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中图分类号:G633.7 文献标识码:C 文章编号:1672-1578(2016)11-0148-01
项目学习法是当前初中物理课程教学过程中一种创新型手段,也是现代教育创新改革发展的必然趋势,对全面提升初中学生的综合素质具有非常重要的现实意义。将“项目学习”法合理应用到初中物理课程教学过程中,能够有效扩大学生学习物理知识的范围,引导学生深入理解物理知识,从而全面提升学生的综合素质。
1 项目学习法的概念
项目学习法是教师在开展教学活动期间,与学生共同实施的一个完整项目,这里的项目是指教师根据某个教学内容,设计出学生可以独立完成并能够获得较好教学效果的任务。项目学习法是以项目活动为基础的研究性学习,根本目的是解决某个较为复杂的操作问题,常见的有科技类项目设计、社会性活动设计两种。项目学习法和课题研究不同,后者主要目的是认识和解决某个问题,而前者侧重于操作与实践活动。教师在教学期间采用项目学习法,通过创设项目活动情境,引导学生根据已有生活经验与知识技能,探讨完成所设置的项目活动。学生在小组合作学习中,利用掌握的技能与知识解决新情境中的问题,在参与项目活动中,能够获得知识与技能,分析与解决问题的能力也能得到提升,有利于对学生情感、态度等价值观的培养。项目学习法下的活动都是真实的,可以反映出现实生产生活,让学生学习更具实用性与针对性,以便学生更加灵活的应用所学知识解决实际生活中的问题,从而全面提升学生的合作能力、交流能力应变能力、分析能力和实践能力。
2 项目学习法在初中物理教学中的应用策略
2.1 项目的选择与优化
在初中物理课程教学中应用项目学习法,首先要确定项目任务,以《电流和电路》课堂为例。初学电流和电路的时候,教师可为学生展示一些电路图,将学生的兴趣调动起来,并提出多个项目任务设想,让学生就此展开讨论,最后将项目目标与任务确定下来。让学生通过实验研究电流和电路,全面了解完整电路的主要构成部分,并准确画出电路图。通过采用这种方法,让学生自主动手操作,能够大幅度激发学生的学习兴趣。
2.2 项目教学的实施
在将各自项目任务确定下来以后,教师应要求学生做好预习,根据遇到的疑惑学习。教师在教学过程中也要根据学生的疑惑,将知识点转化为具体任务,要求学生完成,每节课让学生掌握几个知识点,学生一边学习一边完成设计制作。在传统教学模式下,很多教师重视讲解新的知识点,在将内容精讲结束后,还会多次强调其中容易被混淆和出错的知识点,为学生传授自己的实践经验。但是通过项目学习法,让学生自己独立完成项目,在此期间积累知识,并提升学生分析问题、解决问题的能力。因此对于容易被混淆和出错的知识点,教师应该让学生在实践中发现,并非是教师灌输。学生通过摸索与总结,得到的知识也更加牢固,教师采用项目学习法,只需要为学生讲解重点教学内容,整个过程必须精炼,并为学生提供例子,让学生自己操作解决,为学生独立完成项目创造有利条件。
例如:在“电流和电路”的学习过程中,教师首先设计了一道由实物图画电路图的题:用彩色泡沫塑料纸画一节干电池,一个开关,一个小灯泡,一个电动机,然后教师将它们沾水后贴在黑板上,用笔连接成简单串联电路,让学生将这个电路图画出来。然后,再采取分组实验法,将学生合理分为几个实验小组,让学生共同讨论分析,制定详细的操作步骤,找到解决问题的方法。同时,老师应该及时指导学生,促使学生能够更加深入的了解电路的组成和常见的电路元件符号。
2.3 评价总结
在学生完成关于“电流和电路”学习项目以后,教师应及时作出评价与总结,制定出明确的评价方法,合理评价学生项目的完成情况。首先,教师可采取自我评价,让学生评价自己小组的电路图是否正确,并指出需要改进的地方;然后,让小组所有人员综合评价本组的电路图,同时要指出其正确与否及改进建议。教师要将这三种评价方法结合起来,客观、公正评价学生创作的电路图,让所有学生都可以享受到成功的乐趣。此外,教师还要让学生总结思路、技巧,便于学生认清自己理论上的不足,明确需要继续巩固学习的地方,并评价各种电路图的了解用情况。
3 结语
总之,在初中物理教学中应用项目学习法,能够让学生成为学习的主人,并体验成功,激发兴趣,智力潜能得到最大限度的挖掘。同时还可以培养学生的沟通能力、分析解决问题能力、语言表达能力、团队协作能力,促进了学生的全面发展。因此教师要主动采用有效措施,将项目学习法更好应用到初中物理课程教学中,从根本上提升初中物理课程的教学效率。
参考文献:
[1] 黎玉伟.信息技术支持下初中物理项目学习的设计与应用
《电子技术基础》课程是技工院校机电类专业基础课程,安排在中级工阶段进行。一直以来,由于技工院校学生基础知识薄弱,学习习惯较差,学习兴趣不高,给《电子技术基础》课程的传统授课带来了很大困难。随着以学生为主体的教学方法的不断更新,以“一体化”教学思想为主导的教学改革的不断开展,因地制宜地对《电子技术基础》等专业基础课程的改革也势在必行。我校机械设备维修、电气设备安装与维修专业的课程体系改革在有条不紊地进行,最先完成的主要是核心课程建立与改革,而作为基础课程,还未被系统地完成课改工作。在这样的背景下,作者尝试以任务为载体,将《电子技术基础》的各相关知识点,结合中级工阶段其他专业课程对专业基础知识的要求,对本课程进行梳理设计,尝试开展课程改革。
一、任务驱动教学法较传统教学的优势
以往《电子技术基础》课程的授课主要以课堂讲授为主,也结合个别小实验课程,知识的习得主要以教师讲,学生在座位上安静地听,这样的单方向的传递为主,由于知识的抽象性较强,看不到,摸不着,很多学生听着听着就去见了周公。虽然偶尔有实验,但或因为趣味性差,或因为基础知识没掌握,不知实验到底是在做什么,为了什么而做,使得实验也不能达到很好的效果。任务驱动教学法在教学形式上以学生为主体,在教室的指导下完成某项任务,按照咨询—计划—决策—实施—检查的实施过程,学生在这个过程中是主体,通过教学任务的设计,引导学生自觉主动地投入到项目实施当中。整个过程,知识的传递是通过学生的自主活动完成的,同时培养了学生思考能力、解决问题的能力、团队合作的能力。
二、理清课程横向与纵向知识脉络
实施课程改革的前提时熟练掌握本门课程的横向知识脉络,明确对知识点的要求程度。《电子技术基础》课程包含七章内容:半导体二极管、半导体三极管及放大电路、集成运算放大器及其应用、直流稳压电源、门电路及组合逻辑电路、触发及时序逻辑电路、晶闸管及其应用电路。还要了解本课程知识点对应在本专业的纵向要求。即了解整个课程体系中后续课程对该课程的要求,这样项目设计才能有针对性。对于七章课程内容,出熟练掌握各知识要点外,可以按了解、理解、掌握等几个层次将知识点归类,以表格的形式,为以项目为载体的课程改革做准备。
三、广泛调研需求,设计教学任务
这一课程任务的设计也许依赖于广泛的调研与研讨。由于是中级工一年级阶段的专业基础课程,要求的难度不高,因此,该调研应以本专业毕业生职业为导向,以培养学生学习兴趣、提高学习积极性和主动性,掌握基础知识和基础技能为目标开展。设计的任务能够把学生引入电子技术知识之门,打开他们的兴趣之窗为后续高年级的课程学习打下基础。以此为目的,设计调研表,开展系列访谈。(1)开展毕业生的调研与访谈,了解学生工作中体会到的在技校初级学习阶段的需求。(2)开展中级工二年级阶段学生调研与访谈,了解学生学习该课程时的兴趣点,知识难点。(3)开展高级工阶段学生调研与访谈,了解哪些中级工阶段知识的对高级工阶段的学习最重要,哪些是难点。将学生反映的问题收集整理,作为任务设计时的重点。
四、依托大赛,以赛促学
学生兴趣的激发需要应用各种手段,其中职业技能竞赛在高技能人才培养、选拔和激励等方面有着不可替代的作用。教委每年都有针对中学生开展的电子技术大赛,劳动部也会开展相关内容的职业技能大赛。深入了解大赛的竞赛内容,将相关知识融入课堂教学,如电子技能大赛中寻轨器的焊接等,均可作为课题进行设计开发,融入相关知识点,使学生能够在做中学,在学中做。是参加大赛成为学生有一个短期的努力目标,促进了学生学习活动的开展。
五、任务设计举例
以第一章半导体二极管为例设计学习任务如下:具体课堂实施设计如下:学习活动1:认识二极管。
能力目标:(1)能通过观察了解二极管的结构;(2)能通过查阅资料了解制作二极管的材料、结构、型号和分类。知识目标:(1)了解半导体材料的基本知识;(2)了解二极管的结构、分类和型号。组织方式:小组学习。学习手段:下发任务书和学材。学习步骤:分析任务,了解任务要求,查看任务资料;查阅资料。了解二极管的相关知识,符号;完成任务书。可展示的结果书面成果:任务书。学习活动2:拼插二极管电路。能力目标:能设计简单电路;能正确拼插电路;能通过分析得到二极管的单向导电性。知识目标:理解二极管的单向导电性;掌握二极管两个极的判别区分。组织方式:小组学习。学习手段:下发任务书,下发学材电子百拼世界。
学习步骤:(1)分析任务制定计划,了解任务要求,查看任务资料;(2)制定计划;(3)查阅资料,了解二极管的相关知识、符号;(4)连接百拼电路,理解二极管的单向导电性;(5)检查发现问题。书面成果:任务书。实物成果:电路。学习活动3:制作个性闪光标志。能力目标:能设计简单电路;能正确连接电路;能保证电路安全。知识目标:理解二极管的参数;掌握用万用表完成二极管正负极的识别、好坏的判别。组织方式:小组学习。学习手段:下发任务书,下发学材二极管、导电胶带、电池盒、电池等。
学习步骤:(1)分析任务,了解任务要求,查看任务资料,了解二极管的参数;(2)制定计划;(3)设计标志,计算出要用到的二极管数目,电池的电动势要求;(4)万用表检测二极管的正负极与好坏;(5)连接电路;(6)检查电路,通电;(7)总结。书面成果:任务书。实物成果:标志电路。学习活动4:总结评价。能力目标:能总结任务过程,语言通顺、突出重点;能客观评价自己与他人表现。组织方式:小组学习。学习手段:总结展示。
学习步骤:(1)展示每个小组设计的标志,是否发光;(2)总结评价;(3)教师点评。
六、实施效果与反思
通过在新一级机电类专业班级中进行该课程改革实践发现,学生的学习活动参与率较之前的传统教学有了显著提高,更多的学生参与到活动中来,愿意探究相关知识,在任务的完成中获得了成就感,看到他们脸上的满足的笑容,教师也深深地感受到了教与学之中的满足感。但是,实践中仍然存在很多不足,比如,学习任务的设计是否具有实用性,如何能够更多地提高学生的积极性等问题,有待在实践中进一步完善。
参考文献:
中图分类号:G4
文献标识码:A
文章编号:16723198(2015)22018502
1电子电路设计实训课程教学现状
电子电路设计是电类专业为绘制电子电路图所必需掌握的一门计算机综合性设计课程。然而,随着课程改革在各高校逐渐开展,一些课程的课时量也相应递减,比如笔者所在学校电气自动化专业的《电子电路设计》课程已由原36学时减至24学时。如何在减少的课时的课程中让学生掌握同样程度的技能水平以适应社会的需求,考验着每一位专业教师。
以往传统的电路设计教学的方式大多是由教师先讲授知识点,然后将知识点所涉及到的图例向学生绘制演示,最后让学生依样画葫芦。在整个教学过程中,教师为主导,而学生仅限于单纯的模仿与记忆,并没有主动学习,导致学习效率低下。因此在教学中应该有意识到加入兴趣式教学,调动他们的求知欲,激发学生更积极主动的思考,学习甚至创新,打造优质课堂,全面提高教学质量与学习效率。
2任务驱动法
2.1任务驱动法原理
任务驱动法是近年来被广为应用的一种教学手法,它一改传统的灌输式教学,尝试采用任务驱动式的教学方法。需要教师将课程学习内容划分为多个特定任务,每个任务包含一定知识点,只要学生完成了课程中设定的任务,就可以掌握课程学习的内容。
任务驱动法的核心内容就是由教师在教学过程中创设任务情境,教学任务必须融合学生所需要掌握的技能点和相关的知识点,同时又具有一定的生活性、探究性和创造性,让学生带着解决问题完成任务,激发他们的学习兴趣,让学生自主或协作性学习,使他们真正了解知识点在实际工程中的应用,学以致用。
2.2任务驱动法在电路设计实训中的应用
电路设计实训课程的教学目的为电子电路图形绘制,电路图形仅为简单的二维制版,因此在绘制电路原理图时较为简单易学。但无论多简单的图形,在绘制的过程中都要利用到基本绘图工具、图形编辑和图层管理各知识点综合才能完成。因而课程教授过程中不能简单的按书本章节顺序来讲,而是应该由教师将所有知识融会贯通后重新组织,将它们融入到一个个工程任务中再向学生展示,如向学生展示电动小车电路设计图纸,将其作为一个工程任务,让学生尝试用学过的知识来绘制,或让学生在绘制过程中遇到难题再提出并讲解。这样就更能增添学生的学习兴趣和在完成任务后的成就感,形成良性循环。因此电路设计实训课程非常适合采用任务驱动式教学法。
3微任务驱动法
3.1微任务驱动法原理
采用任务驱动法教学所提供的任务由于综合性较强所以工程量较大且难度较高,学生在一节课中难以完成,即使有些基础好,动手能力强的学生完成了任务,也会因为知识点过多过杂而难以消化。因此需要由教师把握学生素质和能力,将大任务进行科学性的分解,将之细化为中任务,小任务甚至微任务。让具有不同层次知识能力的学生都能被激发兴趣,在任务量合适的微任务环境中尝试和实践。
以上所述即为微任务驱动教学法,它就是以任务驱动法为基础,将总任务依靠知识的内在逻辑或采取分类的方式进行具体化,以微任务的形呈现。较之任务驱动法,其目标更为明确,导向性更强,教师使用这种方法教学也更容易控制课堂教学的节奏,保证能在规定时间内完成教学进度。
3.2微任务教学设计
微任务驱动法的实施过程是:教师先依据教学目标设计一个总任务,引起学生的学习兴趣。再引导学生分析总任务的解决方法并将总任务拆分为一个个的微任务,各微任务之间可以是从属或并列关系。拆分出来的微任务不能太难或任务量太大,应设计为学生较易完成的程度,以便于将学生的理解逐步引向深入。通过一个个的微任务引导和推动学生一步步上升,一层层提高,不断接近并最终达到复杂的学习任务的顶点。
微任务法的核心是如何科学合理的设计微任务。首先,任务必须要有明确的目的性,教师提出的每一个微任务,原则上都是为了完成总任务而设计的,尽量不设置多余任务,不能本末倒置。其次,教师选择微任务时应考虑到大多数学生的水平,注意难易适度。并且在教学过程中,根据学生的反应与掌握程度以及课程进度随时调整微任务,不能任务教条化僵化。第三,微任务还应遵循完整性原则。教师所设计的微任务必须连贯,不能有断续感,让学生知道自己要做什么,可以解决什么问题,使他们获取的知识完整且有条理。最后,微任务的设计要适当增添趣味性,可以在教学过程中加上图片插画,视频音频等数字教学资源,让学生在完成任务的同时体会到学习的乐趣。
3.3微任务驱动法在电路设计实训课程中的应用
Altium Designer软件的工具栏较多,常用工具栏中的各命令参数也较杂,若逐个讲解,则显得各知识点杂乱无章,学生记的多忘得快,但在实际绘图时还是束手无策,不知该用哪个工具来绘制。
例如,在介绍AD软件常用绘图工具栏中的直线、多边形、椭圆弧线、文字和文本框等,若单纯讲述这些知识点,难免枯燥乏味,且容易与布线工具栏的功能弄混。围绕这些教学内容,可设计对应电路制图微任务,围绕一个小目标,教师可以设计多个由简单到复杂的小任务,布置学生循序渐进地完成任务,在练习中熟悉各种命令的操作。例如,基本绘图训练可将学生已在模拟电路和数字电路课程中学过的常用电子元件符号如:变压器、运算放大器(如图1(a)、(b)所示)融入其中,将它们设计为一个个需要完成的微任务。每个任务都考虑到学习课程的前后连贯和趣味性,让学生绘制自己所熟悉的事物。随着学习的深入,可以布置学生完成如图1(c)所示的七段数码管等稍复杂的绘制任务。完成任务后的喜悦感和成就感会更加强烈,也为以后的学习增添了动力。
微任务驱动法在教学过程中将知识点分解到一些小任务中进行,学生头脑中的知识是零散的,有时会降低知识的系统性和完整性。因此,这样的设计任务和完成过程是十分必要的,教师可以通过一个较为完整的任务引导学生将已完成的微任务中的知识点进行归纳总结,加深对所学知识和技能的记忆和理解,完成真正意义上的知识建构。
例如,上完第三次课后,教师即可布置学生完成如图2所示“八路彩灯控制电路图”大任务。从创建元器件、调用常用元件开始,直至综合运用各种绘图指令及编辑工具完成绘图。让学生在本次课中复习巩固了前面微任务中所学的小知识并将其融合,初步完成了一张简单的电子电路设计原理图样,并总体上掌握了一张较完整电子电路工程图的绘制过程,具有综合应用性。
3.4电路设计课程与其余课程的前后融合
电路设计课程在介绍一般电路绘图技巧与制版规则时,还会涉及到数字电路、模拟电路、单片机技术应用等课程的接续关系。将本课程绘制图中所涉及到的器件类原理基础前移到数字电路和模拟电路等课程中解决,诸如实际译码电路、三态电路与缓冲器芯片等知识点不再占用本课程学时。本课程把握好衔接关系,主讲等电路板制版规范、电路设计的仿真方法等要点主题,把以往重复性内容节省的学时用于应用层面。
在重点讲述电子电路图绘制方式的时候,还应适当向学生加强常用接口电路的连接方法知识点,并向学生扩展对嵌入式处理器及新技术的了解,为后续单片机原理课以及传感与检测技术中各种传感器与微处理器的连接使用,智能传感器、数字式一体传感器等内容的讲授打下基础。
4总结
本文提出在电路设计实训课程中提出微任务驱动教学的思路,该方式以“微任务为主线,教师为主导,学生为主题”崭新教学模式,改变了往常的以教定学到被动教学模式,让学生学会在解决任务中学习知识点与解决问题的方法,通过这种方法,既能激发学生勤于思考的热情,有加深了对知识点理解,提高了创新思维的能力。在教学中始终贯穿“应用入手,学中建,建中学;分解项目,逐步深入与完善”的理念,对人才培育重点落在实际操作能力的培养上,提升整体教学水平。
参考文献
[1]苏秋慧.微任务驱动法在中职CAD教学中的实验研究[J].长春:东北师范大学,2013.
[2]周红丽.《电子线路》任务型课堂教学过程和实施步骤的探讨[J].新课程学习,2009,(2):105108.
关键词:
信息技术;教学平台;网络资源;整流电路
1教学内容及目标
1.1教学内容的分析
本课选用的是校企合作校本教材风力发电变流技术,第二章整流电路是风力发电的重要环节。本课所讲的单相桥式整流电路是第二章的开篇,学生在学习了电力电子器件的基础上,以小功率风力发电系统中整流器为载体,认识桥式整流电路的组成、原理和测试,为后续的三相整流奠定基础。本设计的重点内容为单相桥式整流电路组成和工作原理,难点在于电路常见故障检测与分析。同时,课堂应具备以下特点:①信息化教学所需的环境;②学生之间要小组合作,共同学习;③师生之间、学生之间要能够高效快速的交流互动;④评价能及时多元化、课后要有巩固训练。本设计充分运用了学校的微学习与自主测评平台,整合教学资源,采用实物操作与多媒体、网络、个人终端等多种信息化相结合的教学手段,利用3D动画、交互游戏、微课程等信息化资源,借助电子电路仿真分析软件Multisim、微信墙等信息化技术,通过思-学-仿-做-评环节,开展教学活动。信息化资源与实物资源的有效结合利于学生自主学习、知识建构、技能训练。
1.2教学目标的设置
知识目标:①了解单相桥式整流电路的组成;②理解单相桥式整流电路的工作原理。能力目标:①能从电路原理图中识读整流电路;②能对桥式整流电路常见故障进行检测与分析;③通过参数估算会合理选用整流电路元件。素养目标:①强化安全意识和节能意识;②养成文明规范的操作习惯
2教学过程设计
根据学生的认知规律和本讲课的内容,将教学过程分为课前准备、课堂教学、课后拓展三个阶段,其中课堂教学分为思、学、仿、做、评五个环节。
2.1课前准备
学生运用平台移动端完成两个任务:一是搜索风力发电相关图片并上传,二是学习整流电路微课。我与学生通过平台交流互动,跟踪学习进度,以便微调教学侧重点。
2.2课堂教学
环节一:思——创设情境明确任务。展示学生课前上传的图片,并让学生做自我介绍,实现与课前准备的对接,增强专业意识;观看风力发电3D动画,引发学生思考整流在风力发电中的作用,结合课前的微课学习,进行回答,以此来评估学习成效。教师讲解离网风电系统框图,引出小功率风电系统整流器,并引导学生小组讨论、制定学习计划。环节二:学——自主探究学习新知。本环节,教师组织学生学习本讲课两个知识点。知识点1:桥式整流电路的组成。首先学生通过微课小组学习电路组成,了解全桥堆的应用,并在平成互评。然后,小组竞赛,完成电路搭接测试游戏。之后,学生参照微课讲解,在任务单中绘制电路原理图,巩固电路组成这一重点知识。此时,教师根据学生学习情况,进行提炼和总结,指导学生完成电路识别测试题。通过查看平台汇总结果,掌握学生状况。知识点2:桥式整流电路的工作原理。学生首先通过微课学习电路工作原理,小组合作,讨论U2正半周、负半周时电路的工作过程。然后,在任务单中绘制电路输入、输出电压波形图。自主学习完成后,选取两组同学上台讲解工作原理,并根据学生的回答总结提升。最后,微课学习负载和二极管上电压电流公式,填写任务单。环节三:仿——聚焦任务模拟仿真。本环节学生运用电子电路仿真分析软件进行操作模拟。首先,小组合作完成电路搭接,检测对知识点1的掌握程度。并使用软件中的虚拟示波器观察波形,用虚拟万用表测量电压,通过对比理论值与测试值,理解公式。上述内容完成后,登录平台进行自评。然后,根据任务单的提示,设置故障、观察现象、记录总结。环节四:做——实战体验巩固提升。首先教师讲解安全及操作规范,并给出实际风机控制器的技术指标,指导学生估算参数。然后学生以小组为单位领取本任务所需的工具仪器和元器件,检测元器件。之后按照工艺要求进行电路元件的焊接。学生操作过程中,可根据自身需要随时观看二极管检测、电子焊接工艺等微课,达到差异化教学的目的。学生实做过程中,教师巡视指导,检查并抓拍学生错误操作和规范操作上传微信墙。焊接工作完成后,将电路板的焊接面和元件面拍照,上传至学习平台,建立作品库,方便企业专家定期登录平台进行点评。电路板经教师检查认可后,通电检测。环节五:评——展示交流总结评价。操作完成后,教师组织观看微信墙照片,引导学生在平台作品库中进行星级互评。展示平台中自评、互评和企业专家点评情况。
2.3课后拓展
布置学生课后任务:借助微信平台预习三相桥式整流电路的组成和原理,完成自我检测题并提交平台。
3教学设计的创新
第一,创新教学模式、提升职业能力。思学仿做评的教学模式,符合中职学生的认知规律,体现了做中教、做中学的职教理念。第二,凸显信息技术、打造高效课堂。平台、微课、微信墙等信息化手段,促进学生自主学习,教学效果明显提高。第三,移动互联网+教学、拓展学习时空。为学生、教师、企业专家营造了课内外全程互动的信息化学习环境,延展了学习的空间和时间。
4教学反思
信息化手段的使用丰富了教学内容,提高了课堂效率,让学生能在看中学、玩中学、练中学,使我们的课堂不再是静止、生硬的。信息技术在教育领域的推广和应用,也得到了教师和学生的一致认可。
作者:孔莉 单位:北京铁路电气化学校
参考文献:
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2013)31-0055-02
在信息高度发达的今天,学生们十分关注所学知识对社会、对个人今后就业的影响。如何使学生更快、更好地获得知识、掌握技能,是摆在每个教师面前的课题。正如我国著名教育家叶圣陶所说:“教师之为教,不在全盘授予,而在相机诱导。”课堂教学不能照本宣科,而在于合理地引导,教学方法和教学手段是顺利完成教学任务、实现人才培养目标的组织形式。而高职教育的培养目标是:具有一定的理论知识(对所学的专业知识能保证在其对口的岗位上是必须和够用的)和具有较强的能力(尤其是自学能力和动手能力)的高级应用型人才。
电工电子技术是高职高专工程类非电专业的一门重要技术基础课。本课程具有内容多、应用广、实践强等特点,因此学生在学习过程中常常会遇到阻力。如何帮助学生更好地掌握本课程的基本电路原理、电路分析方法及实验实践技能等,其教学方法是值得教师研究与思考的课题。
一 电工电子技术教学现状
目前,许多高职院校对电工电子技术课程多采用“灌输”的传授方式,学生对概念、原理多是死记硬背,不能活学活用,难以激发学生的学习兴趣,更谈不上对科学思维能力创新思维、创新能力的培养。在课程的设置和教学内容的处理上,重基础、轻应用,脱离高职院校的教学实际,不符合“培养生产一线高技能型人才”的高职教育目标。
高职教育是面向经济建设第一线,培养具有创新精神、品德优良、知识结构合理、操作技能高、上岗速度快、适应能力强、发展后劲足的高技能型应用人才。在教学中不仅要使学生掌握必要的理论知识,更应重视知识应用的培养、动手能力的提高。
二 电工电子技术教材建设
高职电工电子技术课程重点应放在应用性、基础性和综合性上,要理论联系实际,教材的选择应以知识点够用、注重实践为原则,因此合理的选择高职非电专业授课教材显得尤为重要。
现有的电工电子技术教材在编排上仍沿用大学本科教材的模式,过分强调理论的严密性与系统性。原理的讲述、电路的计算太多,而电工电子技术的知识应用却太少。如三极管及其放大电路的分析,对三极管内部载流子的运动过程分析过多,而对三极管的外特性及其应用电路、测试电路却分析不够,致使学生学完这一节内容后对三极管仍一知半解,对三极管的三个管脚的判别仍未掌握,更谈不上应用了。
为此我们教研室的老师结合多年教学经验,编写并正式出版了《电工电子简明教程》,以系统的知识点串讲、丰富的应用实例,并配合本书编写了多媒体授课教案。此外,还配套出版了《电工与电子技术实验教程》实验教材,与实验室仪器设备相匹配,实用性、操作性强。
三 电工电子技术项目教学法
结合教学内容和教学对象的实际情况确定项目任务。提出项目任务时应充分考虑到需要掌握的知识点、需要掌握的操作技能,具有一定的针对性、实用性及趣味性,使学生对所学的知识感到学有所用。
首先确立我们所要求的知识点是:电路分析的基本概念和基本方法、线性电阻性电路分析、一阶动态电路时域分析,正弦稳态相量分析、二极管三极管的工作原理功能特点、基本放大电路的分析、电子电路中的反馈、直流稳压电源、门电路与组合逻辑电路、触发器与时序逻辑电路。针对这些知识点,我们设置了如下项目任务:家用照明电路的安装与设计、利用Multisim 9等仿真软件进行基本定理的验证,音频功率放大器、直流稳压电源、交通灯控制、多路竞赛抢答器、数字钟等项目。每个项目都涉及到电工电子技术的知识和相关实际操作,包含了设计、安装、检测和维护等内容,通过这些项目的完成,使学生能够熟悉电工电子技术的综合应用,以适应不同岗位的需求。
项目教学评估是项目教学法必需的环节。首先学生就自己的项目完成情况做出项目实践报告,然后进行交流总结,最后由教师给出总体评价。评价效果十分明显,不仅能帮助学生充分认识到自己的学习潜能,激发学生的学习积极性,还可以培养学生严谨的科学态度和谦虚、团结的优良品德及团队精神。
四 电工电子技术实验与实践教学
改善实验条件,改革实验教学手段,把虚拟实验平台引入电工电子实验教学。虚拟实验教学打破了传统实验教学时的时空限制,可让学生发挥创造精神,实现以学生为主体的教学,提高学生的创新思维能力。仿真软件的应用,学生可以看到电路工作的模拟效果,测量电路的有关参数,有利于他们对电路的认识和理解。
开放实验室,让学生自己安排实验时间、选择实验内容,自主完成实验项目,这样既可以提高学生统筹安排学习时间、完成学习任务的能力,又能激发学生开展创新实践的积极性,提高学生的创新思维能力和综合设计能力,同时还提高了实验室实验设备的使用效率。
坚持在实践中教学,在教学中实践,这一观点已被广大师生所接受。此教学方法突出实验教学与理论教学之间的密切关系,构建了以实验目标为导向、实验内容为载体、创新能力为核心的实验教学体系。实验内容与工程应用紧密结合,并注重其趣味性、工程性和探究性。通过实验,让学生掌握基本实验技能,提高基本工程素质以及实验数据分析能力。
五 总结
通过高职非电专业电工电子技术教学方法的研究与实践,我们加强了本课程的教材建设,编写并正式出版了两本教材,实践了项目教学法。我将生产生活中的许多实际应用编写成项目任务贯穿与各知识点的授课中,使学生成为学习活动的主体,充分激发了学生的主动性与创造性,提高了学习兴趣,并将仿真实验及开放实验室引入实验实践教学中,增强了学生的动手能力和实践能力。
作者简介:牛小玲(1976-),女,江苏徐州人,中国矿业大学信息与电气工程学院,讲师;王军(1981-),男,山东曲阜人,中国矿业大学信息与电气工程学院,讲师。(江苏 徐州 221116)
基金项目:本文系2013年中国矿业大学教育教学改革与建设基金项目(项目編号:2013G15)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)05-0074-02
CDIO理念是美国工程院院士、麻省理工学院教授Edward Crawley提出的,CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate),它让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。[1]
目前国内许多高校都根据各自的实际情况在探索基于CDIO模式的教学改革之路。[2,4]“电子技术”课程是电类专业重要的技术基础课,其特点是课程内容知识面广,信息量大,实践性、应用性非常强。近几年来,针对传统教学模式中存在的不足,笔者采用CDIO的工程教育理念,提出了一套包括教学内容、教学方式、实验项目和考核方式的“电子技术”教学改革方案,并已经付诸实施,达到了良好的教学效果。
一、传统理念下“电子技术”教学存在的不足
“电子技术”课程包括模拟电子技术和数字电子技术两大部分内容,中国矿业大学(以下简称“我校”)的模拟电子技术教学学时为56学时,数字电子技术教学学时为48学时。在教学中发现,随着电子技术的迅速发展,新技术层出不穷,而教学课时却非常有限,传统理念下的教学模式存在着很大的不足,主要表现在:
1.系统性问题
传统教学模式中,两门课程相互独立,教学内容缺少系统关联,学生掌握的只是一些孤立的知识点,而不是对电子技术系统应用的掌握,学生不容易真正形成综合系统的概念。
2.目标性问题
教师按照课程大纲进行教学,只重视到了知识的传授,忽略了工程技术能力的培养。
3.兴趣性问题
每门课程内容多、课时少,如果课堂上处理不好就会使学生缺乏学习热情,失去学习信心,很难达到预期的教学效果。
4.应用性问题
我校的实验课和理论课配套安排,先理论,后实验,模拟电子技术实验和数字电子技术实验分设24学时。由于实验设备和实验学时的局限,学生的实践时间有限,甚至有的知识点没有开设相关实验,学生的实践能力较差,很难将理论知识应用于工程实际。
二、“电子技术”课程改革实践
1.以项目为主导,重组教学内容
传统的“电子技术”授课内容都是按照教学大纲的要求,一个章节一个章节地进行详细讲解,学生只是被动接受这些孤立分散的知识点,在学过之后往往都不清楚自己所学的知识在实际中如何运用,即应用知识动手能力很差,这体现在做毕业设计拿到一个设计选题时,都不知道如何着手去做。为培养学生应用知识、分析解决问题及动手的能力,在“电子技术”教学中,笔者以一个具体的项目为主导,对“电子技术”的教学内容进行了重组。
在CDIO工程教育的实施过程中,选择一个好的项目是整个工程教学的关键,所选项目要能涵盖“电子技术”的基本教学内容,紧扣课程的重点、难点和关键点。模拟电子技术所涉及的主要内容有二极管及其基本电路、三极管及其电路、场效应管及其电路、运算放大器及其应用、反馈放大电路、功率放大电路、信号处理与信号产生电路、直流稳压电源等;数字电子技术所涉及的主要内容有组合电路、时序电路、脉冲产生电路、模数转换等。针对上述主要教学内容,笔者以“太阳能水温水位控制系统”为应用背景,按项目所涉及的知识,将课程内容划分成若干模块,每个模块又设计了若干个探索性实践课题。开展的实践课题及对应的知识点如下表1所示。表中模块1是构思(conceive)过程;模块2是设计(design)过程;实施(implement)过程均安排在各模块实践活动及实训周中完成;模块3和4是运作(operate)过程,这样,整个CDIO的工程项目教学模式构造完成。对本项目课题中没有涉及到的教学内容和知识点,笔者选择了相应的案例进行教学,比如时序电路这部分内容,笔者选择“数字钟设计”这个案例来进行相关知识点讲解。
在教学中,先给学生介绍项目要完成的功能及硬件结构构思,即模块1的内容,然后再进行模块2,对每个课题及相关知识点进行讲解,讲解完后,学生可以对各个课题进行仿真研究,同时在“开放式电子技术实训平台”上进行与理论教学相互配合的、逐步提升的应用性实验和探索性实验。
2.教学方式的改革
传统的“电子技术”授课过程,采用的教学方法都是老师在讲台上从头到尾讲解,对重要的知识点反复强调,这样很容易造成学生强烈的依赖心理,使学生失去好奇心和学习主动性。为激发学生的主观能动性,笔者根据 CDIO理念研究了案例教学法和任务驱动教学法,以案例的介绍和分析为主线,将知识的重点和难点融入到案例中来讲解。这种教学方法将课堂教学、查阅资料与分组讨论、完成任务相结合,使学生在完成项目任务过程中自发地寻求知识和资源支持,这既锻炼了学生自主学习的能力,又能使学生掌握开发工程系统的理论知识和技术。具体实施细则如下:
(1)案例和任务教学法。在教学过程中,笔者根据案例所涉及到的知识点提出问题,引导学生参与讨论和思考,激发学生的好奇心和挑战欲。比如,在讲解时序电路这个内容时,笔者以“数字钟设计”这个案例来进行讲解,数字钟的分和秒都是60进制,小时采用12归1,如何设计一个60进制计数器和12归1计数器呢?在激发起学生的兴趣后开始介绍N进制计数器设计方法,讲解完后,让学生自己去设计。在此过程中,引导、指导、监督学生进行设计实践,并进行成果展示和总结。
(2)将EWB仿真软件引入课堂教学。在“电子技术”教学中,笔者增加了学习过程的开放性,将EWB仿真软件引入课堂,学生可自行选择对其设计的电路进行仿真,来了解设计正确与否。另外,在介绍一些集成器件的功能及应用时,也可采用EWB进行仿真演示,让学生更直观地了解其功能及使用方法。
3.优化实验项目,突出实际应用
传统的电子技术实验项目多是一些验证性实验,如单管放大电路、反馈放大电路、运放构成的线性电路等,都是理论知识的简单验证。即使是设计性实验,也是一些孤立的实验项目,如数字密码锁设计、全加器设计等,这些实验都有固定的步骤和设计方法,学生做完实验后觉得索然无味。为此,笔者对实验内容进行优化,实验项目直接面向工程设计,培养学生的硬件电路系统设计能力。以“太阳能水温水位控制系统”为背景,将模块2中的每个课题的设计电路都融合在电子技术实验项目中,学生设计完电路后可以在实验时间去实验室搭建电路,利用实验室提供的仪器仪表调试电路,有问题可以和实验指导老师交流解决。在课程和实验结束后,提交“太阳能水温水位控制系统”完整的硬件电路和仿真图。
4.考核方式的改革
传统的理论课考试往往主要以期末一张试卷决定课程的成绩,学生只要对照课程大纲完成相应知识点的复习,就能够获得好的成绩,无从考核学生的动手能力、解决实际问题的能力,导致知识与能力极不协调。[5]而CDIO工程教育模式强调的是学生在工作进程中的能力和素质培养,它关注的是“工作进程”而不是“课程”,因此,以笔试成绩为主的评价标准已不合时宜。为此,笔者尝试了分阶段按项目任务、进度的评价方式进行,在每一个阶段都按照小组完成的任务给出一个合理评价,并指出其不足之处,帮助制订改进方案,课程结束时进行小组答辩,最终成绩按“阶段评价+理论笔试+小组答辩”等来进行评定。
三、结语
CDIO是一种系统的先进的教育理念和人才培养模式,使知识、能力、素质的培养紧密结合,理论、实践、创新合为一体。[6]课程改革实践显示,基于CDIO模式的教学从过去的“以教师为中心,课堂为中心,传授知识为目的”传统教育观念,转变成“以学生为中心,学生学了要会用”的新观念,使学生基于一个真实的项目背景产生学习需要,在循序渐进的认识和提高中使学生的设计性探究性活动具有可操作性,亲身体验到了“做中学”的快乐,激发了学生的学习热情,而整个工程项目学习过程以小组方式进行锻炼了他们的团队合作精神,教学质量显著提高。
参考文献:
[1]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究,2008,(3):1-6.
[2]徐吉峰.基于 CDIO 理念的 EDA课程教学模式改革与实践[J].中国电力教育,2010,(34):125-126.
[3]徐存东,余丽红.基于 CDIO 理念的嵌入式系统课程教学改革的研究[J].长春理工大学学报,2011,(7):178-180.
关键词:
大学生;心理资本;电路课程;启发式教学
一、引言
心理资本最早出现在经济学、社会学和投资学等领域,其中,国外研究学者卢坦斯、霍森和阿沃利奥对心理资本学的研究影响最为广泛。卢坦斯在积极心理学和积极组织行为学的理论依据上,提出心理资本实质是个体以一种积极的心理状态应对成长和发展过程中所面临的事物及挑战。主要表现为两个方面:一是个体面对挑战时,自信十足,并能付出一定的努力获取成功;二是个体以一种积极的态度面对现在和未来,对目标有一种坚持不懈的精神,面对困难时,能快速调整自己并超越困难,从而获取成功。卢坦斯等学者还认为,个体会有一些可以成为个体潜在的心理资本的能力,如情感能力、认知能力及更高层次的能力(精神性、勇气及真实性),这些能力以协同的方式作用在个体上,帮助个体以积极的态度面对困难、从而超越困难。对心理资本的研究开启了人力资源管理研究的新方向。近年来,不断有学者将心理资本的内涵引入学习领域。各种研究表明,学生的学习效果与心理资本之间存在着一定的正相关关系。2012年,学者周利霞在前人研究的基础上,提出心理资本的各种表现与学生的学习成绩、心理健康、心理倦怠等方面有直接的关系,并指出研究心理资本对学生的学习领域具有重要的意义。提高学生的心理资本可以帮助学生取得更好的学习成绩,形成健康的、积极的心理状态,有效避免学习倦怠,提高学习效能。
二、基于心理资本的电路课程教学组织与设计
传统的教学必须有教学组织与设计,这是教授大学专业课的主要手段。本课题基于心理资本的启发式教学的具体方案,将从教学的目标,教学的重点、难点,教学过程的设计,归纳总结,布置作业,延伸学习及考核等常规教学载体出发,以电路课程教学为例,将心理资本思想贯穿到教学的各个环节。
1.教学目标。以学生的心理行为特征为根本出发点,根据学生的“最近发展区域”,为学生提供一些与教学目标相关的、带有一定难度的内容,从而提高学生的积极性,发挥学生的潜在能力,超越学生最近发展区域,从而到达下一个发展水平。基于心理资本的启发式教学使得学生在学习专业知识技能与方法的同时,具备适应新时代所需要的终身学习能力。通过基于心理资本的日常课堂教学,正确引导学生树立积极的、浓厚的责任意识与成就动机,让学生在学会学习的同时学会思考、判断和选择,以积极主动的态度寻找适合自己发展的道路,解决生活中的各种困境。总之,基于心理资本的电路课程启发式教学目标不仅要教会学生专业知识,更要教会学生如何自主学习。
2.教学重点。基于心理资本的启发式教学使学生的学习着眼于方法与过程、知识与技能,激发学生的创新能力以及对电路基础理论的应用能力,以满足现代社会对应用型人才的需求。
3.教学难点。兴趣是最好的老师。心理资本课堂教学以提高学生学习兴趣、锻炼学生的批判性思维为教学难点。电路理论的基础知识是生活中必不可少的部分,可通过讲解日常生活中常见的电路使学生尽快地掌握。如分析交流电路,可以让学生讨论为什么要用正弦波而不用方波、三角波?为什么采用三相交流电而不是两相或四相交流电?在工业用电中,世界各国采用的交流电的频率为什么不同?为什么电网频率一般采用50Hz或60Hz,而不采用过高或者过低的?一方面,这些是学生应该掌握或了解的电气知识,另一方面,学生对这些司空见惯但熟视无睹的知识一下子产生了兴趣,课堂气氛得到改善,学生会仔细观察,认真思考,将所学与日常生活联系起来。通过对常见基础知识的补充,拓宽了学生的知识面,提高了学生分析问题、解决问题的能力,进一步激发了学生的学习潜能。
4.教学过程设计。本环节主要通过新课导入和讲授实现教学统一。在新课导入阶段,除了采用温故知新的方法外,更应重点阐明新知识点的背景,将最新科研成果与最新生产实践及时补充到课堂中。比如,在讲解非正弦周期电路时,向学生介绍关于电网谐波污染和谐波治理等热点知识;在讲解变压器时,可以给学生介绍电能无线传输等目前研究的热点。
5.归纳小结。总结教学目标,教学重点、难点,将培养学生心理资本的教育与电路理论课程的学习相结合。归纳小结是一个从抽象到具体的过程,使学生认识到,如果考研应如何继续深入学习,如果就业应如何在实践中加以应用。
6.作业布置。结合课程内容,除了可以布置课后基础练习题外,还可以有计划、有目的地引导学生利用计算机软件对电路知识进行验证和拓宽实践,为后续专业课学习及毕业设计奠定基础。教师要鼓励学生一题多解。一方面,可以检验学生对知识点的掌握情况,另一方面,通过作业反思教学效果,从而在新的教学中加以改进。
7.延伸阅读。通过此环节,使学有余力的学生开阔了视野,为其提供了一种方向性的引导,使学生学会自我学习,自我挖掘,不断完善,为适应新型社会创造条件。
8.课程考核。通过对此环节的设置,检验学生的学习效果和教师的教学效果。考核方式及内容要参照教学目标及教学大纲的设定,主要考查学生是否能灵活应用电路的基本理论知识。可通过日常教学中的不同方式及阶段来提高,并对各阶段的考核结果进行反思,促进教学方法的改进。
三、基于心理资本的电路课程教学实施
培养具有扎实基础的通用型人才,需要对课堂教学进行合理的组织与安排。可以从以下五个方面着手实施:由新课的背景知识及应用案例导入新课;引入仿真软件对所学知识点进行验证;设计一些综合性的实验;增强课堂互动性;使用网络平台及时答疑。为验证大学生心理资本在电路课程教学中的效果,可以从实例出发进行课堂教学设计。戴维南定理是电路理论中的一个重要定理,也是相对比较抽象的定理之一,被学生称为“太为难”定理。通过本课的学习,使学生理解戴维南定理的基本内容,学会运用戴维南定理分析复杂电路;培养学生初步的仿真实验技能,提高分析问题和解决问题的能力,为后续课程准备必要的基础。重点是运用戴维南定理求解电路的方法和步骤,难点是戴维南定理等效参数的计算。通过举例说明,教会学生在什么情况下、如何使用戴维南定理。在归纳小结环节,提醒学生注意:戴维南定理解题步骤一般为分离—等效—组合—求解;戴维南定理适用于有源线性二端网络,非线性不适用;戴维南定理为对外等效,常用于复杂电路网络中求解某一条支路电压、电流或功率的场合。
四、结论
本文通过对大学生心理资本的讨论及概述,研究了基于心理资本的电路课程的传统教学设计的八个环节,最后以电路课程中的具体知识点——戴维南定理为例,详细介绍了基于大学生心理资本的电路课程启发式教学过程及目的。该实例已经在课堂上检验过,效果极佳。
作者:傅文珍 张今朝 张建新 熊远生 单位:嘉兴学院机电工程学院
参考文献:
[1]张嘉敏.基于心理资本的大学专业课启发式教学研究[J].高等教育研究,2015(32):40-44.
[2]周利霞.大学生心理资本问卷编制及其相关因素研究[D].上海:上海师范大学,2012.
作者简介:杨宇(1976-),女,工程硕士,上海电机学院通信工程系讲师
通信电子线路课程是电子、信息类相关专业重要的专业基础课,有很强的理论性、工程性和实践性,对于技术应用型本科院校学时压缩、学生基础薄弱、技术技能要求高等矛盾,笔者在不断地思考和探索,提出以下改进措施。
一、课程体系扩展教学
通信电子线路不仅是电子信息学科的一门专业课程,而且与学科中众多课程有着密切相关的联系。比如,电路分析和模拟电子线路课程为通信电子线路提供了电路分析的知识基础,信号与系统课程为其提供了信号分析的基本方法,同时通信电子线路又是通信原理课程的基础。此外,通信电子线路还与高等数学、大学物理、电磁场与天线等课程有着必然的联系。如果相关基础课程没有掌握,学习通信电子线路课程就一定困难重重。应用型本科教学对理论教学没有传统的本科教育的要求高,学生学习知识不能很好地融会贯通,只在该课程的立场上理解问题,这导致学生在学习通信电子线路课程时感觉压力很大。课程体系扩展教学就是在讲课过程中,帮助学生建立各课程之间的联系,以一个学科体系为背景,让学生建立课程的知识架构,理解学习内容。在进行通信电子线路课程的教学中,适时对基础知识回溯教学,引导学生用已学基础知识解决通信电路问题。同时,在通信电子线路教学中,讲述实际应用可以帮助学生展望后续课程的教学内容,提高学生对通信电路的认识和实用掌握。在教学中,提出课程体系的概念,能帮助学生全面了解学科的研究内容和未来的方向,为学生指明学习的方向。
二、具体措施
1.精炼基础,引导引入
由于学生课程基础不牢,所以教师要在教学中用精炼有效的描述带学生复习回顾基础知识,并正确引导学生运用基础知识理解分析通信电子电路的知识点。比如,在笔者讲述谐振回路的过程中,对于电路中的电阻、电容、电感的参数等,从其高频应用的模型进行介绍,并结合电路分析课程中三者的特性;在讲解高频小信号谐振放大电路时,先复习模电中基本放大电路的结构和分析方法,总结知识要点,展示其与高频放大器之间的相同之处,引出高频放大电路的学习知识点,使学生可以很快进入学习状态。
2.引问题,重结论
通信电子线路课程知识点分散,理论性强,又对基础要求高,对于应用型本科学校的学生来说,一直是难点。要解决这个问题,就需要先缓解学生心中的畏难情绪。在教学中,教师要多设计一些具有启发性的有趣问题,让学生在思考中学习,激发学生的学习兴趣。同时,在讲解问题的过程中,尽量避免冗长的公式推导,重要的是问题的结论,要能形象地描述出结论,持续激发学生的学习兴趣。比如,怎么理解LC回路的谐振状态?LC回路失谐是呈现什么特性?在讲解时,公式的推导很多,学生懒得看或深究,实际谐振状态就是回路输出参量最大时的状态,可以结合小学自然课上桥梁共振的现象,帮助基础不扎实的学生理解和掌握谐振的结论。讲失谐时回路是容性还是感性,由于学生基础不扎实,容易混淆,可以并联回路为例,讨论电容、谐振电阻、电感三条之路并联,可以理解为不同的频率信号选择不同的三条路,频率较低的选择电感,频率较高的选择电容,频率适当的(谐振频率)选择电阻通道,这样学生就较易理解这部分的结论。
3.合理运用现代化教学手段
计算机仿真技术迅猛发展,对于电路设计领域具有开拓意义。在通信电子线路课程的教学中可以适当运用此技术,在课堂上展示通信系统模块电路的运行和结果,加深学生对内容的理解,提高教学效果。通信电子线路作为电子信息相关专业的专业基础课,地位毋庸置疑。笔者结合自身多年的教学工作,不断探索适合的教学方法,希望对课程改革有一定促进作用。
参考文献:
[1]李萍.高频电子线路课程教学的思考与改革探索[J].科技与企业,2014(9).
随着信息革命的深入发展,新型器件和集成电路的使用越来越广泛,其电子电路也越来越复杂,越来越精密,技工院校培养出来的学生将来在企业的一线工作,也要具备一定的绘图和读图能力,利用辅助工具来完成工作已经成为行业的必备,一般与电子方面相关的技术人员基本要求“熟悉各类数字、模拟电路及PCB设计工具”。在教学中我们选择了Protel99se这款软件来讲授,它具有丰富的编辑功能、强大的自动化设计能力、完善的检测工具和灵活的设计管理手段。
传统的教学中注重的是知识的系统性和学科内容的完整性,这种方法按照课本给出的知识结构来安排教学。但这种方法在技工院校和职业院校中实施起来非常困难,教学效果很不理想。通过不断的实践在教学中引入项目教学法,师生通过共同实施一个完整的“项目”,以任务驱动作为核心组织教学过程,以知识够用为度,将教学过程从理论导向转移为实践导向、能力导向。这种做法在教学中充分体现了以学生为主体,教师在授课过程中充当的是指导者、帮助者的角色。从而提高了学生在课堂的参与程度,也大大提高了课堂的效率。结合技工院校学生的特点以及自己的教学经验,对项目教学法在Protel99se中的应用加以简单的分析。
一、学情分析
在我国目前的教育体制下,进入技工院校学习的同学多是不善于进行理论学习的孩子,他们普遍对课本知识反感,理论课时经常出现只有几个学生在听老师讲课,其他大部分学生则是睡觉,聊天,看手机,看小说。但是在实训课上,需要动手的时候,学生则是普遍兴趣较高,甚至有些孩子为了完成一件作品,中午饭让同学带回来以节约出时间。在电力拖动课程中,有学生利用废旧的导线制作手机架等小制作,电子技术课上也能自行焊接电路,而且布线整齐, 焊点漂亮。可见我们的学生是一些心灵手巧的孩子,只是他们不喜欢枯燥的理论学习而已。
二、项目教学法的实施
1.项目任务
项目教学中,项目的选择是最关键的环节,在课前精心设计项目实训任务书,让学生在一个项目中完成一个个小任务,每个任务都包含了教学目标所需求的知识点,操作方法和技巧,这样可以引导学生循序渐进地完成一个项目,让学生在做中得到清晰的思路和方法,在练中得到锻炼和总结,使“学,做,练”得到完美的结合,再加以总结,这样学生能够在理解的基础上更加牢固的掌握知识。
按照教学体系要求,教学过程中体现实际工作过程。以任务为驱动,从问题中心开始,到任务中心结束,使学生通过带着问题学习、按着任务驱动,完整体验实际完成任务的整个过程。本课程共分三大模块。第一模块:Protel基本知识、基本操作;第二模块:电路原理图的绘制、电路原理图元件库的编辑;第三模块:印制电路板的设计、元件封装的绘制。每个模块根据知识点划分为几个项目,例如原理图绘制可以分为简单原理图绘制、总线网络标号原理图的绘制,复杂原理图的绘制,层次原理图绘制等几个项目,每个项目中都包含有新的知识点。
2.项目任务实施
教师先利用多媒体把必要的预备知识采用案例教学方法进行讲解,然后转入项目教学实施阶段,再通过局域网教学系统,由一台教师主机控制各个学生的子机。教师在主机上边演示边详细讲解操作步骤,同时教师应根据课堂教学的特点,对于学生自己能够做的事情,可以简单讲解或不讲,对于新的知识点,可由教师逐一解释、示范操作。这样,不仅增强了学习效率,而且可以很好的达到课堂教学效果。
3.评价
学生的学习基础不一,理解力有高低,接受能力也不同,教师在检查学生上传的作业后,应根据学生的具体情况进行分析、总结,及时对学生的学习情况做出反馈和评价。对于做得好的学生加以表扬、鼓励,这样有利于提高学生的学习热情,使学生体验到学习的收获与喜悦,体验到学习过程中的成就感,树立自信心。对学生出现较多错误的地方应重点指出来,防止学生下次犯同样的错误,增强他们的自信心,让学生在一种良好的心理状态下不断学习、不断进步。同学之间也可以互评,找到彼此之间的差距,相互学习、共同进步
4.总结
每次课后都要学生根据评价的结果进行总结,找到自己在学习过程中遇到的问题,以及解决问题的方法,是自己解决的还是通过同学帮助或者老师帮助来解决的,再或者是通过上网查资料来解决的,比较一下哪种方法效果最好,能够让自己对解决过程记忆深刻。同时教师也要在每个项目后进行总结,看项目的设置是否合理,哪些地方需要优化,哪些地方需要老师带领同学一起来进行,从而使项目的设置更加合理,更能体现项目教学的优点。
三、项目教学的收获
学期的实践,发现在教学中引入项目教学法后,教学效果有了较大的改观,主要体现在以下几个方面。
1.学生不再是被动的接受知识,而是变得积极主动的去探索新知识,充分调动了学生学习的积极性。
2.不再是以教师为核心的课堂,学生成为课堂的主导,教师在课堂中充当的是指导者和指导者的角色。
3.课堂不再紧紧围绕课本来展开,而是围绕着一个一个的项目来展开,课本作为学生查阅相关知识的资料,本着够用、会用的原则选择性的学习书本知识。
4.学生在学习过程中充分体会了学习知识的乐趣,每完成一个任务,完成一个项目,学生们都非常有成就感,这样更加激发学生学习的热情,这样的正反馈,使教学效果大大的提升。
参考文献
[1]赵志群.职业教育工学结合一体化课程开发指南[M].清华大学出版社,2009.
[2]徐国庆.职业教育项目课程开发指南[M].华东师范大学出版社,2009.
作者简介:吴显金(1971-),男,苗族,湖南凤凰人,中南大学信息科学与工程学院,讲师。(湖南 长沙 410083)
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)14-0073-02
“电工学”是一门非电类专业的技术基础课程,它包含了电路分析、电器控制、模拟电子技术和数字电子技术四部分,有着内容多、知识面广、理论抽象等特点。[1]正因如此,学生在学习“电工学”课程时常常感觉知识点多,不容易理解,前后知识不能融会贯通,学习时缺乏激情与兴趣,考试后很快忘记,达不到教学培养的目标,更谈不上应用所学知识去解决生活中所碰到电学问题。出现这种现象的原因一方面是由于教学过程中往往只注重理论知识本身的分析与讲解,缺少实际应用与实践,从而使学生认为学无所用,缺乏学习激情;而更主要的原因则是在教学过程中教师往往只注重对定理、方法的讲解,忽视了对定理、定律产生背景的分析,更没有从方法论的角度去引导学生寻找一般规律。因此,学生在整个学习过程中容易感觉所学知识点前后孤立而无法将所学知识有机地联系在一起,只能为了应付考试而机械地背记知识内容,达不到对知识的深刻理解与掌握。
实际上,“电工学”课程内容中允满了许多科学的思维方法。非线性特性的线性化、分解与叠加、动态化为静态、对偶及等效变换是最常用的思维方法。如果教师在教学过程中能够对不同的思维方法进行概括和总结,并引导学生将这些思维方法贯穿于整个学习过程,则可以帮助学生理解所学理论的本质,使得学生能够自行归纳和总结知识点之间的内在联系与规律,从而增强对所学知识的记忆,将知识融会贯通,形成自己独有的认知结构。此外,思维方法的引导还可以进一步让学生掌握化复杂为简单的一般方法,从而能够创造性地利用已学方法去解决未知问题。
一、非线性特性的线性化方法
含有非线性元件的电路是非线性电路,对于非线性元件或非线性电路的分析都较为困难。而非线性特性的线性化方法是在某些特定条件下可以将非线性元件转化为线性元件,将非线性电路转化为线性电路,从而采用线性化的理论与方法来进行分析和计算。如二极管、双极型晶体管都是非线性元件,因此含有二极管和双极型晶体管的电路都是非线性电路。但在小信号条件下,由于小信号引起的二极管导通压降的变化量和流过电流的变化量的伏安关系可以看成是一小段直线,因此此时的二极管就可以看成是线性元件。同样,在小信号条件下,双极型晶体管可以用一个由电阻和受控电流源所组成的小信号模型来等效,此时双极型晶体管就变成了线性元件,含有双极型晶体管的基本放大电路也就变成了线性电路,因此可以用线性电路的分析方法对放大电路做静态分析和动态分析。动态分析中的微变等效电路法实质上就是小信号条件下非线性电路线性化后的一种动态分析方法。
二、分解与叠加的方法
分解与叠加的方法本质上是把复杂事物分解成简单事物的一种简化方法,其最典型的应用就是叠加定理。叠加定理对含有多个电源的复杂电路分解成单个电源或分组电源的简单电路,则求多个电源共同作用下复杂电路的响应就可转化为求单个电源或分组电源的简单电路响应,最后再将求得的量相加。
除此之外,分解与叠加的方法还分别运用在非正弦周期信号电路、动态电路、基本放大电路、运算放大电路等电路的分析中。[2]在非正弦周期信号电路中,先需要进行谐波分析,求出非正弦周期信号电源的直流分量和各次谐波分量,然后再求出直流分量和各次谐波分量分别单独作用时所产生的电压和电流,最后将属于同一支路的分量进行叠加得到实际的电压和电流。在一阶动态电路的分析中电路的全响应可以分解成零输入响应和零状态响应之和。基本放大电路则可以分解成直流通路和交流通路,电路中的电压或电流瞬时量则是直流分量与交流变化量之和。信号加法和减法等运算放大电路的分析与计算也可以看成是多个信号单独作用时电路输出相加的结果。
三、动态化为静态的方法
在电路分析与计算中对于随着时间变化而变化的物理量如何描述和计算是困难的。如果直接采用瞬时值来描述,由于其值不固定,因此通常没有任何意义;而采用变化量的瞬时值表达式,则计算时将会很麻烦。动态化为静态的方法是采用固定不变的恒定量来表示变化量,并用该恒定量的计算来代替变化量的计算。
动态化为静态的方法应用之一就是用有效值来描述交流电的大小,用相量来表示正弦量。对交流电有效值的定义的目的就是用一直流电的数值去计量交流电的大小。而对于按正弦规律变化的正弦量来说由于其三要素中的角频率在线性电路中基本不变,可以不用考虑,因此在表示正弦量时只需要幅度和初相位即可。如果一个复数的模等于某一正弦量的幅度并且复数的辐角等于该正弦量的初相位,则这个固定的复数就可以表示该变化的正弦量。
动态化为静态的方法应用之二就是交流电路的分析。相对于直流电路,交流电路的分析与计算是学生最难理解和最难掌握的内容之一。除了概念多外,对于交流电路分析方法难以掌握的主要原因还包括:一是电路中的电压和电流不仅是变化量,而且通常还存在相位差;二是电路中不仅有电阻,还有电感和电容,元件类型多,且具有不同的伏安关系。采用动态化为静态的方法则可以将交流电路的分析和计算转化为直流电路来进行。对于一个给定的交流电路,只要将电路中的正弦量用相量表示,电阻、电容和电感统一用阻抗来表示,则阻抗具有类似于直流电路中电阻的性质,得到交流电路的相量模型。对相量模型的分析和计算完全可以用直流电路学过的基尔霍夫定律、支路电流法、节点电压法、叠加定理、戴维宁定律等进行,并且分析、计算步骤完全与直流电路的分析与计算步骤相同,唯一不同的是此时的计算是相量和阻抗间的复数计算。
动态化为静态的方法另一个应用是一阶电路的暂态分析。对于一阶电路的暂态分析采用三要素法。三要素法的实质就是求初始值、稳态值和时间常数。对于电容电压和电感电流的初始值是根据换路定律用换路前一瞬间的电路求出,而其他响应的初始值则是用0+等效法用换路后一瞬间的电路求出。无论是换路前一瞬间的电路还是换路后一瞬间的电路实际都是电路处在稳态,因此求初始值的方法实际是直流电路的分析与计算方法。稳态值和时间常数则是电路换路后到达新的稳态时求出的值,其求法也仍然是直流电路的分析与计算方法。
四、对偶方法
非严格意义上的对偶是指两类变量在性质或结构上具有类似的形式。
电工学中许多变量、电路和定律都具有对偶的性质,[3]如短路与开路、电阻与电导、电感与电容、理想电流源与理想电压源、受控电流源与受控电压源、电阻串联与并联、基尔霍夫电流定律与基尔霍夫电压定律、支路电流法与结点电压法、戴维宁定理与诺顿定理、串联谐振与并联谐振、感性电路与容性电路、有功功率与无功功率、三相电源的星形接法与三角形接法、星形负载与三角形负载、零输入响应与零状态响应、NPN型晶体管与PNP型晶体管、数字电路中的数字逻辑公式等等。可见,利用对偶性可以帮助学生掌握记忆规律,减少记忆量。
五、等效方法
电工学中的等效方法是基于伏安特性的等效。现有电路1和电路2,如果这两个电路都能够向电路3提供相同的工作电压和工作电流,则对于电路3来说,电路1等效于电路2。
等效方法是电工学中电路分析的一种重要方法,其典型的应用是戴维宁定理。利用戴维宁定理可以将含有一个或多个电源的有源二端网络等效为一个电压源和一个电阻作串联,从而将复杂电路转化为简单电路,以便于计算和分析。而且戴维宁定理特别适合于工程上的应用,在实际应用时只需用万用表测量出二端网络的开路电压和无源时的等效电阻,就可以得到戴维宁的等效电源模型。
在电路分析时,还可以利用等效方法化简电路。如将戴维宁电源模型与诺顿电源模型相互转换,以便将电压源串联或电流源并联;对于电压源与其他元件的并联则可等效为电压源本身;电流原与其他元件串联可等效为电流源本身。
除此之外,还可以在三相电路分析中利用等效的方法在已知电路中添加外部电路以使电路看起来更加完整、清晰和明白。例如,在学习对称三相电路中对称三相负载性质时,要求出负载的线电压和相电压、线电流和相电流的关系。对于初次学习的同学来说,往往对只画出三相负载的电路看不习惯,而更习惯于看包含有三相电源的完整电路,因此经常纠缠于与三相负载所连接的三相电源究竟是星形连接还是三角形连接。事实上,从等效的概念可知,三相电源无论是星形连接还是三角形都可以,只要能够向三相负载提供相同的线电压就不会影响到分析结果。因此,如果三相负载为星形接法,则可以外补一个星形连接的三相电源;而三相负载为三角形接法则可以外补一个三角形连接的三相电源,以构成一个完整的电路,这样构成的电路十分便于选择合适的回路进行分析和计算。
六、结论
“电工学”教学中,教师不仅要讲解知识点本身,还应该对知识点所牵涉到的思维方法进行概括、总结和引导,使学生在理解定理、定律及方法本质的基础上能够自行归纳总结,掌握基本的分析规律与方法,对所学知识融会贯通,真正做到学得“活”,记得“牢”。
参考文献:
[1]唐介.电工学[M].北京:高等教育出版社,2005.
2.理论联系实际,提高学生学习兴趣电工电子技术涉及的一些内容较为抽象,学生理解起来比较困难,在具体讲解时可以理论联系实际,提高学生学习兴趣,更好地掌握所学知识点。例如在学习电路的结点和支路时,可以把结点和支路用日常生活中常见的马路和十字路口作比喻,一条马路就是一条支路,十字路口或丁字路口就是一个结点等等,简单明了,学生很容易理解。在讲到功率时可以联系家用电器,每个家用电器用电功率是多少,再联系到所在教室空调功率是多少,根据空调功率的大小让学生计算上两节课的耗电量,由于有实际例子,所以对于用电量的计算公式很容易记忆,再根据当前电价计算出上两节课所需支付的电费,进而鼓励学生要认真学习,节约用电,做到下课关灯关空调的好习惯。在讲到RC电路的应用时,RC电路可作为滤波器,在教学过程中可联系实际生活。先抛出一个问题:现在学生都有手机,他们手机有的用中国移动网络、有的用中国联通网络、还有的用中国电信网络,并且每个运营商又有2G网络、3G网络,但为什么打电话没有出现彼此相互干扰呢?这样可以提高学生的兴趣,先让他们思考一会,然后请学生回答一下原因,再结合实际回答情况给出答案,即滤波器起了作用。国家给每个网络运营商都分配了固定的频带范围,每个网络都有自己的基站,基站有滤波器,会自动滤除不属于自己频带范围的信号。而讲到三相电路时,可以联系具体家庭用电知识,更好地掌握星形联结和三角形联结特点及计算方法,尤其对于星形联结方式还分为有中线(也称作地线或零线)即三相四线制和没有中线即三相三线制的情况,结合我们照明电路,让学生思考照明电路能否去掉中线?再根据理论分析,可以从理论上完全得出结论:照明电路是不能去掉中线的,也就是说我们实际民用负载一定要采用三相四线制,这样才能保证负载都能正常工作;在学习用电常识时可以联系当前由于用电不当引起的火灾事故或触电事故,和同学一起学习一些基本用电常识,甚至可以延伸到一些自然灾害如地震的避难常识,这样既能提高学生的学习兴趣,又能让他们学到实际有用的知识。
3.创造良好的课堂情境有兴趣的问题,可使学生对学习产生浓厚的兴趣,并产生强烈的求知欲,从而进一步调动学生学习的积极性和自觉性。例如在讲到暂态分析时,就可以从日常生活中的一个实例开始,先让学生思考白炽灯、日光灯打开和关闭时的特点,这时学生注意力就吸引过来了,开始回答问题,课堂气氛马上活跃起来。但课堂气氛活跃的同时,要注意课堂效果,不能让学生停留在新鲜好奇上,每一个教学情境的创设都要紧紧结合教学内容。几分钟时间后,教师就可以总结出白炽灯、日光灯打开和关闭时的特点,白炽灯开关一打开就马上亮起来,一关闭就马上熄灭;而日光灯不管在打开还是关闭时都有一个过程,那为什么同样是照明负载,他们现象会有这么大的区别呢?紧接着这个问题后就可以引出本次授课的知识点:暂态过程。
4.总结所学知识点,让学生更好更快地掌握所学新内容在讲解过程中,一定要善于总结所学知识点,让学生更快更好地掌握所学新内容。例如在讲到电路分析中的电源等效变换方法时就可总结出三要素法,可以强调等效变换过程中时刻注意三个要素:内阻不变、电压源的大小等于电流源的大小乘以电阻的大小、电压源的正方向为电流源电流流出的方向。而在讲到单一参数的交流电路时,电感元件和电容元件容易混淆,怎样分别记忆他们的电压和电流相位关系呢?引导学生只需要记住关于电感和电容电压电流的伏安关系式即可。从伏安关系式就可以看出,电容电流是电压的微分,所以电流超前电压90°;电感电压是电流的微分,所以电压超前电流90°。也就是说针对这两种单一参数元件,哪个电量是另一个电量的微分,哪个电量就超前另一个电量90°。通过总结知识点,让学生知道重点和难点,在课后复习时也能抓大放小,更快地掌握所学内容。
二、组织好实验教学,为更好地掌握课堂知识做铺垫
“电工电子技术”作为一门实践性很强的课程,实验是展示其教学魅力的有效手段,它化枯燥为生动,化抽象为具体,化平淡为神奇,为理解和掌握好新知识创造条件。所以一定要把握好实验教学的效果,为更好地掌握课堂知识做下铺垫。例如在学习电路分析方法中的叠加原理时,很多学生容易混淆不作用的电源处理方法,把恒压源和恒流源处理方法记反,通过实验可以掌握不作用的恒压源的处理方法,而恒流源处理方法则相反,这样就不会在学习中混淆,更好地掌握了该方法。
三、开展考试改革,提高学生平时学习的动力
“电工电子技术”课程是以现代电工电子技术的基本知识、基本理论为主线,以应用为目的,在保证科学性的前提下,删繁就简,使理论分析重点突出、概念清楚、实用性强。通过本课程的学习,使学生掌握近代电工电子技术的基础知识,以及进行电工实验研究的基本技能,为后续课程的学习及今后从事电类各学科领域的学习和工作打下坚实的基础。但针对目前大学现状,再加上该门课程有关知识点比较抽象,使得学生学习积极性普遍不是很高。除了在课堂上提高效率之外,还要从纪律上约束学生,提高平时考核所占的分数比重。例如增加平时练习的机会,把练习成绩计入平时成绩;另外,对于课堂发言积极的学生、勇于上台练习的学生还可以进行奖励平时成绩的政策。这样,双管齐下,一定能提高学生学习兴趣,让学生把这门课程学好。