电气工程基础课程专题模块化教学改革

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本文分析了电气工程专业基础课常规教学存在的问题，从教学内容专题化、专题教学设计立体化和专题教学实施方法多样化方面探索了专题化教学改革的模式。通过专题化教学，极大地激发了学生的学习兴趣，加强了学生对理论知识的理解能力，提高了学生的工程能力和创新能力。电气工程专业基础课的内容通常比较抽象，涉及很多数学知识和物理概念，因此大部分电气工程专业基础课是较难学又难教的课程。专题模块化教学方法是一种新的教学方式的尝试。在打破原有教材章节体系的基础上，根据教学大纲和学生实际情况，对教材内容进行重新整合，将其划分为相对独立且彼此关联的若干专题，再由一系列工程问题将专题内容前后串联，逐层引发学生积极思考，提高学生解决工程问题的能力，带领学生深层次思考和探究，培养学生的创造能力。

一、电气工程专业基础课常规教学存在的问题

1重理论方法，轻实践问题

大多数电气专业基础课都是以数学作为核心内容，如《信号与系统》中的微分方程的求解、傅里叶变换、拉氏变换、Z变换，《自动控制原理》中的传递函数的求解、根轨迹的画法等，对于初学者来说，很容易让学生忽略了理论方法中的物理含义，而过于注重数学过程。而且大多数电气专业基础课教材都侧重于数学推导，缺乏引导解决实际问题的案例，一些老师在讲课过程中，也过于强调公式的推导和证明，使得学生误认为这些课程为“数学课”，从而望而生畏，也感觉学习这些课程解决不了多少实际问题。

2教材内容分散，教学方法陈旧单一

电气工程专业基础课的内容通常比较抽象，涉及较多的物理概念和数学知识，大多采用以讲授为主的灌输式课堂教学模式。这种传统的教学模式难以突出重点、难点，教材内容分散，很难将知识点关联起来，学生反映理解起来很困难，一旦碰到实际工程问题，往往不知道如何下手，不利于提高学生解决实际问题的能力，许多学生仍采用死记硬背的方式学习，达不到培养学生的应用能力和创新思维能力的目的。

二、专题化教学模式建设

专题化教学以课程内容为引导，选定专题切入，启发学生发现问题、研究问题和解决问题，所以专题化教学必然要经过挑选专题、准备专题、实施专题、深入（引申）专题和总结专题多个阶段，每个阶段需要把握的要素各有侧重。

1教学内容专题化

专业基础课和专业课都具有逻辑性、条理性和连贯性，许多课程知识点之间既有联系，又相对独立，具备这种特点的课程都适合开展专题教学和讨论，但不是每一个知识点都适合作为专题来教学。适合作为专题的知识点必须具备以下特点：（1）具有明确的物理含义和数学机理；（2）具有广泛的工程价值和应用；（3）是教学大纲中需要重点掌握的内容；（4）专题内容大小适中，专题内部自成体系。以《信号与系统》为例，傅里叶变换的频移性质就可以作为一个专题。傅里叶变换的频移性质具有明确的物理含义——频谱搬移，在实际中具有广泛的应用，如调制、解调、复用等，在电气工程专业中，电力线载波通信也是傅里叶变换的频移性质的应用。傅里叶变换的频移性质是需要重点掌握的内容，在《信号与系统》滤波器分析、调制解调应用都需要用到这个性质。根据教学目标和教学大纲精心挑选专题，是通过工程问题引导学生对专业知识进行思考、深入探索和创新的前提，是专题化教学的关键。

2专题教学设计立体化

大多数电气专业基础课教材都侧重于数学推导，若课堂教学仍以数学推导为主要内容和方法，会导致讲课内容枯燥，讲课方法不生动，学生缺乏学习的动力和兴趣。为了激发学生的学习兴趣，理解枯燥的数学机理的物理含义，在专题教学设计方面要立体化。一要为每一个专题设置工程导入环节。针对专题的知识点，建立实际工程应用背景，提出经过简化后的具体实际问题，引导学生深入思考。二要为具有繁杂数学机理的专题提供简单明了的数学推理过程，突出数学机理的物理含义。三要为专题设计多种教学内容呈现形式，如动画分解、图形语音对比、视频知识拓展等多种形式，让课堂生动不枯燥，使专题内容易于理解、印象深刻。四要为专题设计随堂知识点练习和总结。随堂知识点练习设计要精巧，有层次，特别要设计容易混淆的知识练习。而总结是需要学生们在理解的基础上，将教学内容重难点进行归纳，使知识系统化。五要为专题间设计好过渡及联系，发挥学生的主观能动性为各专题绘制知识图谱，认识到各个专题知识之间的联系，做到融会贯通，灵活应用。

3专题教学实施方法多样化

教师课堂讲解、学生课后复习和练习的传统教学方法，虽然能巩固课堂教学内容，促使学生掌握理论知识，但是不能充分调动学生的主观能动性、难以激发学生探索科学问题的热情，因专题相对独立且彼此关联，所以可以采用多样化的教学方法进行探索和实践。引入翻转课堂。专题教学中的每个专题内容适中，卓越工程师班是以小班教学为主，适合翻转课堂激发学生学习的主观能动性。将学生分成多组，每组挑选一个教学专题，为每组专题预先引入问题，学生课前预习后，到讲台上讲解本专题中的基本知识、针对性回答引入问题，并阐述在学习过程中遇到的难以理解的问题，引入课堂讨论，重在启发、引导、激发学生的思维。这样既可以让学生提前预习教学专题的内容，锻炼学生的逻辑思维能力和表达能力，让学生参与到教师的课堂教学中来，又可以暴露出学生难以理解的问题，教师和学生可以通过讨论来重点讲解这些问题。移入工程问题驱动教学。在教学中针对某一具体知识点，建立实际工程应用背景，提出经过简化后的具体实际问题，引导学生深入思考,应用本专业课程中的知识点去进行数学建模，然后进行理论分析，解决实际工程问题，能激发学生的学习兴趣，充分调动和发挥学生学习的主观能动性。增加前沿问题调研环节。为引导学生了解和跟踪学科发展方向，增加了学科前沿问题调研环节。此环节允许学生结合个人兴趣，查找信号处理、电力信息、网络等领域当前热门的研究课题。调研环节不局限于电力系统专业，不局限于专业基础课书本上的知识，通过演讲和讨论的形式，组织学生相互交流，拓展知识面。调研环节能够充分调动学生主动学习的积极性，培养学生的自主学习能力和调研能力，培养报告撰写、展示汇报等基本技能。采用“雨课堂”教学方式构建互动教学氛围。采用“雨课堂”教学方式，任课教师可以将带有慕课视频、习题、语音的课件推送到学生手机，课堂上实时答题、弹幕互动，让学生及时反馈，做到课前—课上—课后每一个环节师生沟通互动。

三、结语

本文结合卓越工程师试点班学生的实际情况，阐述了专题化教学改革的过程，从教学内容专题化、教学设计立体化、教学方法多样化三个方面进行论述。在教学内容上，精心挑选专题，突出物理意义和工程应用；在教学设计上，设计工程问题导入、简化数学推导、呈现方式多样、建立专题间知识导图；在教学方法上，调动学生的主观学习能力，引入翻转课堂，前沿学科的调研环节，采用“雨课堂”构建互动教学氛围，培养学生的各方面能力。

作者:杨玲君 王静 秦亮 马莉萍 单位:武汉大学电气工程学院 武汉大学电气与自动化学院