“電工學(xué)”綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革探索

張曉春

（中國礦業(yè)大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院，江蘇 徐州221006）

0 引言

“電工學(xué)”實(shí)驗(yàn)課是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性較強(qiáng)的課程。此課程在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、分析和解決實(shí)際問題的能力，以及工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識等方面，發(fā)揮著積極的作用，也為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程及從事本專業(yè)的工程技術(shù)工作和科學(xué)研究打下了堅(jiān)實(shí)的電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)［1］。而其中的綜合實(shí)驗(yàn)部分是以模擬、數(shù)字等理論課程的基礎(chǔ)知識綜合應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)，它鍛煉學(xué)生在電工電子設(shè)計(jì)綜合應(yīng)用這些知識的能力。多年實(shí)踐過程暴露了一些問題，如學(xué)時(shí)數(shù)限制、可利用資源少、實(shí)驗(yàn)任務(wù)多而雜、設(shè)計(jì)方案單一、學(xué)生基礎(chǔ)和興趣程度差異大等。因此，對原有綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式和結(jié)構(gòu)進(jìn)行探索成為本科教學(xué)中的一項(xiàng)當(dāng)務(wù)之急，從原來分立、單一驗(yàn)證性的綜合實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放式設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)是非常必要的。針對這一情況，結(jié)合各專業(yè)的應(yīng)用性、專業(yè)知識和EDA技術(shù)發(fā)展迅速的特點(diǎn)，我們在實(shí)驗(yàn)中試行改革電工學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)，主要強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主設(shè)計(jì)、老師引導(dǎo)學(xué)生開展討論、提高學(xué)生分析和解決問題的能力，加強(qiáng)學(xué)生撰寫總結(jié)報(bào)告的技巧，強(qiáng)化學(xué)生綜合能力和知識點(diǎn)的融合。

1 “電工學(xué)”綜合實(shí)驗(yàn)改革的思路

著力培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)、重實(shí)踐、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”的應(yīng)用型創(chuàng)新人才是目前各個(gè)高校致力發(fā)展的目標(biāo)［2］?；诖?，我們將實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革定位于以全面培養(yǎng)學(xué)生綜合能力為目的、以完整的電路系統(tǒng)級設(shè)計(jì)為核心、以EDA軟件為輔助，由學(xué)生自主設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)全流程。具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是，在給出系統(tǒng)基本要求后，由學(xué)生自主完成包括模塊級設(shè)計(jì)、數(shù)字模塊仿真、模擬模塊仿真、系統(tǒng)仿真、系統(tǒng)綜合、設(shè)計(jì)驗(yàn)證等步驟在內(nèi)的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)全流程。實(shí)踐證明，這種綜合實(shí)驗(yàn)的安排大力提高了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量，強(qiáng)化了工程技能訓(xùn)練，強(qiáng)化了大型設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)際動手能力和創(chuàng)新精神。為充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的動手、創(chuàng)新能力，力爭在以下實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)流程、實(shí)驗(yàn)考核等方面體現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的思路和目標(biāo)。

（1）實(shí)驗(yàn)要求

要求學(xué)生對綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行討論，在查閱相關(guān)資料的前提下自行提出電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，方案經(jīng)教師審查通過后方可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。對于實(shí)驗(yàn)中所遇到的未學(xué)過的知識，要求學(xué)生在教師引導(dǎo)下自行熟悉和掌握。這種學(xué)生自行設(shè)計(jì)方案、學(xué)習(xí)知識的要求激發(fā)了學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，教師的引導(dǎo)則保證了教學(xué)的質(zhì)量。

“電工學(xué)”綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)安排了數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)、籃球比賽24s計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)、數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)、步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、彩燈控制電路設(shè)計(jì)［3］等綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生可任選其一完成，也可自擬題目進(jìn)行設(shè)計(jì)?？偟脑瓌t是將電工部分、模擬電子技術(shù)與數(shù)字電子技術(shù)的內(nèi)容結(jié)合起來，鍛煉學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

（2）實(shí)驗(yàn)流程

在實(shí)驗(yàn)流程的把握上，我們的原則是把學(xué)習(xí)知識、動手實(shí)踐、分析思考三者有機(jī)結(jié)合起來，從而提高學(xué)生的實(shí)踐、創(chuàng)新能力。

在實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行過程中，學(xué)生還會遇到很多具體困難，主要表現(xiàn)在對有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不理解，儀器的使用方法不熟悉，遇到故障不知該如何解決等。對于這些問題，指導(dǎo)教師應(yīng)及時(shí)抓住典型給予集體分析、講解使絕大多數(shù)學(xué)生能在短時(shí)間內(nèi)解決問題，否則會影響實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行。在調(diào)試過程中，要積極引導(dǎo)學(xué)生如何用理論知識分析問題，要提醒學(xué)生要先分析故障原因，然后再加以解決。

例如，在“籃球比賽24s計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)”的綜合實(shí)驗(yàn)中，最后一個(gè)功能要求計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)到0時(shí)，計(jì)時(shí)器自動停止工作，顯示器顯示00。很多學(xué)生都會遇到這樣的故障：計(jì)時(shí)器計(jì)到00后不能停止下來，而是一直繼續(xù)減到99，98…。這時(shí)學(xué)生一般第一個(gè)反應(yīng)就是計(jì)數(shù)器192有問題，就要求教師更換芯片，結(jié)果換了芯片后，故障仍然存在。這時(shí)教師就可以利用這個(gè)機(jī)會，講授大家一些基本的故障排除方法。首先，要從原理上分析可能產(chǎn)生故障的原因是清零端沒有置1或者是減計(jì)數(shù)脈沖輸入端仍有脈沖輸入，然后再利用萬用表依次從后往前逐級測量各個(gè)管腳的電壓是否在正常的范圍之內(nèi)，從而最終可以查出故障的原因，然后加以排除。

（3）實(shí)驗(yàn)考核

為達(dá)到公平地評定實(shí)驗(yàn)成績，將最后的總成績分成三部分：平時(shí)操作占30%，綜合實(shí)驗(yàn)占20%，實(shí)驗(yàn)考試占50%。其中綜合實(shí)驗(yàn)評分標(biāo)準(zhǔn)的制定，又包括三部分的內(nèi)容：預(yù)習(xí)報(bào)告及原理設(shè)計(jì)圖、實(shí)驗(yàn)過程中分析問題和解決問題的能力、總結(jié)報(bào)告的撰寫。在實(shí)驗(yàn)及整個(gè)過程中指導(dǎo)教師應(yīng)在每個(gè)階段對每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，學(xué)習(xí)態(tài)度，組織紀(jì)律，實(shí)驗(yàn)質(zhì)量等方面有計(jì)劃、有階段地進(jìn)行嚴(yán)格考核，教師對每個(gè)學(xué)生的情況要有記錄，作為成績考核的依據(jù)。

2 “電工學(xué)”綜合實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

（1）綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)性

在實(shí)驗(yàn)的全流程中，從查閱資料、提出初步方案到完善方案、實(shí)施和完成設(shè)計(jì)，到寫出總結(jié)報(bào)告的整個(gè)過程都要求學(xué)生自己動手。教師定期組織學(xué)生們進(jìn)行討論，給學(xué)生找問題、指方向，讓學(xué)生充分體會發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的難度，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作精神。

（2）實(shí)驗(yàn)方案的多樣性

實(shí)驗(yàn)方案是在統(tǒng)一要求下自己設(shè)計(jì)的，因此，每個(gè)學(xué)生的具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法多種多樣。教師對實(shí)驗(yàn)方案認(rèn)可后，學(xué)生可任意選擇電路的形式、所用元器件的種類和尺寸。教師組織討論會對各種方案進(jìn)行比較，并選取有一定水平和特點(diǎn)的方案加以講解和推廣，鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新性。

（3）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的實(shí)用性

對于《電工學(xué)》綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用密切相關(guān)。這樣可以全方位地提高學(xué)生對所學(xué)基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識的綜合理解，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際動手能力。學(xué)生對這種學(xué)以致用的綜合實(shí)驗(yàn)非常歡迎，實(shí)驗(yàn)態(tài)度也非常認(rèn)真。

（4）實(shí)驗(yàn)室的開放性

實(shí)驗(yàn)室采用網(wǎng)上預(yù)約的模式，學(xué)生根據(jù)自己的情況和時(shí)間預(yù)約進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。這種從空間、時(shí)間、內(nèi)容等的開放為學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新提供了條件［4］。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

（1）激發(fā)了學(xué)生的主動性、積極性

作為一個(gè)電路設(shè)計(jì)性的綜合實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)方案的確定、具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)到實(shí)驗(yàn)問題的分析、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫均由學(xué)生在教師的指引下自行制訂與完成，實(shí)驗(yàn)中所涉及到的一些未在課堂上講授過的知識和技能也需要學(xué)生自行學(xué)習(xí)和熟練。這種充分賦予學(xué)生自主權(quán)的實(shí)驗(yàn)方式大大地激發(fā)了學(xué)生的主動性和積極性。

（2）培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神是設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要目的。從實(shí)驗(yàn)效果來看，學(xué)生能自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)施方案，例如在“籃球比賽24s計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)”的綜合實(shí)驗(yàn)中，其中計(jì)時(shí)結(jié)束后報(bào)警2s電路的設(shè)計(jì)，學(xué)生設(shè)計(jì)出的電路豐富多樣，體現(xiàn)出了很大的創(chuàng)新意識。

（3）提高了學(xué)生的實(shí)踐動手能力

綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)充分考慮了實(shí)際應(yīng)用的需要，從實(shí)驗(yàn)題材的選取與實(shí)際應(yīng)用情況相吻合。學(xué)生在這種“真實(shí)”環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)所獲得的實(shí)踐動手經(jīng)驗(yàn)無論是對其所學(xué)知識體系的串聯(lián)還是對其將來在科研、工作崗位上的發(fā)展都是大有裨益的。

4 結(jié)語

面對應(yīng)用性較強(qiáng)的學(xué)科中如何提高學(xué)生實(shí)踐能力的問題，我們在《電工學(xué)》設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方面做出了探索，力求建設(shè)具有設(shè)計(jì)上的自主性、方案上的多樣性、內(nèi)容上的實(shí)用性、時(shí)間上的連續(xù)性和開放性的設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)。實(shí)踐證明，設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)的探索取得了很好的效果，激發(fā)了學(xué)生的主動性、積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高了學(xué)生的實(shí)踐動手能力。

［1］ 秦曾煌.《電工學(xué)》.高等教育出版社，2004

［2］ 馮根良，鄭青根：多層次電子電工實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)與實(shí)踐.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，3

［3］ 王香婷，劉濤.《電工技術(shù)與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)》.高等教育出版社，2009

［4］ 丁守成等.開放式電工電子綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探討.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2005，6