智能制造體系電工學課程改革與課程思政實踐

董明杰　余悅

［摘 要］ 智能制造工程專業集機械、制造、材料、測控、電氣、控制、計算、通信、物聯網與智能科學等為一體，是具有鮮明多學科交叉特點的前沿科技。在此背景下，如何快速對電工學類課程進行改革，以適應智能制造工程新專業的要求，并在其中貫穿課程思政相關內容，成為高等學校教育所面臨的一個重要問題。以“電路原理與系統Ⅰ”為例，系統闡述在智能制造工程專業建設的過程中，如何對該課程進行教學內容、教學方式的改革，以及如何在課程改革、授課過程中貫穿課程思政的內容，不僅增強學生對科學知識的理解與應用，而且培養工科類學生在實際工作過程中的責任與擔當，為以后的科研、學習、工作奠定基礎。

［關鍵詞］ 智能制造工程；電路原理與系統；課程改革；課程思政

［基金項目］ 2022年度北京工業大學課程思政示范課程培育項目“電路原理與系統I”（KC2022SZ003）；2022年度“（校撥）思想政治理論課程專項建設經費-材料與制造學部”（048000513106）；2022年度北京工業大學教育教學研究課題“‘創新創業教育教學改革專項”（ER2022GGZX009）

［作者簡介］ 董明杰（1989—），男，山東海陽人，工學博士，北京工業大學材料與制造學部副教授，主要從事康復機器人研究；余 悅（1993—），女，河南新鄉人，工學博士，北京工業大學材料與制造學部講師，主要從事電力電子系統與焊接電源研究。

［中圖分類號］ TM133 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2023）24-0044-04［收稿日期］ 2022-06-21

引言

按照新工科建設的要求，課程既要突出基礎性，又要強調其工程實踐性，還要與學生專業背景有機結合，突出專業特色［1］。因此，在新工科背景下，研究電工學類課程的教學模式與課程建設對于構建符合新時代中國特色的專業人才培養體系、遵循以人為本的育人理念、踐行立德樹人根本任務、培養合格的社會主義接班人具有重要意義［2-3］。而在新工科背景下，電工學類課程如何達到“金課”高階性、創新性和挑戰度的要求，在課程教學中實施創新和改革，是一個值得思考的問題［4］。此外，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育教學全過程［5］。因此，有必要在課程改革的過程中貫穿課程思政，將習近平新時代中國特色社會主義思想融入育人體制［6］。

在新工科建設的大背景下，北京工業大學材料與制造學部成立了智能制造工程專業，集機械、制造、材料、測控、電氣、控制、計算、通信、物聯網與智能科學等為一體，具有鮮明的多學科交叉特點，旨在國家及北京市智能制造產業升級需求牽引下，培養智能制造工程專業人才。本文以“電路原理與系統Ⅰ”課程為例，系統地闡述面向智能制造工程新專業建設，對課程內容做的改革與創新，以及在其中貫穿的課程思政內容體系。

隨著新工科的發展，眾多一線教師進行了課程改革和課程思政方面的探究。在課程改革方面，有通過分析電工學類的課程特點與現狀，進行基于智慧課堂的電工學類課程教學模式研究與實踐［7］。有通過線上線下學習相結合、采用模塊化教學、創新實踐教學環節等方面進行以學生為中心的電工學類課程教學改革探索［8］。有通過融合多種教學方法、虛擬仿真技術融入課程各環節教學、精選科研內容為課程教學案例擴展學生的科研思路等方法進行電工學課程教學改革［9］。在課程思政方面，紀安平等［10］通過思想政治理論課教師加入課程思政改革團隊、有機融入新技術發展、部分科學機理合理利用馬克思主義基本原理加以闡釋、有機融入科學史以增強榜樣示范作用等方面進行課程思政教學改革；劉加萍等［11］采用問題導向策略，結合講授法、互動法、體驗法等將思政元素轉化為學生的思想元素，做好“教書育人、育人為先”思政教育，運用現代信息技術，實現智慧工具與課堂教學深度融合。

考慮到“電路原理與系統Ⅰ”是智能制造工程專業的一門學科基礎必修課，是后續其他各門電類課程和相關專業課程的基礎，旨在為機電類本科生打下學習電氣與電子技術的理論基礎，所以，結合本課程的特點，以培養學生實際應用知識、樹立正確價值觀為目標，對該課程改革與課程思政示范實踐進行探討。

一、“電路原理與系統Ⅰ”課程內容改革舉措

“電路原理與系統Ⅰ”是北京工業大學材料與制造學部面向智能制造工程專業大二學生開設的學科基礎必修課，從2020年開始實施，共32學時，并且配置了32學時的“電路原理與系統實驗”課程。課程采取研究型教學手段，強調啟發性和實踐性，在講授電路原理與系統相關理論知識的同時，培養學生分析問題和動手實踐的基本技能。同時，課程還涉及了電路原理與系統實驗以及Multisim仿真軟件的教學，采用交叉授課的方式，讓學生從所學到所用快速過渡，培養其動手能力和知識應用能力，為自學、深造、拓寬和創新打基礎?！半娐吩砼c系統Ⅰ”課程，結合之前機械工程專業“電工電子技術-1”的教學內容，做了如下課程改革。

（一）理論授課內容整理、優化

之前開展的機械工程專業“電工電子技術-1”課程主要利用32學時講解電路的基本概念與基本定律、電路的分析方法、電路的暫態分析、正弦交流電路、三相電路、磁路與鐵心線圈電路、交流電動機七章內容，該部分內容雖然涵蓋了電路原理的基本知識，但其中部分內容過于陳舊，需要進行適當的優化、調整，以跟上信息化的快速發展?；诖丝紤]，結合智能制造工程專業的培養目標，對“電路原理與系統Ⅰ”的授課內容進行了調整，除了整合“電工電子技術-1”的部分內容外，還加入了一部分模擬電路知識，主要包括：電路的基本概念與基本定律、電路的分析方法、電路的暫態分析、正弦交流電路、三相電路、磁路與鐵心線圈電路、繼電接觸器控制系統、半導體器件、基本放大電路、集成運算放大器、電子電路中的反饋、直流穩壓電源共十二章內容，并且摒棄了前六章內容中過于陳舊的部分，同時結合該專業的培養目標，來闡述本課程中每一部分內容的實際應用，以增強學生對理論知識的理解。且本門課程改革后，通過將之前的“電工學Ⅰ”中電路原理部分和“電工學Ⅱ”中上半部分模擬電路內容壓縮到一門課程，保留和添加了與時俱進的內容，精簡了課程內容，大大縮小了學生的課程量。

（二）配套實驗加強理論應用

為了能夠短時間提升學生對“電路原理與系統Ⅰ”理論內容的理解，學校配套了32學時的“電路原理與系統”實驗，旨在幫助學生從掌握理論知識過渡到實踐應用，教授學生掌握Multisim仿真軟件，用軟件來分析、驗證所學電路理論，充分調動學生學習的積極性。同時，教授學生識別各種電子元器件和儀器儀表，學會搭建典型的電路，培養學生掌握機電控制技術方面分析問題和動手實踐的基本技能，能夠適應機械工程領域工作崗位對于電工技術的基本要求。因此，采用先開展16學時的理論課，然后理論課和實驗課同步進行的策略，課堂上將所講解的知識點與實際應用結合起來，讓學生知道為什么要學這些知識點以及如何使用這些知識點，這樣可以更好地調動學生學習的積極性，活躍課堂氛圍。設置的實驗內容主要包括：（1）Multisim軟件使用，疊加定理、基爾霍夫定理驗證試驗。（2）戴維南定理、電源等效變換及實際電源外特性測量。（3）一階電路暫態分析過程的研究。（4）交流電路實驗。（5）集成運算放大器的線性應用。（6）負反饋放大電路。（7）利用運算放大器進行課設。通過配套實驗課，使學生掌握Multisim仿真軟件的使用，能夠對電路系統進行仿真驗證；熟悉常見電氣元件與儀器儀表；熟悉典型電路，能獨立設計和搭建電路，進行電路原理的仿真和測試。通過實驗課的動手操作，學生對理論內容的理解明顯增強了，也熟悉了電氣元件和實際電路。

二、課程思政示范實踐探討

以培養大學生承擔社會主義核心價值觀的歷史使命為目標，在授課過程中，我校主動地進行專業課與思政元素融合，找準課程自身在整個知識體系中的定位及要求，以馬克思主義和習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，對我國電工電子技術現狀進行客觀分析，堅定學生對中國特色社會主義的國家認同、政治認同、文化認同等。結合北京工業大學“電路原理與系統Ⅰ”課程特點，融入思政元素的基本思路和舉措，主要有以下幾點。

（一）理論內容有機融入思政元素，增強學生的家國情懷和社會責任感

針對本門課程十二章的授課內容，其思政內容的融入點分別如下：（1）電路的基本概念與基本定律，通過基爾霍夫電流定律與流體連續性的實踐經驗，引導學生增強理論聯系實際的觀念，培養學生的工程意識和實踐應用能力。（2）電路的分析方法，通過疊加定理，講述團隊協作的重要性，增強學生的凝聚力；并引出戴維寧如何經過幾十年的辛勤工作，發現了應用極其廣泛的著名的戴維寧定理，據此鼓勵學生要有鉆研精神和科學態度，以及為國家奉獻的責任感。（3）電路的暫態分析，闡述事物的發展規律，讓學生明白變化是常有的，穩定才是常態，只要堅定了方向，人生征途中遇到任何波折都只是短暫的插曲；并通過三要素法分析暫態電路學習，讓學生提高從具體問題中歸納總結的能力。（4）正弦交流電路，介紹交流電之父法拉第的成長經歷，鼓勵學生對科學技術知識大膽探索、細心求證，對專業技術精益求精，塑造追求至善至美的職業品質。（5）三相電路和磁路與鐵心線圈電路結合起來，通過變壓器中感應電流會產生熱效應，導致“渦流損耗”來入手，講解事情的兩面性，比如，電磁爐正是利用渦流產生的熱效應加熱食物。（6）繼電接觸器控制系統，講解控制電器件作用，引出社會分工的精細化，以及團隊分工、協作的重要性和必要性。（7）半導體器件，講解PN結的形成是由電子和空穴的運動達到一定平衡實現形成的，如同矛盾的對立統一規律，在對立中實現統一。此外，還可以結合京東方、華為等企業的半導體技術被封鎖以及2018年的美國制裁中興事件，讓學生了解到半導體器件的復雜性和先進性，意識到歐美國家的技術壟斷和技術霸權，使學生認識到中國科技振興任重道遠，必須艱苦奮斗，從而培養學生居安思危的意識、勇于承擔振興科技的責任感，增強學生的家國情懷和政治認同。（8）基本放大電路，以放大電路的原理，以及新工藝在芯片加工中的重要性，增強學生對加工制造業的熱愛，提高其愛國主義情懷和社會責任感。（9）集成運算放大器，結合我國集成電路發展的引領者黃敞的事跡，加強學生的理想信念教育；并結合中美關系背景下的華為困境，鼓勵學生投身集成電路，報效國家。（10）電子電路中的反饋，通過反饋實現自我調節的講解，讓學生意識到生活中的萬事萬物都不是十全十美的，要學會揚長避短，發揮自己的優勢，就像負反饋，雖然損失了放大倍數，但獲得了提高放大電路的穩定性和改善波形失真等優點。（11）直流穩壓電源，講解從交流到直流穩壓的過程，引出科技創新的重要性。此外，根據相關理論內容，介紹相關科學家的成長經歷，鼓勵學生在成長道路中要樹立信心，持之以恒。同時，引導學生正確認識世界，全面了解國情，把握時代大勢，在學習電路基本規律知識的同時，樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀。

（二）完善課程思政教學實驗平臺，通過實驗課培養學生大國工匠精神

充分利用好配套的電路原理與系統實驗課程，堅持以學生為中心，以傳授專業知識為導向，理論聯系實際，加強動手實踐教學，無論是在前六次的驗證實驗還是最后兩次課程設計，都在引導并鼓勵學生要有大國工匠精神，對待科技工作要一絲不茍、精益求精。此外，指導學生積極參與課堂教學、實驗教學改革，培養學生的科學思維能力及其思想政治定力，與思想政治理論課同向同行，在整個教學實踐中貫穿社會主義核心價值觀，以潤物無聲的方式熏陶、激勵大學生的理想信念，把課程思政有機融入立德樹人中心環節，從而實現傳道授業解惑的德智相融的目標。在此基礎上，高校還需要根據教學過程中學生的反饋意見，逐步改進、完善理論教學與實驗課程大綱，開展理論課程教材和實驗手冊教材建設，并以說課的形式不斷提高師資隊伍整體的水平和素質，充分融入課程思政元素。

結語

針對智能制造工程對電工學類課程改革和課程思政的需求，本文以“電路原理與系統Ⅰ”為例，系統闡述了如何對該課程進行教學內容、教學方式的改革，以及如何在課程改革、授課過程中貫穿思想政治教育內容。本研究不僅可以增強學生對知識的理解與應用，而且可以培養學生在實際工作中的責任與擔當，為以后的科研、學習、工作奠定基礎。

參考文獻

［1］羅廷芳，南江，李偉.“新工科”背景下“電工學”課程教學體系的改革與建設［J］.南方農機，2021，52（22）：150-153+157.

［2］李志彬，王瑞榮，王春早.“新工科”建設背景下地方本科院校工程專業創新人才培養［J］.實驗室研究與探索，2019，38（5）：169-172.

［3］寇志偉，崔嘯鳴，吳嘉鍇.新形勢下“電子技術”課程教學模式的研究［J］.黑龍江教育（高教研究與評估），2021（6）：22-24.

［4］張健，李煥洲，唐彰國.“新工科”背景下非電類專業教學改革與實踐：以“電工學”課程為例［J］.工業和信息化教育，2021（1）：38-42.

［5］習近平在全國高校思想政治工作會議上強調 把思想政治工作貫穿教育教學全過程 開創我國高等教育事業發展新局面［N］.人民日報，2016-12-09（1）.

［6］盧桂琳，屠健，王紹紅.《電工學》課程思政教學改革研究與實踐［J］.文化創新比較研究，2020，4（20）：86-88.

［7］宋黎明，孫曼，雷勇，等.基于智慧課堂的“電工學”課程教學改革［J］.教育現代化，2019，6（71）：124-125+128.

［8］丁莉君.以學生為中心的電工學課程教學改革探索［J］.中國現代教育裝備，2019（11）：41-43.

［9］王玲，鄒彩虹，田輝，等.卓越創新型農林人才培養模式下基礎核心課程改革探索：以電工學課程為例［J］.高等農業教育，2019（1）：92-95.

［10］紀安平，張秀，羅錦潔，等.機械類專業課程“課程思政”教育改革研究：以《電工學》課程為例［J］.高教學刊，2020（8）：126-128.

［11］劉加萍，張陳晨.課程思政示范課程教學探究：以電工學課程為例［J］.教育觀察，2021，10（42）：81-83+105.

Curriculum Reform of Intelligent Manufacturing System and the Practice of Curriculum

Ideology and Politics

DONG Ming-jie， YU Yue

（Faculty of Materials and Manufacturing， Beijing University of Technology， Beijing 100124， China）

Abstract： Intelligent manufacturing engineering integrates machinery， manufacturing， materials， measurement and control， electrical， control， computing， communication， the Internet of things and intelligent science as one， and is a cutting-edge technology with distinct multi-disciplinary characteristics. In this context， how to quickly carry out curriculum reform to meet the requirements of the new major of intelligent manufacturing engineering， which integrates ideological and political education， has become an important problem faced by higher education. This paper takes “circuit principle and system I” as an example， explores the ways to reform the teaching content and methods to integrate ideological and political education into teaching process to enhance students understanding and application of scientific knowledge， and cultivate engineering students responsibility in the process of practical work， laying the foundation for their future scientific research， study and work.

Key words： intelligent manufacturing engineering; Circuit Principle and System I; curriculum reform; curriculum ideology and politics