电工电子新形态一体化教材建设方案设计

0 引言 电工电子新形态一体化教材是为了进行高职生一体化教学建设而编写的配套教材，与传统教材相比增加了独特的使用优势. 在铁道机车，铁道车辆，铁道通信信号，铁道工程大型养路机械等铁道学院各专业中，电工电子技术是一门专业基础课程，学生在大一下半学期学习，能否扎实掌握电工电子知识，会直接影响到学生后续专业核心课程的学习.如在铁道车辆专业中，后续的客车电气装置，车辆空调装置，车辆检测技术等电学类课程，都需要以电工电子技术为基础，如果学生不能掌握基本的电学理论，如基尔霍夫定理不能很好的掌握电阻、电容、电感的基本性质和特点，二极管、三极管、晶闸管、IGBT、MOSFET等电力元器件的作用特点，会对客车车体当中各种复杂的电路分析无从下手[1]. 读懂电气原理图，对想要进入客车车辆段从事客车检修或车辆乘务员工作的同学来说，更为重要，否则其他工作都是空中楼阁，无从谈起. 1 电工电子教学中存在的问题 在铁道车辆专业的教学过程中，学生对电学类课程的掌握程度较差，直接导致大三学生在车辆电工的技能鉴定考试当中通过率极低，学生不能尽早的取得车辆电工中级工的职业证书，首先会降低各大铁路局在招聘学生时对学生的评价程度，导致学生就业率降低.其次，一个没有车辆电工中级工的工人即使上岗，也存在无证上岗的问题，会在工作中带来一定的安全隐患.所以近年来为提高学生技能鉴定的通过率，学校大力加强了电学类课程的授课强度，随之而来的问题有很多，首当其冲的是选择适合高职生的教材，其次是建设好实习实训的教学设施，使学生从理论到实操，都能扎实牢固的掌握，为成为一名合格的技术工人做好准备. 导致电学类课程成绩较差的首要原因是学生学习中自信心不强.高职院校在高考录取中，文科理科考生的录取率保持在一比一左右，使得各个专业的文科学生占到一半左右，文科学生由于在高中阶段物理基础较差，在大学接触到电气类课程时，认为该学科难度太大，自己不能掌握，没有端正的学习态度，在学期初往往就出现上课注意力不集中的现象.最终导致课程通过率很低.还有一部分高职生，认为自己在高考中没有达到本科的录取分数线，读专科是一种人生失败的表现，自怨自艾，不能全身心的投入到学业中. 对于这些情况，教师可以从以下几方面着手，改善这种学习主动性较差的局面. 首先帮助学生调整心态.职业教育是我国大学教育不可或缺的一部分，培养高素质高技能的应用型人才，是我国处于社会主义初级阶段大力发展第二产业的社会需求，我国的制造业正处于从劳动密集型向技术密集型的转型当中，提高制造行业工人的技能水平，会极大的有利于提升我国制造业的水平，避免我国成为西方发达国家的代工厂，有利于民族品牌的创立创新，更有利于我国在国际贸易当中处于顺差的地位.在德国等工业发达的国家，学生从中学阶段起就会选择自己未来的职业方向，是成为具有精湛工艺的技术工人还是选择理论科学研究人员.可见，两者在工业需求中地位平等，都不可或缺.所以应该调整陈旧的教育观念，不能认为高职生比本科生低人一等，从而自暴自弃，要树立正确的行业价值观. 其次要建立适合高职生学习特点的学习体系，教材设计符合高职生认知结构，激发其学习积极性. 目前各出版社发行的电工电子教材，主要包括电工学，电子学，低压电器与PLC控制技术，数字电路与模拟电路这五大板块[2].在内容的编排上通常首先讲解基本概念基本原理，再进行典型例题的分析运算.与本科教材的区别不大，只是稍微降低了授课难度，这样的课本对于本科学生来说，符合他们高中物理数学基础学科掌握扎实的情况，符合认知规律，较易掌握.但是对于高职生来说，只是讲解概念例题计算较为晦涩难懂，枯燥乏味.现有出版物在印刷排版等方面，延续了传统出版物的排版形式，采用黑白印刷，文字习题所占比例较大，图形图片所占比例较少.书后配有光盘可以辅助学习.但是随着网络信号的全方位覆盖，智能手机终端的普及，光盘这种音像制品的使用率大大降低，很多没有购买笔记本电脑的同学根本没有阅读光盘的硬件设备，造成了光盘的浪费.基于以上考虑，笔者提出了电工电子课程新形态一体化教材的建设方案. 2 新形态一体化教材的优势 新形态一体化教材，是为了适应电工电子一体化课程建设而提出的教材建设方案.一体化课程建设，是改变原有教师讲课为主，学生单纯听课的单一教学模式.将教师利用多媒体设备授课，学生在实验台操作练习，在一节课当中，完成教师的教学，学生的理论学习与实践操作.该新形态一体化教材与传统教材相比，具有以下几大优势： 2.1 在章节的编排上，采用项目实验的形式，与实践教学相配合 在传统的教学方式中，教师在几周的理论教学后带领学生去实验实训室进行实验来验证定理，通过实训来练习操作.实践的项目相比理论教学落后，这会导致学生在理论学习的时候觉得知识空洞繁重，而在隔后几周的实践当中又容易忘记理论的内容，不符合高职生的认知规律.一体化课程的建设将教师讲授，学生实践融合，学生可以在新知识的学习之后直接进行实践操作.比如在讲解三相异步电动机的正反转时，可以先向学生展示三相异步电动机的结构并演示其工作过程，再利用多媒体讲解其电气控制原理图，最后让学生实地进行接线，体会主电路线路不同给电动机带来的变化.讲练结合，科学合理有效，在实践中掌握理论，同时提高了学生的动手能力[3].新形态教材在编写的过程中，就要充分融合一体化课堂的教学思路，分项目分模块，将学生在实际操作中用到的各种工具，如继电器，接触器，熔断器等低压电器的实物图进行展示，各种电器元件在操作中应该注意的问题有哪些，具体接头的作用，出现问题如何进行维修，教师在课堂当中也应该设置不同难度的障碍问题，引导学生掌握常见问题的维修方法，不再纸上谈兵，真正做到学以致用. 2.2 新形态一体化教材，配备有专业制作的网络教学资源 教师团队可以将各种电力电子元器件的工作过程做成动态动画，将元器件的接法用法，维修方法拍摄成视频.例如三极管的放大原理，一直是学生在学习模拟电子中的拦路虎，依靠形式单一的课堂书本的讲解，学生很难理解在集电结反偏，发射结正偏的情况下，三极管内部的载流子具体是如何运动的，如果采用动态动画的形式，将载流子的运动形象的演示出来，会十分有利于学生的理解.在学习逆变电路，斩波电路，交变频电路时，学生普遍反映即使在课堂上可以跟随老师的进度理解电路中电流的流动过程，但是在课后复习的时候，因为电路的逻辑太过复杂，很容易忘记，课本上语言文字的描述有时较为笼统，使得学生复习的效果较差，如果配合电路电流运动的动画，学生可以很方便的在课上课下观看，直观通俗的掌握复杂的电路. 2.3 排版新颖，色彩鲜明 在书籍的印刷中，采用彩色印刷，将各种电气设备元器件的实物图片，结构图制作成彩色形式，可以便于学生区分元器件的不同结构部分，避免了传统教材当中黑白图片视觉效果较差，不易看懂其真实结构的问题. 2.4 在教材的编制中加入铁路特色 目前，市面上发行的铁道类专业基础课程教材大多只讲解了通用的专业基础知识，与铁道交通的关联较少.例如电工电子教材，介绍的内容当中几乎没有涉及到铁路中的电气装置.从应试的角度来说，更适合于普通电工维修工的职业资格考试，而对车辆电工中级工考试的针对性较小一些.这使得学生在学习的过程当中不明白该课程在今后工作当中具体会起到的作用有哪些，以至于降低对课程的重视程度.如在进行三极管的输出特性分析时，不但要将它的放大特性作为传统意义上的重点讲解，还要注重三极管处于饱和区和截止区的开关特性，这一开关特性在25T型客车机车AC380V/DC600V兼容集中供电，客车分散变流的用电方式中，起到逆变的作用.在讲解二极管的单向导通性时，与客车供电系统中的KP-2A型控制箱进行联系，分析由二极管和电感等器件组成的起续流作用的电路.将例题及电路图设置为铁道机车车辆等专业中有实际使用意义的电路图，以便让学生熟记电容电感等基本元器件的特性.可以重点讲解三相异步电动机的发电原理，以便在客车电气装置中与J5型感应子发电机进行比较，区别它们在发电方式上的不同，更好的掌握这两种电动机；同时了解电工电子的重要地位. 3 新形态一体化教材建设中需要处理的问题 为了顺利的进行新形态教材的建设，学院和教师在建设的过程中需要解决以下问题： 3.1 动画的制作，视频的录制 教师可以先在网络资源里寻找符合教材设计理念，可以为我所用的动画资源.但是由于电工电子课程的专业性，使得现有的动画资源较少，教师团队需要自主开发多媒体资源，使用Flash, Atani等软件自主制作动画，将三相正弦交流电路，交流铁芯线圈与变压器，三相异步电动机的运行及其基本控制电路：顺序控制电路，星型三角形换接启动电路，多地控制电路等，学生阅读课本过程中的静态图较难理解的电路图的具体的工作过程制作成动画.将整流电路，滤波电路，直流稳压电路等会为今后客车电气装置这门专业核心课程打下基础的电路图的电力变换过程制作成动画，使学生在课上听讲，课下复习的时候，既有动态动画的演示过程，又有鲜明的颜色区分，便于理解和记忆.在常用低压电器与PLC的教学过程中，可以将胶盖瓷座闸刀开关，组合开关，按钮，熔断器，交流接触器，热继电器，中间继电器，时间继电器，空气开关等元件的结构进行拆分，使学生脱离既有课本当中枯燥的结构图，能通过视频观看其实际结构.这种教材的编写模式也利于该教材在硬件设施还不完善的偏远地区的高职类学校推广，只要有网络覆盖，就可以免费享受这一网络多媒体资源. 3.2 网络平台的搭建，不同视频二维码的编制整理 将团队制作和拍摄的视频内容统一上传到教材配套的网站上，将每一个视频编号转换为相应的二维码，将二维码印制在教材相应章节上，这样在课上教师可以统一引导学生利用手机通过扫描二维码获得影像资料.在课下，只要学生在有网络的地方就可以观看该视频，使他们能在没有教师指导的时候更加方便的复习. 3.3 日常网络平台的维护，行业前沿资讯的定期推送 在当今网络信息社会，微信实时沟通和微信消息推送已经成为人们获取信息的重要渠道，在与教材相配套的网站上，教师还可以创建微信公众平台，让每一位教材的使用者积极关注该公众平台，该平台会由教师团队专人负责日常维护，定期推送电工电子行业前沿资讯，推送相关习题，尤其是各大用人单位的笔试面试题目，这样学生在学习的时候会更有针对性，了解用人单位对员工的考核更注重哪些方面，同时节省了学生自行查找这些资料的时间.微信公众平台还可以接受读者对本教材提出的意见反馈，在线及时的与读者沟通联络，以便在将来改版的时候听取更多读者的意见，可以在未来把教材制作的更加符合读者的需求. 3.4 教师转换教学思想，改革教学方法 建立连贯的教学体系从“以教师为中心”向“以学生为中心”转变.要以“启发式、讨论式、引导式”等多种教学方法来改变传统的“灌入式”教学方式，充分显现学生的主体性，调动学生学习的积极性与主动性，培养学生的兴趣和能力[4].本着“以学生发展为本”的理念，实施以学生为主体、教师为主导、强调学生主动“学”+ 主动“思”+ 主动“用”的思想.教师重点讲解思路、思想、方法，注重启发式、讨论式、引导式的相互结合和运用，主要激发学生爱思、爱问、爱动手实践的良性循环. 3.5 实验室实训室的建设，配备相应教学模型与操作工具 在教学做一体化课程的建设当中，学院需要加强对实验实训室的物质经费支持力度，配备相应的工具，模型.配备符合学生人数比例的实训台，实训仪器.在仪器的选择上尽量避免将要淘汰相对落后的产品，而要选择能反映行业发展趋势的新产品，让学生站在行业的前端，这样可以使他们在步入工作岗位以后熟练的使用单位的各种先进的设备.提高学生素质，降低企业培训员工的成本，在行业中树立我院良好的口碑，从而吸引更多企业来我院招聘. 0 引言 电工电子新形态一体化教材是为了进行高职生一体化教学建设而编写的配套教材，与传统教材相比增加了独特的使用优势. 在铁道机车，铁道车辆，铁道通信信号，铁道工程大型养路机械等铁道学院各专业中，电工电子技术是一门专业基础课程，学生在大一下半学期学习，能否扎实掌握电工电子知识，会直接影响到学生后续专业核心课程的学习.如在铁道车辆专业中，后续的客车电气装置，车辆空调装置，车辆检测技术等电学类课程，都需要以电工电子技术为基础，如果学生不能掌握基本的电学理论，如基尔霍夫定理不能很好的掌握电阻、电容、电感的基本性质和特点，二极管、三极管、晶闸管、IGBT、MOSFET等电力元器件的作用特点，会对客车车体当中各种复杂的电路分析无从下手[1]. 读懂电气原理图，对想要进入客车车辆段从事客车检修或车辆乘务员工作的同学来说，更为重要，否则其他工作都是空中楼阁，无从谈起. 1 电工电子教学中存在的问题 在铁道车辆专业的教学过程中，学生对电学类课程的掌握程度较差，直接导致大三学生在车辆电工的技能鉴定考试当中通过率极低，学生不能尽早的取得车辆电工中级工的职业证书，首先会降低各大铁路局在招聘学生时对学生的评价程度，导致学生就业率降低.其次，一个没有车辆电工中级工的工人即使上岗，也存在无证上岗的问题，会在工作中带来一定的安全隐患.所以近年来为提高学生技能鉴定的通过率，学校大力加强了电学类课程的授课强度，随之而来的问题有很多，首当其冲的是选择适合高职生的教材，其次是建设好实习实训的教学设施，使学生从理论到实操，都能扎实牢固的掌握，为成为一名合格的技术工人做好准备. 导致电学类课程成绩较差的首要原因是学生学习中自信心不强.高职院校在高考录取中，文科理科考生的录取率保持在一比一左右，使得各个专业的文科学生占到一半左右，文科学生由于在高中阶段物理基础较差，在大学接触到电气类课程时，认为该学科难度太大，自己不能掌握，没有端正的学习态度，在学期初往往就出现上课注意力不集中的现象.最终导致课程通过率很低.还有一部分高职生，认为自己在高考中没有达到本科的录取分数线，读专科是一种人生失败的表现，自怨自艾，不能全身心的投入到学业中. 对于这些情况，教师可以从以下几方面着手，改善这种学习主动性较差的局面. 首先帮助学生调整心态.职业教育是我国大学教育不可或缺的一部分，培养高素质高技能的应用型人才，是我国处于社会主义初级阶段大力发展第二产业的社会需求，我国的制造业正处于从劳动密集型向技术密集型的转型当中，提高制造行业工人的技能水平，会极大的有利于提升我国制造业的水平，避免我国成为西方发达国家的代工厂，有利于民族品牌的创立创新，更有利于我国在国际贸易当中处于顺差的地位.在德国等工业发达的国家，学生从中学阶段起就会选择自己未来的职业方向，是成为具有精湛工艺的技术工人还是选择理论科学研究人员.可见，两者在工业需求中地位平等，都不可或缺.所以应该调整陈旧的教育观念，不能认为高职生比本科生低人一等，从而自暴自弃，要树立正确的行业价值观. 其次要建立适合高职生学习特点的学习体系，教材设计符合高职生认知结构，激发其学习积极性. 目前各出版社发行的电工电子教材，主要包括电工学，电子学，低压电器与PLC控制技术，数字电路与模拟电路这五大板块[2].在内容的编排上通常首先讲解基本概念基本原理，再进行典型例题的分析运算.与本科教材的区别不大，只是稍微降低了授课难度，这样的课本对于本科学生来说，符合他们高中物理数学基础学科掌握扎实的情况，符合认知规律，较易掌握.但是对于高职生来说，只是讲解概念例题计算较为晦涩难懂，枯燥乏味.现有出版物在印刷排版等方面，延续了传统出版物的排版形式，采用黑白印刷，文字习题所占比例较大，图形图片所占比例较少.书后配有光盘可以辅助学习.但是随着网络信号的全方位覆盖，智能手机终端的普及，光盘这种音像制品的使用率大大降低，很多没有购买笔记本电脑的同学根本没有阅读光盘的硬件设备，造成了光盘的浪费.基于以上考虑，笔者提出了电工电子课程新形态一体化教材的建设方案. 2 新形态一体化教材的优势 新形态一体化教材，是为了适应电工电子一体化课程建设而提出的教材建设方案.一体化课程建设，是改变原有教师讲课为主，学生单纯听课的单一教学模式.将教师利用多媒体设备授课，学生在实验台操作练习，在一节课当中，完成教师的教学，学生的理论学习与实践操作.该新形态一体化教材与传统教材相比，具有以下几大优势： 2.1 在章节的编排上，采用项目实验的形式，与实践教学相配合 在传统的教学方式中，教师在几周的理论教学后带领学生去实验实训室进行实验来验证定理，通过实训来练习操作.实践的项目相比理论教学落后，这会导致学生在理论学习的时候觉得知识空洞繁重，而在隔后几周的实践当中又容易忘记理论的内容，不符合高职生的认知规律.一体化课程的建设将教师讲授，学生实践融合，学生可以在新知识的学习之后直接进行实践操作.比如在讲解三相异步电动机的正反转时，可以先向学生展示三相异步电动机的结构并演示其工作过程，再利用多媒体讲解其电气控制原理图，最后让学生实地进行接线，体会主电路线路不同给电动机带来的变化.讲练结合，科学合理有效，在实践中掌握理论，同时提高了学生的动手能力[3].新形态教材在编写的过程中，就要充分融合一体化课堂的教学思路，分项目分模块，将学生在实际操作中用到的各种工具，如继电器，接触器，熔断器等低压电器的实物图进行展示，各种电器元件在操作中应该注意的问题有哪些，具体接头的作用，出现问题如何进行维修，教师在课堂当中也应该设置不同难度的障碍问题，引导学生掌握常见问题的维修方法，不再纸上谈兵，真正做到学以致用. 2.2 新形态一体化教材，配备有专业制作的网络教学资源 教师团队可以将各种电力电子元器件的工作过程做成动态动画，将元器件的接法用法，维修方法拍摄成视频.例如三极管的放大原理，一直是学生在学习模拟电子中的拦路虎，依靠形式单一的课堂书本的讲解，学生很难理解在集电结反偏，发射结正偏的情况下，三极管内部的载流子具体是如何运动的，如果采用动态动画的形式，将载流子的运动形象的演示出来，会十分有利于学生的理解.在学习逆变电路，斩波电路，交变频电路时，学生普遍反映即使在课堂上可以跟随老师的进度理解电路中电流的流动过程，但是在课后复习的时候，因为电路的逻辑太过复杂，很容易忘记，课本上语言文字的描述有时较为笼统，使得学生复习的效果较差，如果配合电路电流运动的动画，学生可以很方便的在课上课下观看，直观通俗的掌握复杂的电路. 2.3 排版新颖，色彩鲜明 在书籍的印刷中，采用彩色印刷，将各种电气设备元器件的实物图片，结构图制作成彩色形式，可以便于学生区分元器件的不同结构部分，避免了传统教材当中黑白图片视觉效果较差，不易看懂其真实结构的问题. 2.4 在教材的编制中加入铁路特色 目前，市面上发行的铁道类专业基础课程教材大多只讲解了通用的专业基础知识，与铁道交通的关联较少.例如电工电子教材，介绍的内容当中几乎没有涉及到铁路中的电气装置.从应试的角度来说，更适合于普通电工维修工的职业资格考试，而对车辆电工中级工考试的针对性较小一些.这使得学生在学习的过程当中不明白该课程在今后工作当中具体会起到的作用有哪些，以至于降低对课程的重视程度.如在进行三极管的输出特性分析时，不但要将它的放大特性作为传统意义上的重点讲解，还要注重三极管处于饱和区和截止区的开关特性，这一开关特性在25T型客车机车AC380V/DC600V兼容集中供电，客车分散变流的用电方式中，起到逆变的作用.在讲解二极管的单向导通性时，与客车供电系统中的KP-2A型控制箱进行联系，分析由二极管和电感等器件组成的起续流作用的电路.将例题及电路图设置为铁道机车车辆等专业中有实际使用意义的电路图，以便让学生熟记电容电感等基本元器件的特性.可以重点讲解三相异步电动机的发电原理，以便在客车电气装置中与J5型感应子发电机进行比较，区别它们在发电方式上的不同，更好的掌握这两种电动机；同时了解电工电子的重要地位. 3 新形态一体化教材建设中需要处理的问题 为了顺利的进行新形态教材的建设，学院和教师在建设的过程中需要解决以下问题： 3.1 动画的制作，视频的录制 教师可以先在网络资源里寻找符合教材设计理念，可以为我所用的动画资源.但是由于电工电子课程的专业性，使得现有的动画资源较少，教师团队需要自主开发多媒体资源，使用Flash, Atani等软件自主制作动画，将三相正弦交流电路，交流铁芯线圈与变压器，三相异步电动机的运行及其基本控制电路：顺序控制电路，星型三角形换接启动电路，多地控制电路等，学生阅读课本过程中的静态图较难理解的电路图的具体的工作过程制作成动画.将整流电路，滤波电路，直流稳压电路等会为今后客车电气装置这门专业核心课程打下基础的电路图的电力变换过程制作成动画，使学生在课上听讲，课下复习的时候，既有动态动画的演示过程，又有鲜明的颜色区分，便于理解和记忆.在常用低压电器与PLC的教学过程中，可以将胶盖瓷座闸刀开关，组合开关，按钮，熔断器，交流接触器，热继电器，中间继电器，时间继电器，空气开关等元件的结构进行拆分，使学生脱离既有课本当中枯燥的结构图，能通过视频观看其实际结构.这种教材的编写模式也利于该教材在硬件设施还不完善的偏远地区的高职类学校推广，只要有网络覆盖，就可以免费享受这一网络多媒体资源. 3.2 网络平台的搭建，不同视频二维码的编制整理 将团队制作和拍摄的视频内容统一上传到教材配套的网站上，将每一个视频编号转换为相应的二维码，将二维码印制在教材相应章节上，这样在课上教师可以统一引导学生利用手机通过扫描二维码获得影像资料.在课下，只要学生在有网络的地方就可以观看该视频，使他们能在没有教师指导的时候更加方便的复习. 3.3 日常网络平台的维护，行业前沿资讯的定期推送 在当今网络信息社会，微信实时沟通和微信消息推送已经成为人们获取信息的重要渠道，在与教材相配套的网站上，教师还可以创建微信公众平台，让每一位教材的使用者积极关注该公众平台，该平台会由教师团队专人负责日常维护，定期推送电工电子行业前沿资讯，推送相关习题，尤其是各大用人单位的笔试面试题目，这样学生在学习的时候会更有针对性，了解用人单位对员工的考核更注重哪些方面，同时节省了学生自行查找这些资料的时间.微信公众平台还可以接受读者对本教材提出的意见反馈，在线及时的与读者沟通联络，以便在将来改版的时候听取更多读者的意见，可以在未来把教材制作的更加符合读者的需求. 3.4 教师转换教学思想，改革教学方法 建立连贯的教学体系从“以教师为中心”向“以学生为中心”转变.要以“启发式、讨论式、引导式”等多种教学方法来改变传统的“灌入式”教学方式，充分显现学生的主体性，调动学生学习的积极性与主动性，培养学生的兴趣和能力[4].本着“以学生发展为本”的理念，实施以学生为主体、教师为主导、强调学生主动“学”+ 主动“思”+ 主动“用”的思想.教师重点讲解思路、思想、方法，注重启发式、讨论式、引导式的相互结合和运用，主要激发学生爱思、爱问、爱动手实践的良性循环. 3.5 实验室实训室的建设，配备相应教学模型与操作工具 在教学做一体化课程的建设当中，学院需要加强对实验实训室的物质经费支持力度，配备相应的工具，模型.配备符合学生人数比例的实训台，实训仪器.在仪器的选择上尽量避免将要淘汰相对落后的产品，而要选择能反映行业发展趋势的新产品，让学生站在行业的前端，这样可以使他们在步入工作岗位以后熟练的使用单位的各种先进的设备.提高学生素质，降低企业培训员工的成本，在行业中树立我院良好的口碑，从而吸引更多企业来我院招聘.

文章来源：《微电子学与计算机》 网址: http://www.wdzxyjsjzz.cn/qikandaodu/2021/0408/543.html