智能制造体系电工学课程改革与课程思政实践

［摘 要］ 智能制造工程专业集机械、制造、材料、测控、电气、控制、计算、通信、物联网与智能科学等为一体，是具有鲜明多学科交叉特点的前沿科技。在此背景下，如何快速对电工学类课程进行改革，以适应智能制造工程新专业的要求，并在其中贯穿课程思政相关内容，成为高等学校教育所面临的一个重要问题。以“电路原理与系统Ⅰ”为例，系统阐述在智能制造工程专业建设的过程中，如何对该课程进行教学内容、教学方式的改革，以及如何在课程改革、授课过程中贯穿课程思政的内容，不仅增强学生对科学知识的理解与应用，而且培养工科类学生在实际工作过程中的责任与担当，为以后的科研、学习、工作奠定基础。

［关键词］ 智能制造工程；电路原理与系统；课程改革；课程思政

［基金项目］ 2022年度北京工业大学课程思政示范课程培育项目“电路原理与系统I”（KC2022SZ003）；2022年度“（校拨）思想政治理论课程专项建设经费-材料与制造学部”（048000513106）；2022年度北京工业大学教育教学研究课题“‘创新创业’教育教学改革专项”（ER2022GGZX009）

［作者简介］ 董明杰（1989—），男，山东海阳人，工学博士，北京工业大学材料与制造学部副教授，主要从事康复机器人研究；余 悦（1993—），女，河南新乡人，工学博士，北京工业大学材料与制造学部讲师，主要从事电力电子系统与焊接电源研究。

［中图分类号］ TM133 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）24-0044-04 ［收稿日期］ 2022-06-21

引言

按照新工科建设的要求，课程既要突出基础性，又要强调其工程实践性，还要与学生专业背景有机结合，突出专业特色［1］。因此，在新工科背景下，研究电工学类课程的教学模式与课程建设对于构建符合新时代中国特色的专业人才培养体系、遵循以人为本的育人理念、践行立德树人根本任务、培养合格的社会主义接班人具有重要意义［2-3］。而在新工科背景下，电工学类课程如何达到“金课”高阶性、创新性和挑战度的要求，在课程教学中实施创新和改革，是一个值得思考的问题［4］。此外，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程［5］。因此，有必要在课程改革的过程中贯穿课程思政，将习近平新时代中国特色社会主义思想融入育人体制［6］。

在新工科建设的大背景下，北京工业大学材料与制造学部成立了智能制造工程专业，集机械、制造、材料、测控、电气、控制、计算、通信、物联网与智能科学等为一体，具有鲜明的多学科交叉特点，旨在国家及北京市智能制造产业升级需求牵引下，培养智能制造工程专业人才。本文以“电路原理与系统Ⅰ”课程为例，系统地阐述面向智能制造工程新专业建设，对课程内容做的改革与创新，以及在其中贯穿的课程思政内容体系。

随着新工科的发展，众多一线教师进行了课程改革和课程思政方面的探究。在课程改革方面，有通过分析电工学类的课程特点与现状，进行基于智慧课堂的电工学类课程教学模式研究与实践［7］。有通过线上线下学习相结合、采用模块化教学、创新实践教学环节等方面进行以学生为中心的电工学类课程教学改革探索［8］。有通过融合多种教学方法、虚拟仿真技术融入课程各环节教学、精选科研内容为课程教学案例扩展学生的科研思路等方法进行电工学课程教学改革［9］。在课程思政方面，纪安平等［10］通过思想政治理论课教师加入课程思政改革团队、有机融入新技术发展、部分科学机理合理利用马克思主义基本原理加以阐释、有机融入科学史以增强榜样示范作用等方面进行课程思政教学改革；刘加萍等［11］采用问题导向策略，结合讲授法、互动法、体验法等将思政元素转化为学生的思想元素，做好“教书育人、育人为先”思政教育，运用现代信息技术，实现智慧工具与课堂教学深度融合。

考虑到“电路原理与系统Ⅰ”是智能制造工程专业的一门学科基础必修课，是后续其他各门电类课程和相关专业课程的基础，旨在为机电类本科生打下学习电气与电子技术的理论基础，所以，结合本课程的特点，以培养学生实际应用知识、树立正确价值观为目标，对该课程改革与课程思政示范实践进行探讨。

一、“电路原理与系统Ⅰ”课程内容改革举措

“电路原理与系统Ⅰ”是北京工业大学材料与制造学部面向智能制造工程专业大二学生开设的学科基础必修课，从2020年开始实施，共32学时，并且配置了32学时的“电路原理与系统实验”课程。课程采取研究型教学手段，强调启发性和实践性，在讲授电路原理与系统相关理论知识的同时，培养学生分析问题和动手实践的基本技能。同时，课程还涉及了电路原理与系统实验以及Multisim仿真软件的教学，采用交叉授课的方式，让学生从所学到所用快速过渡，培养其动手能力和知识应用能力，为自学、深造、拓宽和创新打基础。“电路原理与系统Ⅰ”课程，结合之前机械工程专业“电工电子技术-1”的教学内容，做了如下课程改革。

（一）理论授课内容整理、优化

之前开展的机械工程专业“电工电子技术-1”课程主要利用32学时讲解电路的基本概念与基本定律、电路的分析方法、电路的暂态分析、正弦交流电路、三相电路、磁路与铁心线圈电路、交流电动机七章内容，该部分内容虽然涵盖了电路原理的基本知识，但其中部分内容过于陈旧，需要进行适当的优化、调整，以跟上信息化的快速发展。基于此考虑，结合智能制造工程专业的培养目标，对“电路原理与系统Ⅰ”的授课内容进行了调整，除了整合“电工电子技术-1”的部分内容外，还加入了一部分模拟电路知识，主要包括：电路的基本概念与基本定律、电路的分析方法、电路的暂态分析、正弦交流电路、三相电路、磁路与铁心线圈电路、继电接触器控制系统、半导体器件、基本放大电路、集成运算放大器、电子电路中的反馈、直流稳压电源共十二章内容，并且摒弃了前六章内容中过于陈旧的部分，同时结合该专业的培养目标，来阐述本课程中每一部分内容的实际应用，以增强学生对理论知识的理解。且本门课程改革后，通过将之前的“电工学Ⅰ”中电路原理部分和“电工学Ⅱ”中上半部分模拟电路内容压缩到一门课程，保留和添加了与时俱进的内容，精简了课程内容，大大缩小了学生的课程量。

（二）配套实验加强理论应用

为了能够短时间提升学生对“电路原理与系统Ⅰ”理论内容的理解，学校配套了32学时的“电路原理与系统”实验，旨在帮助学生从掌握理论知识过渡到实践应用，教授学生掌握Multisim仿真软件，用软件来分析、验证所学电路理论，充分调动学生学习的积极性。同时，教授学生识别各种电子元器件和仪器仪表，学会搭建典型的电路，培养学生掌握机电控制技术方面分析问题和动手实践的基本技能，能够适应机械工程领域工作岗位对于电工技术的基本要求。因此，采用先开展16学时的理论课，然后理论课和实验课同步进行的策略，课堂上将所讲解的知识点与实际应用结合起来，让学生知道为什么要学这些知识点以及如何使用这些知识点，这样可以更好地调动学生学习的积极性，活跃课堂氛围。设置的实验内容主要包括：（1）Multisim软件使用，叠加定理、基尔霍夫定理验证试验。（2）戴维南定理、电源等效变换及实际电源外特性测量。（3）一阶电路暂态分析过程的研究。（4）交流电路实验。（5）集成运算放大器的线性应用。（6）负反馈放大电路。（7）利用运算放大器进行课设。通过配套实验课，使学生掌握Multisim仿真软件的使用，能够对电路系统进行仿真验证；熟悉常见电气元件与仪器仪表；熟悉典型电路，能独立设计和搭建电路，进行电路原理的仿真和测试。通过实验课的动手操作，学生对理论内容的理解明显增强了，也熟悉了电气元件和实际电路。

二、课程思政示范实践探讨

以培养大学生承担社会主义核心价值观的历史使命为目标，在授课过程中，我校主动地进行专业课与思政元素融合，找准课程自身在整个知识体系中的定位及要求，以马克思主义和习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，对我国电工电子技术现状进行客观分析，坚定学生对中国特色社会主义的国家认同、政治认同、文化认同等。结合北京工业大学“电路原理与系统Ⅰ”课程特点，融入思政元素的基本思路和举措，主要有以下几点。

（一）理论内容有机融入思政元素，增强学生的家国情怀和社会责任感

针对本门课程十二章的授课内容，其思政内容的融入点分别如下：（1）电路的基本概念与基本定律，通过基尔霍夫电流定律与流体连续性的实践经验，引导学生增强理论联系实际的观念，培养学生的工程意识和实践应用能力。（2）电路的分析方法，通过叠加定理，讲述团队协作的重要性，增强学生的凝聚力；并引出戴维宁如何经过几十年的辛勤工作，发现了应用极其广泛的著名的戴维宁定理，据此鼓励学生要有钻研精神和科学态度，以及为国家奉献的责任感。（3）电路的暂态分析，阐述事物的发展规律，让学生明白变化是常有的，稳定才是常态，只要坚定了方向，人生征途中遇到任何波折都只是短暂的插曲；并通过三要素法分析暂态电路学习，让学生提高从具体问题中归纳总结的能力。（4）正弦交流电路，介绍交流电之父法拉第的成长经历，鼓励学生对科学技术知识大胆探索、细心求证，对专业技术精益求精，塑造追求至善至美的职业品质。（5）三相电路和磁路与铁心线圈电路结合起来，通过变压器中感应电流会产生热效应，导致“涡流损耗”来入手，讲解事情的两面性，比如，电磁炉正是利用涡流产生的热效应加热食物。（6）继电接触器控制系统，讲解控制电器件作用，引出社会分工的精细化，以及团队分工、协作的重要性和必要性。（7）半导体器件，讲解PN结的形成是由电子和空穴的运动达到一定平衡实现形成的，如同矛盾的对立统一规律，在对立中实现统一。此外，还可以结合京东方、华为等企业的半导体技术被封锁以及2018年的美国制裁中兴事件，让学生了解到半导体器件的复杂性和先进性，意识到欧美国家的技术垄断和技术霸权，使学生认识到中国科技振兴任重道远，必须艰苦奋斗，从而培养学生居安思危的意识、勇于承担振兴科技的责任感，增强学生的家国情怀和政治认同。（8）基本放大电路，以放大电路的原理，以及新工艺在芯片加工中的重要性，增强学生对加工制造业的热爱，提高其爱国主义情怀和社会责任感。（9）集成运算放大器，结合我国集成电路发展的引领者黄敞的事迹，加强学生的理想信念教育；并结合中美关系背景下的华为困境，鼓励学生投身集成电路，报效国家。（10）电子电路中的反馈，通过反馈实现自我调节的讲解，让学生意识到生活中的万事万物都不是十全十美的，要学会扬长避短，发挥自己的优势，就像负反馈，虽然损失了放大倍数，但获得了提高放大电路的稳定性和改善波形失真等优点。（11）直流稳压电源，讲解从交流到直流稳压的过程，引出科技创新的重要性。此外，根据相关理论内容，介绍相关科学家的成长经历，鼓励学生在成长道路中要树立信心，持之以恒。同时，引导学生正确认识世界，全面了解国情，把握时代大势，在学习电路基本规律知识的同时，树立正确的世界观、人生观、价值观。

（二）完善课程思政教学实验平台，通过实验课培养学生大国工匠精神

充分利用好配套的电路原理与系统实验课程，坚持以学生为中心，以传授专业知识为导向，理论联系实际，加强动手实践教学，无论是在前六次的验证实验还是最后两次课程设计，都在引导并鼓励学生要有大国工匠精神，对待科技工作要一丝不苟、精益求精。此外，指导学生积极参与课堂教学、实验教学改革，培养学生的科学思维能力及其思想政治定力，与思想政治理论课同向同行，在整个教学实践中贯穿社会主义核心价值观，以润物无声的方式熏陶、激励大学生的理想信念，把课程思政有机融入立德树人中心环节，从而实现传道授业解惑的德智相融的目标。在此基础上，高校还需要根据教学过程中学生的反馈意见，逐步改进、完善理论教学与实验课程大纲，开展理论课程教材和实验手册教材建设，并以说课的形式不断提高师资队伍整体的水平和素质，充分融入课程思政元素。

结语

针对智能制造工程对电工学类课程改革和课程思政的需求，本文以“电路原理与系统Ⅰ”为例，系统阐述了如何对该课程进行教学内容、教学方式的改革，以及如何在课程改革、授课过程中贯穿思想政治教育内容。本研究不仅可以增强学生对知识的理解与应用，而且可以培养学生在实际工作中的责任与担当，为以后的科研、学习、工作奠定基础。