韓素敏 謝東壘 張 偉

(河南理工大學 電氣工程與自動化學院， 焦作 454000)

隨著教育部出臺的教高〔2019〕8號文，明確指出一流課程建設要提高課程的高階性、挑戰(zhàn)度和創(chuàng)新性[1-2]。根據(jù)2020年5月教育部出臺的關于課程思政建設的教高〔2020〕3號文精神，課程思政是實施一流課程的有效策略和重要途徑[3-4]。對于專業(yè)實驗實踐課程，要注重學思結合、知行統(tǒng)一，增強學生勇于探索的創(chuàng)新精神、善于解決問題的實踐能力[4-5]。這說明：課程思政不僅應在理論課中如鹽入湯，在實驗教學中更應貫徹始終。

河南理工大學“電路理論”課程在2018級培養(yǎng)方案修訂之后，將獨立設課的“電路測試技術”改為課內的“電路”實驗。分兩個學期開設，實驗學時由原來的24+12縮減為12+8個學時，壓縮學時不壓縮內容。實驗課由于實驗考核復雜、學時逐步減少，師資投入不足、設備折舊頻繁等原因，導致實驗驗證性和低階性內容較多，實驗教學方式單一且陳舊，實驗流程和報告流于形式，實驗成效不明顯[6-9]。

“電路”實驗在培養(yǎng)學生的電工儀表操作、電量測試、電路主要理論的分析驗證、綜合設計，以及實驗探究和電工測試等方面有非常重要的作用。尤其在實驗中如何突出立德樹人，貫徹價值塑造和知識傳授、能力提高三位一體的目標，是當今形勢下需要亟待解決的問題[3-10]。結合“電路”實驗的培養(yǎng)目標，梳理傳統(tǒng)電路實驗的教學內容和體系，挖掘其中蘊含的育人元素，提出五步實驗教學法打造有溫度的電路實驗課程。

1 打磨實驗內容，挖掘思政元素

根據(jù)河南理工大學電氣、自動化專業(yè)的培養(yǎng)方案，“電路”實驗內容主要有：電工儀表實驗裝置的使用，理論驗證，現(xiàn)象、特性的測試和觀察，方法探究和設計應用四個方面。涉及到的實驗項目如圖1所示。

圖1 “電路”實驗體系及思政元素

在“電路”實驗體系中，一項重要的內容是電量測試，電路連接。其中涉及到220/380 V交流電，直流電源、電壓源和電流源等電源設備。電壓源不允許短路，電流源不允許開路，先調零再開關，斷電源改電路。在元件、電路連線和測試操作中，更應該遵循嚴格的規(guī)則和步驟，按照原理圖連線，檢查無誤方可送電；交流表測交流，直流表測直流；實驗結束，嚴禁一把抓，規(guī)整儀表和導線，恢復如初。這些安全用電、愛護設備、保護公共財產的思政內容豐富且顯而易見，不僅涉及到人身安全，而且關系到職業(yè)道德和職業(yè)素養(yǎng)，專業(yè)精神和嚴謹作風，在實驗全過程應進行不斷熏陶和反復洗禮。

在定理驗證模塊中，由理論指導實驗，先理論分析計算，后確定實驗方案并進行實驗測試。這是一般的步驟，更應養(yǎng)成習慣，升華為素養(yǎng)。實際數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)會存在一定可接受的偏差，這種偏差的原因是什么呢？這些實驗內容包含工程師處理問題的工程近似觀點，也包含著實事求是的作風。而工程近似和實事求是本就是實驗的兩種方法，兩種方法在對待偏差問題上表面上是對立的，但偏差在可接受的范圍內認為是符合理論的，又代表了統(tǒng)一的實質。這種工程觀和辯證觀在實驗過程中不斷強化，從而真正地深入學生心間，內化后形成價值觀。

在現(xiàn)象、特性測試模塊中，則包含利用實驗方法來探索未知世界的一種行之有效的手段。采用電壓電流法測試無源元件的伏安特性；利用三表法測試交流負載的參數(shù)；采用順串和反串，結合三表法測試互感系數(shù)；對三相負載可采用不同接法得到三相負載的功率。對于工科電類學生來說，實驗是一種極為有效的方法，也是一種工程素養(yǎng)。這種素養(yǎng)也代表工匠精神和鉆研精神，是工程師對待專業(yè)的一種情懷和擔當。

在方法探究和設計應用模塊中，需要學生采用電路的基本理論、主要儀表，設計實驗方案，通過數(shù)據(jù)分析論證實驗方案，得到相應結論，提出設計改進思路。該模塊中對知識能力的要求比較綜合，需具有應用和設計能力，一般結合仿真軟件和實驗共同完成。該模塊中不僅要求理論分析、方案設計、仿真驗證、實物落地等完整的設計流程，實驗中可能會經歷數(shù)次失敗才能成功，無數(shù)次的糾錯方能使理論深入人心。其中蘊含著工程師的創(chuàng)新精神、以堅忍不拔的毅力實現(xiàn)職業(yè)理想，這種毅力和精神是未來技術創(chuàng)新和科技強國的源泉，也是電類專業(yè)同學的職責和使命。

根據(jù)以上內容挖掘出了圖1的思政元素，以安全用電、職業(yè)道德拓展到規(guī)則意識、行業(yè)安規(guī)等的元素浸潤貫穿整個實驗過程，如圖1第1圈；在不同的實驗項目中涉及到儀表使用、測試、連線，則不斷強化專業(yè)精神和嚴謹作風，如圖1第2圈；在理論驗證模塊則突出理論和實驗的辯證觀點，實事求是和工程近似的觀點，如圖1第3圈；在特性測試模塊，則突出工程師的工程素養(yǎng)和其鉆研精神；在設計應用模塊，則突出創(chuàng)新精神和堅忍不拔的不服輸精神。每個模塊內容都包含外圈的思政元素，每個內圈都含有更高層次的思政元素，第4圈則形成了電氣類專業(yè)引領和科技強國的思政元素。從基本的遵循行業(yè)規(guī)則到行業(yè)的基本方法和工程素養(yǎng)，再到堅忍不拔創(chuàng)新精神的優(yōu)秀品質，而最后達到熱愛專業(yè)，獻身專業(yè)的價值引領效果。

2 五步實驗教學方法

在挖掘思政要素的基礎上，借助互聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)代教育技術，從教學設計、授課方式、考核內容等方面不斷進行融合探索，潛移默化地將思政元素融入到實驗教學環(huán)節(jié)中。探索出“育人目標指引-理論啟發(fā)先行-實驗方案預設-實驗現(xiàn)場修正-實驗報告分析”的五步實驗教學法。圖2給出了以二階電路暫態(tài)響應的研究為例展開的五步實驗教學法。

圖2 五步實驗教學法案例展示

2.1 挖掘思政元素，凝練育人目標

二階電路暫態(tài)響應屬于電路分析中的難點內容，涉及電路建模、二階微分方程的求解計算等內容，其響應的物理變化過程與電路的參數(shù)密切相關。而實驗中需要用到信號源不斷復現(xiàn)這個暫態(tài)過程，其參數(shù)的調節(jié)與理論計算可能不符合，需要對實際電路元器件的模型和實驗誤差有較深刻的認識。需有堅忍不拔的毅力和創(chuàng)新鉆研精神、反復調試才能得出實驗結果，并體會到“電路”實驗帶來的溫度和態(tài)度。所以堅忍不拔和創(chuàng)新精神是本實驗主要突出的價值塑造目標。

2.2 發(fā)布實驗內容和要求，完成理論分析

如圖3所示RLC串聯(lián)電路，其要求如下：

圖3 RLC串聯(lián)電路

(1)設計RLC串聯(lián)電路實驗，獲得零輸入和零狀態(tài)響應。

(2)調節(jié)參數(shù)，使暫態(tài)過程分別為振蕩、非振蕩和臨界振蕩。

(3)利用示波器觀察三種情況下的波形，記錄波形并進行分析。

根據(jù)以上要求，需完成理論的復習，具體內容和要求如表1所示。

表1 RLC電路暫態(tài)響應理論及實驗預習要求

學生通過發(fā)布的要求，必須完成理論分析，思考如何通過實驗實現(xiàn)數(shù)據(jù)測量和理論驗證。

2.3 實驗方案預設

實驗方案預設要求學生根據(jù)實驗內容和要求，完成表2所示的內容。

表2 實驗方案預設的內容和要求

根據(jù)理論分析及仿真實驗結果修正參數(shù)、思考實驗和仿真的不同點，完善實驗步驟。

2.4 實驗現(xiàn)場局部修正和數(shù)據(jù)獲取

實驗環(huán)境以及儀表、元器件的參數(shù)均會使結果出現(xiàn)偏差，需要實驗中在保證安全的情況下不斷嘗試、實事求是，堅信理論能夠指導實踐。在這個過程中，需要完成表3所示的內容，以達到不斷鉆研和創(chuàng)新，不斷實踐的目的。

表3 實驗現(xiàn)場嘗試和探索方向

2.5 完成數(shù)據(jù)分析

包括實驗數(shù)據(jù)計算和統(tǒng)計，理論和實驗誤差原因分析，總結實驗中的收獲和啟發(fā)，實驗中領悟到的精神和思想。

采用五步法實驗教學法需要學生投入大量的時間和精力來進行思考、設計、評價、修正、創(chuàng)新等高階性內容，切實將被動性實驗轉變?yōu)橹鲃有詫嶒?，如?～3中粗體部分展示了高層次部分的要求。

3 結語

“電路”實驗在大學電氣類培養(yǎng)方案中起到非常重要的作用，不僅有效支撐理論，使學生在理論的指導下增強設計和創(chuàng)新理念，而且熏陶學生實事求是和工程近似的科學方法，培養(yǎng)鉆研精神和創(chuàng)新精神，最終達到引領專業(yè)使命和科技強國的崇高理想目標。通過挖掘實驗體系中蘊含的思政元素，并按照低層、中層和高層，逐層推進，逐步熏陶。提出“育人目標指引-理論啟發(fā)先行-實驗方案預設-實驗現(xiàn)場修正-實驗報告分析”的五步實驗教學法，以典型案列深入演繹五步過程，真正打造有溫度的“電路”實驗課。