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作者简介:曹玉苹(1982-),女,山东单县人,中国石油大学(华东)讲师,博士,研究方向为电工电子学基础课程教学;刘润华(1958-),男,山东梁山人,中国石油大学(华东)教授,研究方向为电工电子学基础课程教学;刘复玉(1963-),男,山东潍坊人,中国石油大学(华东)副教授,研究方向为电工电子学基础课程教学;贺利(1972-),女,四川广安人,中国石油大学(华东)讲师,研究方向为电工电子学基础课程教学;周兰娟(1978-),女,山东德州人,中国石油大学(华东)讲师,研究方向为电工电子学基础课程教学。
基金项目:山东省高等学校教学改革项目“电类基础课程自主性、探究性教学方法的研究与实践”(编号:2012145),主持人:刘润华。
为了提高工程教育人才培养质量,2010年教育部了《教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见》,中国石油大学(华东)是第一批获批卓越计划的高等院校之一。卓越工程师的核心能力是创新能力和工程实践能力。为了培养具有一定创新能力和较强工程实践能力的本科毕业生,有必要面向卓越工程师教育培养计划研究切实可行的教学方案[1-3]。高等院校非电类专业普遍开设了“电工电子学”课程,结合卓越工程师教育培养计划,制定了教学改革方案。因此,针对中国石油大学(华东)石油工程、化学工程与工艺等专业开设的少课时“电工电子学”课程,分析课程教学中存在的问题,研究适合于非电卓越工程师教育培养计划的教学改革方案。
中国石油大学(华东)的“电工电子学”课程已成为部级精品课和部级精品资源共享课,形成的部级教学团队在教材建设、理论教学和实践教学等方面取得了一定研究成果。针对新时期卓越工程师的教育需求和少课时的客观条件,现有教学方案存在以下不足:
少课时“电工电子学”课程教学内容只包括电路的基本概念、定律和分析方法、正弦交流电路、电路的暂态分析、常用半导体器件、基本放大电路、集成运算放大器及其应用和数字集成电路及其应用[4]。在实际工程应用中,石油工程、化学工程与工艺等非电工程师需要面对测量与控制系统、变压器、电动机、直流稳压电源等典型电工电子设备。因此,如何在现有教学内容的基础上有效融入实际应用电路或典型设备是需要解决的关键问题[5]。
实验电路多为针对单一元器件的典型电路,不具有明确的应用功能[6]。实验内容以验证电路的工作原理为主,未涉及故障情况的分析和处理。由于实验时间有限,损坏器件会影响成绩或经济赔偿,学生无法根据兴趣对电路的故障特性进行测试半岛游戏官方网站入口。因此,如何增强实验电路的实际应用背景是亟待解决的关键问题。
实际工程应用中只有问题,需要工程师自己确定采用何种方式分析哪些参数。而现有考试已在题目中明确指出电路分析方法和需求的参数,导致学生脑海里只见公式,不见知识体系,只见单个独立的方法,不见各方法的对比与综合。因此,如何通过合理设置考核方式引导学生培养应用能力和创新思维是需要解决的关键问题。
针对上述问题,从教学内容、教学方法和考核形式等方面进行研究,探讨适合卓越工程师教育培养计划的少课时“电工电子学”教学方案。
1.结合专业特色介绍自动控制系统。如针对化学工程和工艺专业介绍炼油厂分布式控制系统,针对石油工程专业介绍采油控制系统。通过接触工程实践中的系统,使学生建立完整的电工电子系统的概念,不仅拓宽了视野而且调动了学习积极性。
2.结合生活场景介绍电路的设计和制作过程。如以空调的温度检测和控制系统为例(如图1所示),介绍项目需求、功能分析、电路设计、电路制作和调试等环节,使学生从宏观上建立模块化分析和设计的概念,有利于学生对所学零散知识进行有机整合。
3.在相关理论章节融入实际应用电路或典型设备。如在电感元件部分引入变压器,在三相交流电路部分引入三相变压器和三相异步电动机,在二极管元件部分引入直流稳压电源等。典型应用电路增强了理论知识的实用性,不仅能够调动学生的学习兴趣而且有助于培养学生的实际应用能力。
1.为了体现实验电路的应用功能,对实验电路的规模进行扩大。以“一阶RC电路过渡过程的研究”为例,该实验主要观察电阻和电容端电压的波形,电路缺乏实际工程意义。可以在现有器件的基础上增加555定时器以构成脉冲信号发生器,学生重点研究一阶RC电路,同时了解应用广泛的555定时器,明确一阶RC电路的实际工程应用价值。
2.在实验预习环节增加软件仿真,学生通过仿真软件模拟实验内容。为了了解故障电路的特点,模拟元件短路、开路、电容容量衰减等典型故障。学生还可以根据个人兴趣和爱好对电路进行改造,观察信号的变化半岛游戏官方网站入口。通过软件仿真不仅满足了学生尝试改变电路的好奇心,而且使学生了解了故障电路的特点,有助于在实际操作中快速解决故障。
对于非电工程师,“电工电子学”课程教学的重点不是讲授深奥的理论,而是培养学生将电工电子基本知识应用于各自专业的工程实践能力。因此,应研究有效的教学方法,以使学生能够在实际工程问题面前有章可循地联系所学知识和方法。
为了解决具体问题,应首先介绍电路的基本元件、基本概念、定律和分析方法,其中基本元件不仅包括电路分析中的基本元件还包括模拟电子技术中的基本元件。学习完这部分内容之后,学生就具备了自主分析电路的基础。然后选择既在生产和生活中具有实际应用价值又能够覆盖主要教学内容的典型案例,引导学生将案例需求作为研究目标,将各个功能模块作为研究内容。教师按照功能模块组织教学内容,针对每个功能模块讲授涉及的典型电路,引导学生利用所学知识设计功能电路。由于石油工程专业、化学工程与工艺等专业对电路硬件制作要求不高,所以只对电路进行仿真调试,不进行硬件制作和调试。典型案例如空调温度检测和控制系统,该系统涉及温度检测(热敏电阻)、比较(集成运算放大器)、延时(暂态分析)、发光报警(二极管)、声音报警(555定时器和功率放大)、继电控制、直流稳压电源等环节,能够覆盖主要教学内容。
在理论知识的学习中,引导学生提炼电工电子工程师实现功能设计的深层次思维内涵。例如逐次逼近型模数转换器体现了逆向思维,戴维宁定理体现了黑箱建模的思想,启发学生利用这些思维方式分析问题解决问题。
对融入相关理论章节的典型工程应用电路或设备,重点介绍外部特性和关键原理,启发学生自主思考,通过查阅资料和讨论理解工作原理。如变压器,主要讲授电能和磁场能的互相转换原理,剩余内容由学生自学完成。
课堂上涉及的工程应用案例有限,可以启发学生思考如何利用典型案例解决同一类型问题。如介绍空调温度检测和控制系统,引导学生尝试设计炼油厂反应器压力检测和控制电路、有害气体报警器等。
近年来普遍采用的多元考核方式有作业、半开卷考试、课程论文等,根据卓越计划特点对考核方式进行优化,以重点培养学生的科学素质和创新思维。
现有的电工电子学作业大多是抽象和简化的电路,实际工程意义已被省略。为了紧密联系工程应用,应大量增加具有实际工程背景的作业。作业题目应介绍实际应用背景、电路模型与实际器件的对应关系。如一阶线性电路暂态分析作业采用延时继电器,二极管作业采用整流电路,集成运算放大器的作业采用变送器中信号变换和放大电路等。该类型的作业不仅能够使学生明确理论知识的实际应用,而且有助于培养学生的数学建模能力。
由于电工电子学技术已经渗透到现代化生产和生活的方方面面,一些基本知识和方法随时可以用到,需要牢记。传统的闭卷考试容易误导学生死记硬背应付考试;允许自由携带少量资料的半开卷考试容易使学生产生无需记忆的懈怠心理,导致一些需要牢记的知识和方法没有掌握。为了避免上述问题,可以采用半闭卷的考核方式,即由教师统一提供参考资料。由教师明确哪些知识和方法是需要牢记的(如三相交流电、一阶线性电路的暂态分析等),哪些知识和方法在应用时可以查阅资料(如常用中规模组合逻辑电路和时序逻辑电路的功能表)。对于后者,在试卷中应根据需要提供资料。
为了引导学生建立完整的知识体系,对题目要求进行改革,不再明确指出利用什么方法求哪些参数,而是由学生根据应用需要自行确定哪种方法最优、哪些关键参数需要分析。这种类型的题目有助于学生明确方法的使用特点、公式的适用条件,培养严谨的科学精神。
为了培养学生的科学规范和创新思维,设置课程论文环节。结合典型电工电子产品讲授什么是创新以及创新的重要性。由学生自主选定生活中的电气电子产品作为研究对象,查阅资料、独立思考并撰写论文。要求阐述所选产品的主要工作原理,指出存在的问题,展望发展方向。学生利用幻灯片做报告,回答提问。该课程论文利用所学知识分析实际电路,不仅有助于激发学生的学习兴趣,而且拓宽了视野。启发学生分析电子产品存在的问题,培养学生发现问题的能力。根据需求启发学生分析电子产品的发展方向,培养创新思维。
从卓越工程师教育培养计划的需求出发,研究少课时“电工电子学”课程的教学内容、教学方法、考核方式的改革方案。对于课程论文环节,学生选题不仅有传统的电热毯、收音机、LED显示屏等传统电子产品,还出现了移动电源、智能手环、心脏起搏器、电吉他等新兴产品,丰富了教学内容。教师针对学生困惑进行解答,并指导论文写作规范,学生科学素养得到培养和锻炼。课程实践表明,该方案能够有效激发学习兴趣,提高理论知识的实际应用能力。该教学方案也可以推广到其他少课时专业基础课,提高学生的实际应用能力。
[1]林健.谈实施“卓越工程师培养计划”引发的若干变革[J].中国高等教育, 2010(17):30-32.
[2]王宝玺.关于实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].高校教育管理, 2012(1): 15-19.
[3]王菁华,等.“‘卓越计划’123模式”的创建与实践研究[J].高等工程教育研究,2012 (3):47-52.
[5]黎明,付扬.少学时电工电子学课程教学改革探究[J].实验技术与管理, 2010(11):292-294.
展会概况:世界各国著名的电力电子企业均普遍看好俄罗斯市场并云集该展会,参加该展是中国电力电子出口企业开拓此市场的最快捷有效的途径!
展览范围:电力产品;电子控制系统、电缆走线管、电缆接线盒、电气绝缘材料、漆包线、电磁线圈、变压器、电缆及附件、接口技术电子产品、布线系统、户外箱体、整体安全机房、电气工程管理设计软件、仪器仪表、建筑电器、墙壁开关、照明产品、太阳能及其它新能源产品;电气产品
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展览范围:消费电子(绿色家电、视听、3D电视、IT产品等)展区;平板显示、LED照明及显示技术产品,触摸技术展区;集成电路IC、电子元器件展区;智能通讯网络系统产品与技术,智慧装备行业,智慧家居生活产品与技术展区;物联网技术产品应用,云计算半岛游戏中心,互联网展区;教育电子产品与教育信息化展区;汽车电子产品与汽车信息化展区;绿色环保产品与研发设计展区
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展览范围:3.5G/LTE/4G、宽带、超小型化移动基站、光纤到户、基础设施与网络技术、网络电视、移动上网、移动通讯与应用、定位服务、无线技术、卫星通讯,天线等。
展会概况:由国家商务部、信息产业部、教育部、国务院振兴东北办、科技部、国务院信息化工作办公室、中国贸促会、辽宁省人民政府联合主办,大连市人民政府具体承办的目前国内最高规格、最具实效和最具国际影响力的IT行业年度盛会。
展览范围:软件部分:基础软件、支撑软件、应用软件、系统集成解决方案、嵌入式软件、信息安全、集成电路(IC)设计;信息服务部分:服务载体、服务外包、评估认证咨询培训、数据处理、软件维护、软件测评、定制开发;新兴信息技术部分:云计算、物联网、移动互联、数字技术、互联网应用、 商业智能、新电子商务、智能终端、人工智能、新媒体。
展会概况:向移动通信行业专业人士和热衷移动产品的消费者展示尖端技术、产品、设备和应用;云集资深移动通信业界专业人士,提供见解独到的主题演讲,特色专题讨论会和世界级的互动交流机会;应用程序开发人员可以通过该活动学习和拓展当前移动应用程序市场的相关知识;针对以移动技术为核心的营销和广告规划之创新活动,连接市场营销专业人士及运营商。
展会概况:同期活动:中国国际智慧城市暨物联网技术高峰产业论坛、数字电视内容服务创新论坛、光纤入户发展论坛、智能社区创新论坛、城市智能交通技术与实践论坛、智慧城市管理论坛、个人数码产品论坛。
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电线届全国电磁兼容学术会议暨上海国际微波理论、电磁兼容、射频及天线技术展览会
展会概况:主要包括电磁兼容、射频技术、微波技术、雷达技术和无限通讯技术等领域。近700家制造企业参展。
展览范围:材料、基板;防雷产品及应用技术、电磁兼容检测、电磁兼容认证、相关RF产品与技术等;元器件;测量装置及加工装置;软件及模拟器;工程技术及生产委托
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展会概况:2013深圳国际物联网技术与应用博览会,是一个关于物联网完整产业链、RFID(无线射频识别)技术、传感网技术、短距离通讯技术、最新移动支付技术、电子标签生产解决方案、读写器开发最新技术、中间件的精确控制技术、及其物联网技术在交通、工业自动化、智能电网、智能家居、物流、防伪、人员、车辆、军事、资产管理、服饰、图书、家用智能化、城市管理、环境监测等领域的全面解决方案和成功应用展示的高级别国际盛会。
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展会概况:目前世界两大4G技术为TD-LTE和FDD-LTE。TD-LTE是中国主导的3G标准TD-SCDMA的长期演进技术,它与另一大标准FDD-LTE采用基于LTE的同一套标准体系,两者共平台设计可以共享研发资源和成果,共芯片终端便于实现全球漫游,从而共享全球用户规模。
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展览范围:面向工业、商业、服务业的信息与智能化应用解决方案;工业信息与智能化;商业、零售信息与智能化;服务业信息化;互联网与电子商务;信息安全技术及服务;物联网技术的企业级应用;嵌入式软件及系统;企业级通信网络技术应用;企业级硬件及多媒体解决方案;ICTSmart city 智慧的城市;面向公共管理、居住生活的信息与智能化;数字化公共管理与服务;智能建筑;智能家居;智能交通;智慧医疗;智慧教育;ICTSmart more 即见的未来;新技术、新产品、新概念;移动互联网技术及各类应用app;3D技术;下一代互联网技术;机器人技术;3S技术;绿色IT(计算机高效节能、环保技术);新潮消费电子、多媒体娱乐、游戏、数码产品配件等;智能城市案例、智能园区案例;院校研究成果展示
展会概况:在首届软博会里,展商数量为177家,同期举办的2012软件产业发展与融合创新高层论坛与2012青岛软件和信息服务产业招商推介会,成效显著,承担国家重大专项的国内重点软件企业、高成长性软件企业,展示企业最新科研成果。
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展会概况:专门面向苹果系统平台的行业展会及会议,为参会人士提供娱乐、培训、通信及企业级应用的深度体验。
展览范围:个人电脑及周边产品,消费电子产品,最新最具创意的软件、硬件、配件、相关技术等
展会概况:通过展览展示、高峰论坛、技术研讨、产品推介、商务考察等方式为各省区市政府、高新区、国内外高新技术企业搭建展示交流平台,全力打造中西部最具代表力的科技成果展示窗口和最具影响力的品牌展会。
展览范围:政府形象及成果展;全国开发区、科研院校科技成果展;低碳环保与能源工业技术专题展;智慧城市技术与应用专题展;半导体照明技术产品专题展;国家十二五规划和战略性新兴产业规划中阐述的战略性新兴产业重点领域和项目,包括节能环保产业、新一代信息技术产业、生物产业、航空产业、航天产业、新能源产业、新材料产业、新能源汽车产业;先进制造业重点领域和项目
展会概况:将进一步整合全球市场机会,举办一系列跨国采购、产业链对接、采购招标等贸易洽谈活动。同期还将举办全球瞩目的“2013第十二届国际情报显示学术大会(IMID)”“IT综合产业研讨会”“信息技术研讨会”“IT电子进出口洽谈会”等相关配套活动,特别是IMID国际情报显示学术大会是世界三大显示技术大会之一,大会每年都邀请世界显示技术领域里500强企业高层参与此次盛会。
展览范围:智能手机,平板电脑,电子书,移动设备;3D半岛游戏中心传感器液晶显示屏、冷光屏、FED显示器;电子元器件组件;生活类电子,商务解决方案;消费类电子;智能工作
展会概况:该展览做为南美唯一的同业展览会,得到巴西及国际知名企业的广泛支持。
展览范围:家庭各类消费电子产品、个人数码电子产品、电脑及电脑周边产品、网络产品、消费类电子配件、电子零件、LED显示模块及光电产品、互连技术及产品、电源设备、车载电子产品电子产品、全球定位系统、通信及无线产品、移动电话、其它相关电子产品及技术等。
展会概况:是欧洲及全球消费类电子产品、通讯及信息电子技术产品领域最重要的国际性展览之一,为欧洲及全球的电子消费品销售商和采购商提供了聚集了解和展示新产品最佳机会和理想场地。
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