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摘要:文章介绍了CDIO的内容和可供其他院校借鉴的五个方面的教学经验,并如何分析利用现代教育技术把国际化的CDIO高等工程教育理念应用于电路课程的教学实践中,实现教育过程的最优化。
关键词:电路;改革;CDIO;工程教育
作者简介:张国平(1969-),男,江西南昌人,江西师范大学理电学院,讲师,通信与信息系统专业硕士,主要研究方向:电子技术应用与教学研究;付贵阳(1980-),男,江西高安人,江西师范大学理电学院,讲师,工学博士,主要研究方向:GPS导航。(江西 南昌 330022)
基金项目:本文系江西师范大学教学研究基金(项目编号:2009032)的研究结果。
“电路”课程作为电气专业学生接触的第一门专业基础课,在激发和培养学生对本专业的兴趣和自主学习的能力方面有举足轻重的作用。目前,“电路”课程教学的基本情况是主要通过理论学习来培养学生分析和计算方面的能力,虽然也开设了一些电路实验课程,但总体上缺乏对工程应用能力的培养。如果教给学生的仅仅是一些基础理论和基本的计算方法,那么最后将导致部分学生不知道如何把理论知识和工程应用结合起来,甚至对一些比较抽象的电路概念也无法理解。这和我们国家提倡的培养自主创新能力的目标相去甚远,也正是在电路课程的工程意识教学中所要适当补充的地方。
一、关于“电路”课程教学体系改革的思考
目前,国际化的CDIO高等工程教育模式已经逐渐影响到我国各大高校工科的教育理念。CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate)代表着构思-设计-实施-运行,[1]它是由麻省理工学院和瑞典三所顶尖的理工学院组成的工程教育改革研究团队耗费巨资所建立起来一整套先进的工程教育理念和可操作的实施体系。CDIO教育模式具有国际先进性、系统性和实践可操作性的特点。构思-设计-实施-运行不但包含了对基本概念和基础理论的理解,而且也包含了基于对科技和非科技的各种制约条件理解的实践能力的培养与技术创新,这对于我国培养创新型国际化的工程师是至关重要的。
电路课程教学应该在教材建设和实践教学中充分认识到如何体现重应用、重开发、重素质和重技能等特点。如果在教学中能够注重器件的应用和系统开发能力的培养,就可以使得学生在今后工作中解决实际工程问题时游刃有余。有鉴于此,我们在充分调研国内外同类课程[2-6]的同时,结合多年的教学经验,参考近年来国际工程教育改革的最新成果——CDIO高等工程教育模式,着力研究一套融合过程考核和工程应用意识的教学改革方案并已经付诸实施。
二、课程教学改革的宗旨与目标
课程教学改革的宗旨是:在课堂教学中重点培养学生的工程意识和创新意识,从根本上激发其学习兴趣,提高工科学生的工程素养和实践能力,利用网络和EDA技术培养学生自我教育的主体意识和终身学习的能力,提高学生的综合素质。课程教学改革的目标是:编写注重基础,体现简单性、应用性和创新性的电路教材,改革课程结构并进一步完善过程考核体系,培养具有深厚电路理论基础知识,知识面宽广,善于分析和解决问题的工程技术人才。
三、课程教学的改革与实践
1.教学从实际出发,利用多媒体技术引入相应的实物图片,循序渐近地加强和拓展
根据电路课程的特点,在课堂教学过程中突出重点,引导学生掌握关健内容和知识点。根据电路课程的特点,在讲述相关元器件(R、L、C和运算放大器的集成电路)时,适时导入相应的实物图片,使学生能够把理论分析和实际器件联系起来。
2.采用归纳总结和课堂讨论的方法加深对基本概念、基础理论和基本分析方法的理解
把电路约束分为两类,一类是元件约束(用伏安关系方程来描述),另一类是结构约束或拓扑约束(用基尔霍夫定律来描述)。在讲解三大无源元件的VAR时,特别强调元件在不同参考方向下的不同表现形式,如电阻元件可用两种不同形式的欧姆定律来描述,即u=iR或u=-iR。在讲述电感元件和电容元件的VAR时,告诉学生可采用对偶原理对其进行理解并记忆。如电感的VAR方程的关联形式:,如果把该公式中的某些元素换成其对偶元素,即电压uL换成电流iC,电感L换成电容C,电流iL换成电压uC,就可以得到电容的VAR方程的关联形式:。此时,列出一系列的对偶元素,如电容和电感、电压和电流、电荷和磁链、电压源和电流源以及串联和并联等,这样就可以帮助学生进一步理解和记忆其它相关知识点。
3.在教学过程中选择恰当的例题进行讲解,通过练习培养能力,促进学生智力的发展
在教学过程中要精选例题讲授,以便学生准确且牢固地掌握相关概念。比如在讲解“参考方向和等效电路”等重要概念时,我们可以对如图1所示电路的电流i进行讨论。根据学生容易出现的错误情况,我们设置如下几种答案供学生讨论:
(1)i=0(2)i=∞(3)i=4A(4)i=-4A。根据对教学效果的,我们发现通过课堂上简短的讨论,学生对“参考方向和等效电路”等重要概念有了较深的理解和认识。这可以通过如图2所示的电路[7]进行课堂测试。课堂测试结果表明,97%的同学掌握了相关的知识点,说明教学效果很好。
4.仿真技术在电路辅助教学中的应用
现代电路的分析与设计离不开计算机的应用,在教学中引入合适的仿真软件是非常必要的。我们通过在电路理论教学过程中适时地串入仿真软件Multisim2001的应用,不但给学生展现了另外一种解题思路,开阔其眼界,提高了教学效果,同时也激发了学生对电子技术的学习兴趣。
5.在教学中融入过程考核,有效利用教学资源,合理评价学生的学习状态
在多媒体的课堂教学中,恰当地设置提问以便能够随时抓住学生的注意力。在问题设置的内容上可以根据教学过程动态掌握,当发现部分学生的注意力分散或出现疲劳情绪时就可以根据当时的教学内容设置提问。在问题的回答方式上可以采取灵活的方式,比如允许上课认真听讲的同学进行抢答,对于这种方式,回答错误的学生可以不作记录,但回答正确可以适当地记录平时成绩。为了保证大部分的学生都能够得到激励,有时候也需要采用点名回答问题的方式,这样就必须如实地记录回答情况,以便客观地评价学生的课堂学习情况。在课堂教学过程中采取的动态的评价机制不但活跃了课堂气氛,而且有效地利用了有限的课堂教学资源,提高了教学效果。在课后作业的考核中,一方面要布置一些每个人都必须完成的作业(电路基础理论和基本分析方法相关的内容),并要求学生按时上交;另一方面也要给学有余力的同学布置一些课后设计性的练习,把被动学习转变成为主动学习,[8]以提高其创新能力。
四、课程教学改革取得的研究成果
1.教师以“激发学生学习兴趣、培养实践创新能力”的教学理念贯穿整个教学过程
任课教师在实施课堂教学的过程中,参考CDIO高等工程教育模式,结合先进的教育手段和传统的教学方法,既保证学生能够掌握深厚的理论基础知识,又激发了学生的学习兴趣,培养学生的实践能力。
2.改革了教学方法与考核模式
在教学手段和教学方法方面,利用建成的课程网站,从单纯课堂教学发展成为课内教学为主,课外网络答疑为辅的全程教学模式。在对学生的学习评价方面,完善了过程考核的模式,增加了期中考试和课堂测试,实现了课堂和课后的全程考核,真正动态地掌握了学生的学习情况,客观评价了学生的学习效果,激发了学生的学习热情。
3.形成了具有CDIO高等工程教育模式课程教学体系
电路课程的教学从表面上看教学的难度不大,但要真正取得的良好的教学效果确实不易。这就要求我们要深刻理解这门课的教学规律,进一步改进我们的教学方法。本研究课题的主要特色在于:参考国际先进的教育理念,考虑学生的实际情况。在教学方法中,以电路基础理论为中心,结合仿真软件Multisim2001的应用,重点培养学生的创新精神和自主实践能力,形成了以工程实践为指导的资源最优化的教学模式,最大限度地激发了学生的学习兴趣,增强了学生的创新素质,课堂教学效果得到明显提高。
参考文献:
[1]陶勇芳,商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究,2006,(11).
[2]李瀚荪.电路分析基础(第3版)[M].北京:高等教育出版社,1993.
[3]邱关源,罗先觉.电路[M].北京:高等教育出版社,2006.
[4]胡翔骏.电路分析(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2007.
[5]William H.Hayt,Jr.,Jack E.Kemmerly,Steven M.Durbin.Engineering Circuit Analysis[M].Sixth Edition:The McGraw-Hill Companies,Inc.,2002.
[6]Allan H.Robbins,Wilhelm C.Miller.Circuit Analysis:Theory and Pracice[M].Second Edition:First published by Delmar,a division of Thomson Learning ,United States of America,2000.
[7]嵇英华,张国平,刘淑琴,等.电路理论基础教程[M].北京:科学出版社,2008.
[8]查建中.面向经济全球化的工程教育改革战略——产学合作与国际化[J].高等工程教育研究,2008,(1).
(责任编辑:郝魁府)
关键词:电路;改革;CDIO;工程教育
作者简介:张国平(1969-),男,江西南昌人,江西师范大学理电学院,讲师,通信与信息系统专业硕士,主要研究方向:电子技术应用与教学研究;付贵阳(1980-),男,江西高安人,江西师范大学理电学院,讲师,工学博士,主要研究方向:GPS导航。(江西 南昌 330022)
基金项目:本文系江西师范大学教学研究基金(项目编号:2009032)的研究结果。
“电路”课程作为电气专业学生接触的第一门专业基础课,在激发和培养学生对本专业的兴趣和自主学习的能力方面有举足轻重的作用。目前,“电路”课程教学的基本情况是主要通过理论学习来培养学生分析和计算方面的能力,虽然也开设了一些电路实验课程,但总体上缺乏对工程应用能力的培养。如果教给学生的仅仅是一些基础理论和基本的计算方法,那么最后将导致部分学生不知道如何把理论知识和工程应用结合起来,甚至对一些比较抽象的电路概念也无法理解。这和我们国家提倡的培养自主创新能力的目标相去甚远,也正是在电路课程的工程意识教学中所要适当补充的地方。
一、关于“电路”课程教学体系改革的思考
目前,国际化的CDIO高等工程教育模式已经逐渐影响到我国各大高校工科的教育理念。CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate)代表着构思-设计-实施-运行,[1]它是由麻省理工学院和瑞典三所顶尖的理工学院组成的工程教育改革研究团队耗费巨资所建立起来一整套先进的工程教育理念和可操作的实施体系。CDIO教育模式具有国际先进性、系统性和实践可操作性的特点。构思-设计-实施-运行不但包含了对基本概念和基础理论的理解,而且也包含了基于对科技和非科技的各种制约条件理解的实践能力的培养与技术创新,这对于我国培养创新型国际化的工程师是至关重要的。
电路课程教学应该在教材建设和实践教学中充分认识到如何体现重应用、重开发、重素质和重技能等特点。如果在教学中能够注重器件的应用和系统开发能力的培养,就可以使得学生在今后工作中解决实际工程问题时游刃有余。有鉴于此,我们在充分调研国内外同类课程[2-6]的同时,结合多年的教学经验,参考近年来国际工程教育改革的最新成果——CDIO高等工程教育模式,着力研究一套融合过程考核和工程应用意识的教学改革方案并已经付诸实施。
二、课程教学改革的宗旨与目标
课程教学改革的宗旨是:在课堂教学中重点培养学生的工程意识和创新意识,从根本上激发其学习兴趣,提高工科学生的工程素养和实践能力,利用网络和EDA技术培养学生自我教育的主体意识和终身学习的能力,提高学生的综合素质。课程教学改革的目标是:编写注重基础,体现简单性、应用性和创新性的电路教材,改革课程结构并进一步完善过程考核体系,培养具有深厚电路理论基础知识,知识面宽广,善于分析和解决问题的工程技术人才。
三、课程教学的改革与实践
1.教学从实际出发,利用多媒体技术引入相应的实物图片,循序渐近地加强和拓展
根据电路课程的特点,在课堂教学过程中突出重点,引导学生掌握关健内容和知识点。根据电路课程的特点,在讲述相关元器件(R、L、C和运算放大器的集成电路)时,适时导入相应的实物图片,使学生能够把理论分析和实际器件联系起来。
2.采用归纳总结和课堂讨论的方法加深对基本概念、基础理论和基本分析方法的理解
把电路约束分为两类,一类是元件约束(用伏安关系方程来描述),另一类是结构约束或拓扑约束(用基尔霍夫定律来描述)。在讲解三大无源元件的VAR时,特别强调元件在不同参考方向下的不同表现形式,如电阻元件可用两种不同形式的欧姆定律来描述,即u=iR或u=-iR。在讲述电感元件和电容元件的VAR时,告诉学生可采用对偶原理对其进行理解并记忆。如电感的VAR方程的关联形式:,如果把该公式中的某些元素换成其对偶元素,即电压uL换成电流iC,电感L换成电容C,电流iL换成电压uC,就可以得到电容的VAR方程的关联形式:。此时,列出一系列的对偶元素,如电容和电感、电压和电流、电荷和磁链、电压源和电流源以及串联和并联等,这样就可以帮助学生进一步理解和记忆其它相关知识点。
3.在教学过程中选择恰当的例题进行讲解,通过练习培养能力,促进学生智力的发展
在教学过程中要精选例题讲授,以便学生准确且牢固地掌握相关概念。比如在讲解“参考方向和等效电路”等重要概念时,我们可以对如图1所示电路的电流i进行讨论。根据学生容易出现的错误情况,我们设置如下几种答案供学生讨论:
(1)i=0(2)i=∞(3)i=4A(4)i=-4A。根据对教学效果的,我们发现通过课堂上简短的讨论,学生对“参考方向和等效电路”等重要概念有了较深的理解和认识。这可以通过如图2所示的电路[7]进行课堂测试。课堂测试结果表明,97%的同学掌握了相关的知识点,说明教学效果很好。
4.仿真技术在电路辅助教学中的应用
现代电路的分析与设计离不开计算机的应用,在教学中引入合适的仿真软件是非常必要的。我们通过在电路理论教学过程中适时地串入仿真软件Multisim2001的应用,不但给学生展现了另外一种解题思路,开阔其眼界,提高了教学效果,同时也激发了学生对电子技术的学习兴趣。
5.在教学中融入过程考核,有效利用教学资源,合理评价学生的学习状态
在多媒体的课堂教学中,恰当地设置提问以便能够随时抓住学生的注意力。在问题设置的内容上可以根据教学过程动态掌握,当发现部分学生的注意力分散或出现疲劳情绪时就可以根据当时的教学内容设置提问。在问题的回答方式上可以采取灵活的方式,比如允许上课认真听讲的同学进行抢答,对于这种方式,回答错误的学生可以不作记录,但回答正确可以适当地记录平时成绩。为了保证大部分的学生都能够得到激励,有时候也需要采用点名回答问题的方式,这样就必须如实地记录回答情况,以便客观地评价学生的课堂学习情况。在课堂教学过程中采取的动态的评价机制不但活跃了课堂气氛,而且有效地利用了有限的课堂教学资源,提高了教学效果。在课后作业的考核中,一方面要布置一些每个人都必须完成的作业(电路基础理论和基本分析方法相关的内容),并要求学生按时上交;另一方面也要给学有余力的同学布置一些课后设计性的练习,把被动学习转变成为主动学习,[8]以提高其创新能力。
四、课程教学改革取得的研究成果
1.教师以“激发学生学习兴趣、培养实践创新能力”的教学理念贯穿整个教学过程
任课教师在实施课堂教学的过程中,参考CDIO高等工程教育模式,结合先进的教育手段和传统的教学方法,既保证学生能够掌握深厚的理论基础知识,又激发了学生的学习兴趣,培养学生的实践能力。
2.改革了教学方法与考核模式
在教学手段和教学方法方面,利用建成的课程网站,从单纯课堂教学发展成为课内教学为主,课外网络答疑为辅的全程教学模式。在对学生的学习评价方面,完善了过程考核的模式,增加了期中考试和课堂测试,实现了课堂和课后的全程考核,真正动态地掌握了学生的学习情况,客观评价了学生的学习效果,激发了学生的学习热情。
3.形成了具有CDIO高等工程教育模式课程教学体系
电路课程的教学从表面上看教学的难度不大,但要真正取得的良好的教学效果确实不易。这就要求我们要深刻理解这门课的教学规律,进一步改进我们的教学方法。本研究课题的主要特色在于:参考国际先进的教育理念,考虑学生的实际情况。在教学方法中,以电路基础理论为中心,结合仿真软件Multisim2001的应用,重点培养学生的创新精神和自主实践能力,形成了以工程实践为指导的资源最优化的教学模式,最大限度地激发了学生的学习兴趣,增强了学生的创新素质,课堂教学效果得到明显提高。
参考文献:
[1]陶勇芳,商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究,2006,(11).
[2]李瀚荪.电路分析基础(第3版)[M].北京:高等教育出版社,1993.
[3]邱关源,罗先觉.电路[M].北京:高等教育出版社,2006.
[4]胡翔骏.电路分析(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2007.
[5]William H.Hayt,Jr.,Jack E.Kemmerly,Steven M.Durbin.Engineering Circuit Analysis[M].Sixth Edition:The McGraw-Hill Companies,Inc.,2002.
[6]Allan H.Robbins,Wilhelm C.Miller.Circuit Analysis:Theory and Pracice[M].Second Edition:First published by Delmar,a division of Thomson Learning ,United States of America,2000.
[7]嵇英华,张国平,刘淑琴,等.电路理论基础教程[M].北京:科学出版社,2008.
[8]查建中.面向经济全球化的工程教育改革战略——产学合作与国际化[J].高等工程教育研究,2008,(1).
(责任编辑:郝魁府)