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摘 要：基于新工科背景下的人才培养要求，提出了对机械专业电工电子技术课程理论与实践深度融合教学方法， 通过实验课堂、仿真课堂以及电工电子前沿技术应用案例的多媒体展示教学，让学生在实践中更深刻地理解理论知识，具备更强的动手能力和拓展创新能力，为其以后的工程实践及科学研究打下基础。
关键词：电工电子技术；融合式教学；实验课堂；仿真课堂
本文引用格式： 屠毅 , 等 . 新工科背景下电工电子技术理论与实践深度融合教学探讨 [J]. 教育现代化 ,2020,7(32):177-180.
deep Integration of theory and practice teaching methods of electrical and electronic technology under the background of New engineering disciplines
Tu Yi, WANG Liang, LIu Qi-yuan
(Mechanical Engineering College Hunan university of Arts and Science, Changde Hunan)
Abstract: Based on the requirements of personnel training in the background of new engineering disciplines, this paper puts forward the teaching method of deep integration of theory and practice in the course of electrical and electronic technology for mechanical specialty. Through the experimental classroom, simulation classroom and Multimedia display teaching of application cases of electrical and electronic leading-edge technology, the students can understand the theoretical knowledge more deeply in practice, have stronger practical ability and expand innovation ability, which provides basic capabilities for their future work and scientific research.
Key words: Electrical and electronic technology；Integrated teaching；Experimental class；Simulation class
一 引言
我国经济发展正处于结构调整和转型升级的关键时期，以大数据、云计算、物联网等为核心的新一轮科技和产业革命 [1]，工程的“新业态”也对人才培养升级提出了相应的需求，为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展等一系列国家战略，教育部积极推进新工科建设，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式。
针对新工科背景下电工电子技术这门课程，江苏省南京工程学院工业中心谢家烨等人 [2] 从新工科的观念出发，提出建立满足新工科特色的教学改革方案，以适应新时代的发展与要求。并提出电工电子技术类课程统一的教学，有针对性的项目化教学以及多种教学手段的综合应用来进行相应的教学改革调整。长沙理工大学姜飞等人 [3] 分析了电工电子技术这门课程与“ 新工科”建设的关系。提出了新工科背景下以培养“ 新工科”人才为目标，强化专业特色教育，采用多样化的教学方式，积极开展课程创新教学、社会实践、科技服务等，促进不同专业学生的工程实践能力和专业认知能力提升。北京科技大学薛燕[4]等人提出，针对电工电子技术这门程，结合新工科人才培养的契机，通过线上学习和课堂教学相结合的混合式教学方法进行课程的改革，使学生能够从根本上改变学生的学习思维方式， 培养学生为主体的学习能力、问题解决能力、实践动手能力和合作沟通能力。王娟等人 [5] 针对互联网时代对电工电子技术课程教学提出了新的挑战和要求 , 以培养出既有过硬基本技能 , 又具有创新能力的高技能人才。重庆文理学院王俊 [6] 等人针对“新工科”背景下非电类工科专业《电工电子实训》课程教学进行了改革探索，提出构建实践性教学新模式， 以调动学生的主观能动性，创新实训内容，以体现“ 新工科”人才培养的要求。
基于新工科背景下人才培养目标，针对电工电子技术在机械工程专业的应用背景，探索机械专业“电工电子技术”课程融合式教学方法，将理论与实验教学深度融合，将当前的新产品新技术与大学课堂相融合，更加有利于我国高等教育改革提出的“工程教育与产业发展紧密结合、相互支撑”的理念， 更益于培养出适用于国家战略发展新需求的复合型 新工科人才。
二 新工科人才需求与课程培养目标
新工科是高等学校专业设置中的新工科专业， 是高等教育主动适应人类社会从工业文明逐步进入信息文明社会对人才需求的转变，其包括大数据、云计算、人工智能、区块链、虚拟现实、智能科学与技术等相关工科专业；还包括利用信息技术、智能制造、机器人等用于传统工业方法升级改造的工科专业。新工科人才培养需要通识教育、学科交叉融合和跨界培养。更进一步的，在新工科建设中， 高校应该从学科导向转为行业导向，要从传统知识驱动向应用驱动转变思想，这就需要高校与行业、企业紧密沟通，改变人才培养节奏。
高等院校培养学生的工程能力具有一定局限性， 学校单主体的教育模式在工程教育方面存在先天不足 [7]， 这一方面因为学校绝大部分教师并无国家高新产业相关企业的工作背景，对其相应的人才知识结构及基本技能需求理解还有待提高，在另一方面， 仍然沿用传统教材，传统的教学方法以及传统的教学手段，对于新领域、新技术和新知识接触太少， 使得当前高校毕业学生跟企业的实际需求偏差很大， 在上岗之后，企业仍需要大量的精力去进行再次培养和培训。
三 融合式教学方法
机械专业电工电子技术是一门重要的技术基础课程，其不仅应具备基础性和应用性，更加需要具备先进性，要为学生毕业后从事与本专业相关的工程技术工作和科研工作打下理论以及实践基础。
针对上述传统教学方法下人才培养的现状，本文针对机械专业电工电子技术这门课程提出理论实践深度融合的教学方法，旨在让学生尤其是理论基础薄弱的非电专业的学生，能够更加深刻地理解电工电子技术在机械设备、机械制造中的应用，能够接触到电工电子方向最前沿的技术和产品，加深其对课程的兴趣以及机电融合拓展创新的能力。
（一） 实验课堂教学
现有的理论教学与实验以及实践教学存在一定的独立性，对于绝大部分的普通高校理论教学投入的学时比例远大于实践教学，且没有对实践教学起到直接的指导作用，学生将两种类型课程当成两门独立课程看待，减少了课程中的相互融合，降低了教学效果。通过笔者所在学校机械专业的学生实验与实践的情况来看，学生们对于课堂上讲解的理论部分的内容和实物几乎无法自行关联，尽管课堂上会提供一些多媒体图片和视频进行讲解，但远达不到让其直接接触实物的效果，进入实验室后对于相关产品非常陌生，教师仍需要对着实物重新进行原理和功能讲解。而机械工程专业着重于培养机械相关工程人才，该专业电工电子技术课程更偏重应用基础而非理论基础。因此机械专业电工电子技术课程的理论课时比例太高，很容易导致学生将其主观上转换为一门应试课，只关注重点和考点，不关注课程的应用，对课程的兴趣度大幅降低，掌握的内容往往会停留在书本上和公式上，无法和实际产品相结合，违背了这门课的初衷。
所谓实验课堂教学，建议将理论课堂搬到实验室，让学生对着实物上课，并大幅提高该门课程实验课时占比，如图 1 所示国内外知名高校机械工程专业实验课时占比情况可以看出，国外知名高校都非常看重学生的实践能力，MIT 的实践课程占比达到了40%，值得注意的这还是整个专业所有课程实践部分的总占比，其中还包括了大量的纯基础理论课，对于其他更注重实践的课程其占比可能更高。此外为了保证在减少理论课时的情况下不影响教学进度，部分章节的理论知识可以自学或任务式作业的形式布置给学生，通过集中答疑解决自学过程中的难点。通过上述方法，综合调控实验课堂占比，在保证教学效率和进度的情况下，让学生在实验中掌握理论知识，更加直观地了解其原理和主要应用方向。
图 1 国内外四所高校机械工程专业本科实践课程的占比情况
（二） 仿真课堂教学
对于绝大部分的普通高校，尤其是其机械专业， 非常现实的问题就是电工、数电和模电相关的教学实验资源无法完全满足纯粹的实验课堂教学，如部分实验的仪器设备不具备条件装配到每人一套，抑或是无法承担实验设备和耗材过大的损耗。此外， 全实物实验的效率非常低，以低压控制电路为例， 在实验室用实物搭建一个电机控制电路需要 1-2 个学时，如果所有类型的低压控制电路均在实验室做一遍，课程进度上肯定是无法接受，而使用仿真平台来做，学生熟练后一个控制电路仅需要 10 分钟左右即可完成，而各种低压控制电路的基本控制器件是相同的，完成一个电路的实物实验，其余的使用仿真平台，可在保证进度的同时又满足学生实践的需求。另一方面，仿真技能未来工程技术人才必备的技能，仿真软件的使用，能够快速、轻松、高效地帮助工程师对电路进行设计和验证，仿真实验也可作为实物实验的前置实验，让学生在进行实物接线前，提前熟悉电路的结构和工作原理，验证电路设计正确性，为实物实验做好准备。因此根据实际的教学条件和教学进度，教师可选择将部分实验转换为仿真课堂教学，这一部分教学可以在计算机房或是在普通的多媒体教室完成，以保证教学效率的同时也能兼顾学生实践能力培养和提升。当前市场上关于低压控制电路、模拟电路和数字电路的仿真软件比较丰富，建议挑选其中易上手且界面简洁直观的作为教学软件，图 2 和图 3 分别为基于 Multisim 软件共射极放大电路仿真实验界面和基于 CADe_ SIMu 软件低压控制电路仿真实验界面。此外，仿真软件存在一定的学习成本，建议课程相关的仿真实验基于同一软件平台开展。根据笔者所带班级的实际教学情况来看，仿真课堂教学对于学生关于课程内容掌握的深度以及兴趣度均有很大的改善。
图 2 基于 Multisim 软件共射极放大电路仿真实验
图 3 基于 CADe_SIMU 软件低压控制电路仿真实验
（三） 前沿技术应用案例的多媒体展示教学
未来的产业技术发展变革，机械是无法脱离电而存在的，电工电子技术作为机械专业技术基础课程，其目的是让机械类学生掌握电工电子技术的基础知识基本技能，为其今后的工程技术工作和科学研究打下一定的基础。而脱离了专业背景的电工电子技术，缺乏差异化教学和特性化教学，缺乏前沿产品应用案例，学生无法对这门课程产生深刻的理解，更加不利于日后的工程技术应用。当前的电工电子技术教材仍以基础理论为主的通用教材，有部分经典的应用案例介绍，但总的来说关于最新的技术和产品介绍少之又少，且大部分都是点的介绍， 具体的在机械控制、机械制造及先进智能制造等领域设备级应用案例介绍更少，导致学生的认知也停留在分散的点上，无法对他们所学的东西形成全面的认知。另一方面，在电子信息化技术和智能装备高速发展的当下，在日常的生活中，学生就可以接触到大量最新科技的产品，部分兴趣面广的学生甚至已经通过网络和媒体了解一些产品和技术最新状态，如果教学课程无法跟上，仍使用教材上陈旧产品和技术案例进行举例，会使之对课程的兴趣大大降低，并一定程度上抑制其未来的创新能力。因此， 在这门课程的课堂上，教师积极收集一些最新技术的应用案例，并与知识点相融合，以图片、动画、视频甚至于实物等方式进行展示，对于学生的思维拓展，视野开阔以及知识理解的深度都会有非常积极的作用。
四 结论
新工科背景下的人才培养要求从学科导向转为行业导向，从传统知识驱动向应用驱动，人才培养要面向工程，具备更全面的工程实践能力和专业认知能力，针对此需求，机械专业电工电子技术课程教学不能继续停留在以基础理论教学为主，而应与实践深度融合，结合多样化融合式的教学手段，让学生在实践中更深刻地理解理论知识，使之具备更强的动手能力和拓展创新能力，为其以后的工程实践及专业科学研究打下基础。
参考文献
[1]吴爱华 , 侯永峰 , 杨秋波 , 等 . 加快发展和建设新工科 , 主动适应和引领新经济 [J]. 高等工程教育研究 , 2017(01):7-15.
[2]谢家烨 , 徐国峰 , 胡胜辉 .“新工科”背景下非电类工科专业电工电子技术类课程教学改革探索 [J]. 科学咨询 ( 科技·管理 ), 2018, (07):146.
[3]姜飞，陈元新，李平，等 . 新工科背景下《电工与电子技术基础》课程教学思考 [J]. 教育教学论坛 ,2018(48):202-203.
[4]薛燕 , 陈静 , 王宏 . 新工科背景下混合式教学在电工电子技术课程中的探索 [J]. 教育教学论坛 ,2019(07):152-153.
[5]王娟 . 新形势下电工电子技术课程教学改革的探讨 [J]. 西部素质教育 ,2018,4(01):211+213.
[6]王俊 , 陈文波 , 蒲勇 , 等“. 新工科”背景下非电类工科专业《电工电子实训》课程教学改革探索 [J]. 科技视界 ,2017(22):25+24.
[7]赵瑞 , 张欣 , 宗晓萍 . 新工科愿景下地方综合性大学校企协同人才培养探索与实践——以河北大学自动化专业为例 [J]. 中国教育技术装备 ,2019(04):66-68+73.
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