学生分组按照实验指导书上的实验步骤进行实践操作，记录实验数据并分析结果。学生通过在实验室进行实际的连线、测试、验证等操作，可以实现学习由单纯的理论学习向理论和实践相结合的跨越，使得学生更直观地认识实际的电路元件和设备，理解实验每一个步骤的深刻含义，掌握各个模块的内在联系。通过实验，可以实现将所涉及的知识点与实验操作和结论联系在一起，形成一套完整的知识体系，加深学生对理论知识理解的同时，培养其工程实践能力。

在实验操作过程中，由于学生多，课时少，老师很难做到亲自指导每一个学生完成整个实验，因此会采取“互帮互助”的方法。让对知识掌握较好、优先完成实验的同学充当教师的角色，指导有疑惑、有疑问的学生，待其学会之后再去指导其他需要帮助的同学。对于充当教师角色的学生，既可以巩固知识，又可以提升表达能力。对于被指导的学生，则可以切实掌握理论知识和实验技能。整个实验过程，对学生来说，不仅可以掌握知识和技能，还可以提升个人能力和同学间的友谊；对教师来说，既实现了教书的目的，也达到了育人的效果。

此外，由于实验课时和条件有限，目前实验室只能开展验证性实验，且实验项数有限，学生无法将所有理论知识点进行实验，更无法自行设计实施实验，这在一定程度上限制了学生主观能动性的发挥，也不利于学生创新能力的培养。此外，学生只能按照实验指导书上的实验步骤“按部就班”地进行操作，而且要几个人共用一台实验设备，使得部分学生实际操作积极性不高[7]，只是等在旁边记录数据和结果。针对此问题，建议学生通过仿真软件来进行实验的设计和仿真，虽然无法达到实验室实际操作的学习效果，但基本可以满足学生自行设计、完成实验的需求，且每个学生都可以独立进行实验，提高了学生的学习积极性和学习效果，同时也提升了学生自我学习能力，使学生的电学理论水平和实践创新能力更符合专业需求。

（二）  建设线上课程

目前，基于在线课程的线上线下混合式教学方式成为了教学改革的一个重要措施，此方式有效突破了传统课堂教学方式的局限性，有效提高了教学效果。本校电工学课程组借助超星学习通平台建设了线上课程，课程资源不仅包含大纲所要求的所有知识点的视频课程，还包括了经典例题讲解视频和课后习题等。

基于课程在线学习资源，学生可以利用课下的碎片时间，进行自主学习。可以提前预习，对于不理解的部分课堂上再认真听讲，加强学习效果，也可以进行课后复习，查缺补漏。理论课后教师可以在平台发布相应内容的课后练习题，学生做完题目提交之后，可以查看参考答案及解析。教师可以通过查看后台统计数据和习题完成情况，了解学生学习情况，对于习题错的较多，又没有或很少通过在线视频课程进行学习的同学，可以督促其进行学习；对于在做习题中出现的共性问题，教师可以在课堂上进行再次讲解。此外，还可以通过平台进行知识分享、问题讨论和问卷调查等，既可以提高学生学习积极性，又可以增强同学和师生之间的互动，有助于建立良好的师生关系，营造良好的教学人文环境，进而提升教学育人效果。

（三）  提升个人能力

电工学是一门综合了多门课程的科目，内容较多，所以在压缩的时候难免有些知识点没有详细说明来源就直接给出了结论，容易导致学生无法理解，影响后续内容的学习。因此备课过程中不仅认真学习掌握指定教材和配套资料内容，还根据需要翻阅电路、电气控制、模拟电子技术和数字电子技术等其他相关书籍和资料，去分析梳理每一个知识点，理清每个知识点的出处及其与其他知识点的逻辑关系，理解透知识点，再有的放矢地去教授给学生。此外，刻意将课程时间安排成与老教师不冲突的时间，以便去听课学习。从开学的第一节课听到最后一节，巩固课程内容，注意对重难点的把握，并学习其讲授方式以及对课堂节奏和学生的把握。每次听课之后，会重新再学习梳理一遍相关内容，并综合教材、课件、参考资料和听课记录整理教学教案，认真对待每一个知识点，每一堂课，每一个学生。

在假期，会积极地参加课程相关的名师讲堂会议，深入学习课程内容的同时，学习名师如何从更高的层次把握内容。其次，还积极参加学院学校组织的教学技能大赛，在比赛中学习、磨砺，在磨砺中成长，提高自己的讲课能力。最后，积极参加教学技能培训会议和讲座，学习先进的教学技能和方法，并选择适合该课程和学情的方法优化应用到教学过程中。

四  课程思政，知行合一

习近平总书记在2022年春季学期中央党校（国家行政学院）中青年干部培训班开班式上的重要讲话中指出，“要坚持理论和实践相结合”[8]，做到“知行合一”。

对于电工学课程的学习，更是如此，要将理论和实践紧密联系在一起，用理论知识去指导实践，以实践中得到的结论来深化对理论知识的理解和掌握，并推动理论知识的发展。掌握知识中蕴含的道理、学理和哲理，做到知其言更知其义、知其然更知其所以然。该课程的教学过程中，时刻注重知识技能和能力素养并重，教授学生知识的同时，还注重培养其电学思维和工程实践能力，将学生培养成为懂理论、会实践、会创新的新工程人才。教学过程中，始终坚持教学的同时育人的理念，培养学生的爱国情怀，让学生站在国家战略的高度去学习该课程，为我国能源事业的发展贡献力量，将知和行之间的“连接线”连紧、连实。

五  结束语

结合学生专业对电工学课程的学习要求和具体学情，以学生为中心，以提高教学效果为目标，有针对性地提出了一系列课程改革措施，主要包括改进教学手段和方法，注重理论和实践相结合，建设线上课程，提升个人的教学能力。通过以上方法，在一定程度上提高了学生对电工学课程的学习积极性和学习效果。学生对电工学课程的理论知识和实践技能掌握的更扎实，具备了一定的工程实践创新和解决问题能力。这使得学生更加符合专业需求，也更有利于我国能源事业的发展。

参考文献：

[1] 仲伟博.电工电子技术课程的教学实践[J].电子技术，2021，50（12）：108-109.

[2] 王国强，王锋，石万元，等.面向能动类本科生的新能源发电综合实验设计[J].电子基础，2018，21（28）：81-83.

[3] 陈从平，徐翔，余万.能源动力类专业应用型人才培养模式改革探索——以三峡大学为例[J].科技视界，2015，17（24）：37.

[4] 曾晰.能源与动力工程专业课程实验教学模式与考核方式改革[J].大学教育，2019（9）：52-54.

[5] 颜应文，李建中，何小民，等.基于工程教育专业认证的能动专业课程体系优化[J].科技创新导报，2015（24）：194-196.

[6] 盛群力，魏戈.聚焦五星教学[M].福州：福建教育出版社，2015.

[7] 白洁，曹建安，汤晓君，等.工程教育认证背景下测控专业课程实验教学方法探索与改革[J].高教学刊，2021（30）：113-116.

[8] 习近平在中央黨校（国家行政学院）中青年干部培训班开班式上发表重要讲话[N].新华社，2022-03-01.