戴 偉，陳 娟，郭曉麗，王 寧，姚子豪

（南通大學(xué)電氣工程學(xué)院，江蘇 南通226001）

1 電氣專業(yè)的挑戰(zhàn)與新工科建設(shè)

電氣專業(yè)作為傳統(tǒng)專業(yè)，理論體系上強電弱電、軟件硬件相結(jié)合，具有學(xué)科交叉性質(zhì)。但隨著網(wǎng)絡(luò)、人工智能與電氣技術(shù)的深度融合，智能制造的興起，也使得全行業(yè)面臨升級及結(jié)構(gòu)調(diào)整的挑戰(zhàn)。

為應(yīng)對新科技和產(chǎn)業(yè)革命對工程科技人才培養(yǎng)提出的新要求，全球范圍內(nèi)興起了新一輪工程教育改革，推出了一系列重大工程教育改革計劃，尤以中國發(fā)起的“新工科”和美國的STEM教育引人注目[1]。新工科專業(yè)是以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心，涵蓋了大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈等相關(guān)的工科專業(yè)。通常將其分為新型工科、新生工科、新興工科三類專業(yè)[2]。而其中的新型工科專業(yè)，就是針對傳統(tǒng)現(xiàn)有工科專業(yè)這些“存量”，結(jié)合產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展需要，通過智能化、信息化或其他學(xué)科的滲透，從而轉(zhuǎn)型、改造、升級“更新”成的。相較于傳統(tǒng)工科，其具有按需培養(yǎng)、產(chǎn)教協(xié)同、科教融合、學(xué)科交叉的屬性，培養(yǎng)的是符合新興產(chǎn)業(yè)需求的實踐、創(chuàng)新能力強、具備國際視野的高素質(zhì)復(fù)合型工科人才。

2 電氣專業(yè)課程體系現(xiàn)狀分析

人才培養(yǎng)作為大學(xué)的基礎(chǔ)性功能，人才質(zhì)量直接決定著國家、民族的未來，而課程設(shè)置則直接影響人才培養(yǎng)的質(zhì)量。要培養(yǎng)合乎新時代需求的專業(yè)人才，首先就需要建立科學(xué)、合理的課程知識體系，使學(xué)習(xí)者具有扎實的理論基礎(chǔ)和前瞻性的專業(yè)思維，能從更高的層次上重新認(rèn)識本學(xué)科的知識，促進(jìn)學(xué)科的發(fā)展[3]。

一方面，電氣專業(yè)是以電子、電磁等物理學(xué)分支為基礎(chǔ)，涵蓋電子、計算機、電力工程、通信、控制等子領(lǐng)域的一門工程學(xué)，包含了系統(tǒng)分析、設(shè)計、開發(fā)以及管理與決策等研究領(lǐng)域。課程體系涵蓋面較廣，專業(yè)內(nèi)容較分散，多學(xué)科融合明顯?，F(xiàn)階段在智能制造、綠色能源等需求引領(lǐng)下，各高校電氣本科專業(yè)課程內(nèi)容非常多。但由于受到總學(xué)時限制，課程體系出現(xiàn)基礎(chǔ)學(xué)科課時被壓縮、專業(yè)課內(nèi)容過于寬泛，造成學(xué)生實際水平與就業(yè)能力、專業(yè)技術(shù)發(fā)展不相匹配。另一方面，由于課程各自都強調(diào)自身知識結(jié)構(gòu)的嚴(yán)密性，而忽略了各課程間的聯(lián)系，促使學(xué)生只能被動掌握各課程知識和技能，不能靈活應(yīng)用已學(xué)知識和技能，對概念和知識的理解被局限在各門課程框架內(nèi)，限制了其思維、綜合運用和工程實踐能力。同時，內(nèi)部知識脈絡(luò)的復(fù)雜性，也進(jìn)一步導(dǎo)致課程之間的關(guān)系與聯(lián)系難以直觀體現(xiàn)。因此，在教學(xué)實踐中，經(jīng)常會有學(xué)生對課程在整個體系中的具體作用產(chǎn)生疑問，更難以從全局上把握課程的前后關(guān)聯(lián)。

因此，需要在總量不變的前提下，順應(yīng)新工科學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)目標(biāo)，明確課程之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，除舊更新，完善課程設(shè)置。

3 電氣專業(yè)課程關(guān)聯(lián)性的可視化

一般而言，合理的課程設(shè)置表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)內(nèi)容合理。需要遵循知識先后順序，圍繞培養(yǎng)目標(biāo)相互配合、相互協(xié)作，內(nèi)容上相互關(guān)聯(lián)、支撐，能夠在不同體系下發(fā)展同一種技能。這些都導(dǎo)致專業(yè)課程之間往往具有復(fù)雜的知識點關(guān)聯(lián)，且關(guān)聯(lián)的緊密程度也不盡相同，這種順序性、整體性、關(guān)聯(lián)性和連續(xù)性往往不易被覺察，因此難以迅速厘清。

思維導(dǎo)圖模式的出現(xiàn)，為呈現(xiàn)這種復(fù)雜關(guān)系提供了簡便手段。思維導(dǎo)圖（Mindmap）也稱作心智圖，是由世界記憶之父托尼·巴贊通過模擬腦神經(jīng)生理的學(xué)習(xí)互動模式構(gòu)造的一種發(fā)散性思維工具。其通過可視化的圖表的方式，還原大腦思考和產(chǎn)生想法的過程，展現(xiàn)個體概念間的互相關(guān)系。

利用思維導(dǎo)圖模式，就可以便捷地表達(dá)課程間的復(fù)雜聯(lián)系。首先，根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)梳理知識體系，并確定相應(yīng)課程；其次，確定課程先修和后續(xù)關(guān)系；再次，利用思維導(dǎo)圖工具對課程關(guān)聯(lián)實現(xiàn)可視化；最后，利用可視化關(guān)系進(jìn)行課程體系優(yōu)化。

思維導(dǎo)圖模式下，能夠清晰表達(dá)課程之間的前后關(guān)系與關(guān)聯(lián)程度，為體系的調(diào)整與完善提供直觀的科學(xué)依據(jù)。又由于其本身是一個開放系統(tǒng)，可以很直觀地添加和消除相應(yīng)概念節(jié)點，并通過圖表表達(dá)的連接關(guān)系的變化，清晰地觀察改變所帶來的影響。

4 基于可視化的課程關(guān)聯(lián)性分析

以某大學(xué)電氣專業(yè)電機學(xué)課程為例，利用思維導(dǎo)圖工具Xmind7.5，圖形化構(gòu)建課程間關(guān)聯(lián)關(guān)系，如圖1所示。其中，課程方框左側(cè)連線和箭頭線均表示其關(guān)聯(lián)的前序課程，課程方框下的分支線表示其關(guān)聯(lián)的后續(xù)課程。圖中電機學(xué)的前序課程為“高等數(shù)學(xué)A”“復(fù)變函數(shù)”“大學(xué)物理”“電路分析”“電路原理實驗”“電磁場”。其中電磁場與其聯(lián)系最為緊密。最緊密的后續(xù)課程為“電力系統(tǒng)拖動”“ANSOFT應(yīng)用”“電力系統(tǒng)分析”“電力電子技術(shù)”“電機實習(xí)”“電力工程”“發(fā)電廠電氣部分”“電氣工程新技術(shù)專題”。

圖1 電機學(xué)課程關(guān)聯(lián)性思維導(dǎo)圖

通過對課程關(guān)聯(lián)性的進(jìn)一步分析，就可以為電氣專業(yè)教學(xué)體系優(yōu)化提供科學(xué)支撐。

4.1 為教學(xué)改進(jìn)提供參考

在新工科建設(shè)目標(biāo)下，人才培養(yǎng)圍繞社會、產(chǎn)業(yè)需求確定；專業(yè)實踐能力結(jié)合產(chǎn)教融合、合作教育等方式培養(yǎng)；思維創(chuàng)新能力以科教融合為手段，利用研究性、項目式教學(xué)等方式塑造；跨界整合能力則通過學(xué)科交叉、問題導(dǎo)向的課程、跨學(xué)科合作學(xué)習(xí)等方式提升。結(jié)合以上目標(biāo)，對課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梳理，就可以獲得優(yōu)化課程內(nèi)容的參考信息。以綜合課程設(shè)計為例，研究發(fā)現(xiàn)其選題缺乏產(chǎn)業(yè)背景，與產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和需求結(jié)合不緊密；設(shè)計目標(biāo)過于側(cè)重電學(xué)知識，而缺乏系統(tǒng)、產(chǎn)品的概念；對于機械、材料、成本等其他學(xué)科因素考慮不足。這些都為今后教學(xué)內(nèi)容完善提供了改進(jìn)方向。

4.2 為優(yōu)化課程設(shè)置提供決策支持

利用思維導(dǎo)圖模式，結(jié)合人才培養(yǎng)目標(biāo)，可以便捷地實現(xiàn)對課程體系的調(diào)整。其具有靈活的開發(fā)特性，便于增減課程分支，并動態(tài)呈現(xiàn)體系調(diào)整帶來的影響。結(jié)合新工科建設(shè)目標(biāo)，用思維導(dǎo)圖對電氣專業(yè)課程體系梳理后，發(fā)現(xiàn)部分專業(yè)課程仍然延續(xù)傳統(tǒng)的設(shè)置模式，導(dǎo)致“電氣工程”專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)與培養(yǎng)規(guī)格之間缺乏連貫性，整體的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)較為零散，承接關(guān)系和結(jié)構(gòu)聯(lián)系不清晰，內(nèi)容缺乏整體設(shè)計。課程體系中對人工智能等目前影響巨大的技術(shù)體系缺乏系統(tǒng)介紹，而只是零散分布在新技術(shù)專題課程中，受到學(xué)時限制，學(xué)生學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性、體系性不足，難以建立完整的知識框架。這都將會導(dǎo)致課程體系對培養(yǎng)新工科目標(biāo)的支撐度不夠，學(xué)習(xí)的深度和廣度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到人才培養(yǎng)的要求。

4.3 為學(xué)習(xí)效果預(yù)測提供指導(dǎo)

在教學(xué)實踐中，準(zhǔn)確預(yù)測學(xué)習(xí)效果，一直是一個難題。課余時間利用率、基礎(chǔ)程度對成績均有顯著的影響，而且基礎(chǔ)程度比課余時間利用率對成績的影響更大[4]。利用課程關(guān)聯(lián)關(guān)系結(jié)合前序課程的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，為教師和學(xué)生提供一種簡便預(yù)測課程教學(xué)效果的途徑。

思維導(dǎo)圖可以清晰地表現(xiàn)前序課程與當(dāng)前課程聯(lián)系的緊密程度，越緊密，則對當(dāng)前課程的影響越大。對于學(xué)生而言，結(jié)合前序課程學(xué)習(xí)成績，就可以判斷在學(xué)課程通過的可能性，從而提前合理分配學(xué)習(xí)精力。特別是對于基礎(chǔ)較差的學(xué)生，則起到學(xué)習(xí)預(yù)警的作用。對于課程教師而言，可以結(jié)合教學(xué)班級在前序課程學(xué)習(xí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，確定學(xué)生總體基礎(chǔ)水平，從而合理調(diào)整自己的教學(xué)重點、方法，做到因材施教，提升教學(xué)效果。

5 結(jié)論

基于思維導(dǎo)圖模式的課程關(guān)聯(lián)性分析方法，能夠通過可視化方式，清晰地顯示課程之間的關(guān)聯(lián)性、關(guān)聯(lián)的緊密程度，便于在教學(xué)決策中結(jié)合新工科人才培養(yǎng)需求，完善課程體系設(shè)置；根據(jù)學(xué)生關(guān)聯(lián)課程學(xué)習(xí)情況，分析課程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，改變以往主觀經(jīng)驗判斷的局限性，實踐因材施教的教育理念。分析學(xué)生學(xué)習(xí)知識點的薄弱環(huán)節(jié)，通過教學(xué)重點提點，在后續(xù)學(xué)習(xí)中實現(xiàn)對前序?qū)W習(xí)的反饋，促進(jìn)整個知識體系的良性構(gòu)建和互動，從而培養(yǎng)出符合新時代需求的復(fù)合型人才。