改進(jìn)電工電路實(shí)驗(yàn)課程的探討

摘要：結(jié)合目前電工電路實(shí)驗(yàn)課程的狀況，討論了所存在的問(wèn)題，提出了一些改進(jìn)實(shí)驗(yàn)課程的方案，涉及到改編實(shí)驗(yàn)教材、增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和提高實(shí)驗(yàn)難度、擴(kuò)大設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的所占比例、使用EWB進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)、改變考核方式等。

關(guān)鍵詞：電工電路；實(shí)驗(yàn)課程；教材；考核

作者簡(jiǎn)介：唐方駿（1984-），男，上海人，上海海事大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)中心，助理工程師。（上海201306）

中圖分類號(hào)：G642.423#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號(hào)：1007-0079（2012）13-0097-02

電工電路實(shí)驗(yàn)作為一門歷史悠久的基礎(chǔ)課程，有著其自身的特殊意義。在科技高速發(fā)展、參加實(shí)驗(yàn)人數(shù)大規(guī)模增加的背景下，目前的實(shí)驗(yàn)課程顯得缺少變化，存在一些需要優(yōu)化提高的環(huán)節(jié)，對(duì)此提出了一些解決方案。

一、實(shí)驗(yàn)課程目前所存在的問(wèn)題

電工電路實(shí)驗(yàn)是所有電學(xué)實(shí)驗(yàn)中最基礎(chǔ)的一部分，上海海事大學(xué)所有工科類學(xué)生都將參加。最基礎(chǔ)的往往看似也相對(duì)最簡(jiǎn)單，得不到重視，但它卻又是所有電學(xué)知識(shí)中的基石，為學(xué)生未來(lái)學(xué)習(xí)其他電學(xué)知識(shí)做鋪墊，電工電路實(shí)驗(yàn)的作用不容小覷。

傳統(tǒng)課堂上的教學(xué)把重點(diǎn)放在理論知識(shí)上，涵蓋了很多計(jì)算公式、推論過(guò)程，相對(duì)缺少對(duì)實(shí)際物體感性的認(rèn)識(shí)，有時(shí)碰見(jiàn)實(shí)際問(wèn)題，不知如何運(yùn)用書本上的知識(shí)來(lái)解決。開(kāi)展實(shí)驗(yàn)課程的目的就是彌補(bǔ)理論課的不足之處，增加感性理解，鞏固理論知識(shí)，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、科學(xué)的思維方式。

上海海事大學(xué)搬遷到新校區(qū)后，學(xué)生人數(shù)和專業(yè)種類增加了很多，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的要求也提高了。經(jīng)過(guò)兩年多在實(shí)驗(yàn)室工作的實(shí)踐，認(rèn)識(shí)到目前實(shí)驗(yàn)課程和管理存在一些問(wèn)題，有改進(jìn)提高的空間。

學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課積極性不高以及重視度不夠是目前存在的問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)課前的預(yù)習(xí)不是很充分，實(shí)驗(yàn)過(guò)程不專心，實(shí)驗(yàn)器材損壞較多，實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成也不認(rèn)真。實(shí)驗(yàn)課程中對(duì)電工電路理論的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)占大多數(shù)，學(xué)生在操作實(shí)驗(yàn)時(shí)往往很機(jī)械地為了完成實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中遇到線路問(wèn)題首先找老師解決，獨(dú)立思考能力欠缺，有時(shí)即使完成實(shí)驗(yàn)也弄不清楚一些實(shí)驗(yàn)原理和現(xiàn)象。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過(guò)多導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)難度不夠，學(xué)生以模仿教師的演示實(shí)驗(yàn)和操作接線為主，被動(dòng)地完成實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)前即知道實(shí)驗(yàn)結(jié)果，直接影響了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣。目前實(shí)驗(yàn)室關(guān)于電工電路的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多年沒(méi)變，還是停留在老思路、老方法中，偏重于理論驗(yàn)證部分，缺少與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的聯(lián)系，沒(méi)有緊跟現(xiàn)代科技高速發(fā)展的步伐。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材對(duì)于數(shù)據(jù)測(cè)量的要求過(guò)于死板，條條框框太多，都是一些現(xiàn)成制作好的表格，使學(xué)生局限于實(shí)驗(yàn)教材的思路，多數(shù)人的實(shí)驗(yàn)?zāi)康淖兂闪藴y(cè)量數(shù)據(jù)以完成表格，而對(duì)數(shù)據(jù)背后的意義不太關(guān)心。實(shí)驗(yàn)教材中有些內(nèi)容過(guò)于簡(jiǎn)單或具體，使得學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的時(shí)間偏少。電工電路實(shí)驗(yàn)面向的學(xué)生主要分為電類專業(yè)（電氣、自動(dòng)化、電子、通信等）與非電類專業(yè)（電類以外的工科專業(yè)）。對(duì)于前者，實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后需要進(jìn)行考核，而對(duì)于后者，只需完成實(shí)驗(yàn)課程，不需要考核。不需要考核的學(xué)生自然不太重視實(shí)驗(yàn)課；需要接受考核的，雖然重視，但還是為了應(yīng)付考試，而目前的考核方式還是操作原有的實(shí)驗(yàn)，比較單一，并沒(méi)有起到檢驗(yàn)鍛煉學(xué)生能力的效果。目前的實(shí)驗(yàn)課還是依附在理論課程中，只是屬于其中的一個(gè)環(huán)節(jié)，限制了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理與運(yùn)作，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)排課不當(dāng)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)度超前理論課進(jìn)度的情況。

二、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)課程的一些舉措

1.改編實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材

目前的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材已經(jīng)使用了好多年，里面的內(nèi)容并沒(méi)有做過(guò)大的改動(dòng)，隨著參加電工電路實(shí)驗(yàn)的學(xué)生人數(shù)、專業(yè)種類的增多，有必要對(duì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材進(jìn)行改編，電類專業(yè)與非電類專業(yè)所使用的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材應(yīng)該有所區(qū)分。對(duì)于非電類學(xué)生所使用的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材，還是保持以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，適當(dāng)增加些設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。而對(duì)于電類學(xué)生，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材中應(yīng)該要增大自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程中的所占比例?，F(xiàn)在所使用的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材中，關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作方法、實(shí)驗(yàn)步驟等描述太詳細(xì)，對(duì)于數(shù)據(jù)的測(cè)量又制定了統(tǒng)一的表格，規(guī)定了所要測(cè)量的數(shù)據(jù)，學(xué)生完全按照著實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材的思路做實(shí)驗(yàn)，缺乏獨(dú)立思考。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材應(yīng)該在保持原有的實(shí)驗(yàn)原理介紹及實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范、安全守則的基礎(chǔ)上盡量刪減那些指導(dǎo)過(guò)于詳細(xì)的、冗余的部分，給予學(xué)生更多的自我思考與自由發(fā)揮的空間。此外，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材中多年未變的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也應(yīng)相應(yīng)改變和調(diào)整。有些實(shí)驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，耗時(shí)較短，出現(xiàn)學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后還剩余一些時(shí)間無(wú)所事事的情況，建議把這些用時(shí)較短的實(shí)驗(yàn)合并在一起。比如基爾霍夫定律的驗(yàn)證與電位的研究和疊加原理、最大功率傳輸定理這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)是分開(kāi)的，可以考慮把疊加原理合并到基爾霍夫定律驗(yàn)證中去，而最大功率傳輸定理可以劃分到其他實(shí)驗(yàn)中。最后，在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材的改編過(guò)程中，應(yīng)該在每個(gè)實(shí)驗(yàn)后列出更多的相關(guān)思考題，利于學(xué)生對(duì)所做實(shí)驗(yàn)的總結(jié)，加深對(duì)理論知識(shí)的理解。

2.增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)難度，嘗試更多的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

上海海事大學(xué)非電類專業(yè)學(xué)生參加電工電路實(shí)驗(yàn)一共是8課時(shí)，也就是來(lái)實(shí)驗(yàn)室4次，電類專業(yè)實(shí)驗(yàn)課一共是18課時(shí)，其中2課時(shí)是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)考核。在總課時(shí)固定不變的情況下，可以設(shè)法改變?cè)瓉?lái)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（形式）來(lái)達(dá)到改進(jìn)實(shí)驗(yàn)課程的效果。非電專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課時(shí)少，要求也比電類專業(yè)低很多，在達(dá)到了解電氣設(shè)備儀器、掌握基本測(cè)量方法的基礎(chǔ)上，增加一些設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。對(duì)于那些學(xué)有余力、動(dòng)手能力強(qiáng)、對(duì)電學(xué)知識(shí)興趣高的非電類學(xué)生，可以為他們?cè)黾与婎悓I(yè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在電類專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程上作更大的調(diào)整，改變?cè)瓉?lái)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，更新?shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)課時(shí)的利用率，對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)提出更多的要求。

針對(duì)非電類專業(yè)，可以增加如戴維南、諾頓定理的驗(yàn)證、三相交流電路參數(shù)測(cè)量的實(shí)驗(yàn)，某些機(jī)械類專業(yè)也可以考慮增加三相異步電動(dòng)機(jī)、繼電器等實(shí)驗(yàn)。這樣在實(shí)驗(yàn)課時(shí)不變的條件下，可以緩解有些實(shí)驗(yàn)過(guò)早結(jié)束的情況，學(xué)生也會(huì)感到時(shí)間的緊迫，更認(rèn)真地去完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。而針對(duì)電類專業(yè)，為他們提供更全面、更系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?？梢栽诂F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上完善的參考實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有電源等效變換、二階動(dòng)態(tài)電路、受控源研究、RC選頻網(wǎng)絡(luò)、互感電路等。

在實(shí)驗(yàn)講解過(guò)程中，在確保安全的前提下，盡量減少現(xiàn)場(chǎng)對(duì)實(shí)驗(yàn)的演示，主要明確實(shí)驗(yàn)原理和大致方法即可，給予學(xué)生更多探索未知實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的空間。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生碰到問(wèn)題時(shí)，盡量讓他們自己來(lái)發(fā)現(xiàn)和改正錯(cuò)誤，增加獨(dú)立性和解決問(wèn)題的能力。這樣可以在某些程度上提高實(shí)驗(yàn)的難度。再者，原先只做一階動(dòng)態(tài)電路的實(shí)驗(yàn)，可以增加二階動(dòng)態(tài)電路的實(shí)驗(yàn)，只做一端口網(wǎng)絡(luò)的加上二端口網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)這樣也可以提高實(shí)驗(yàn)的難度。

在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)上也需要下功夫。非電類專業(yè)的要求較低，可以在提供了實(shí)驗(yàn)原理圖后讓學(xué)生自行選取所要測(cè)量的參數(shù)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)測(cè)量的表格。對(duì)于電類專業(yè)，則可以在8次實(shí)驗(yàn)課中抽出2課時(shí)專門進(jìn)行自我設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)。例如在戴維南、諾頓定理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè)含源一端口網(wǎng)絡(luò)，電路原理圖自己畫，參數(shù)自選，明確可以達(dá)到怎樣的效果（如端口輸出的最大功率）。學(xué)生也可以根據(jù)所學(xué)的電路理論知識(shí)來(lái)自行創(chuàng)建一個(gè)實(shí)驗(yàn)題目，編寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)提綱：明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、介紹實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、所需儀器和元件、闡述實(shí)驗(yàn)原理（包括計(jì)算部分）和實(shí)驗(yàn)步驟，提出思考題。

3.適當(dāng)使用EDA軟件來(lái)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)

現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)課程中所使用的實(shí)驗(yàn)臺(tái)雖包含了大多數(shù)類型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，基本能夠滿足課程的需求，但這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都是固化不變的，很難輕易改動(dòng)。因此，在實(shí)驗(yàn)課程中引入EDA軟件可以在虛擬中完成更多個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)，彌補(bǔ)固定實(shí)驗(yàn)設(shè)備的柔性不足。同時(shí)，把EDA軟件帶入實(shí)驗(yàn)課程符合21世紀(jì)信息化社會(huì)的趨勢(shì)與要求，能夠提高學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程的興趣，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解，在進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)方面給予更多自我發(fā)揮創(chuàng)造的空間。學(xué)生掌握了仿真軟件對(duì)以后學(xué)習(xí)模擬電路、數(shù)字電路也有所幫助。通過(guò)比較，考慮使用EWB軟件作為實(shí)驗(yàn)課程的仿真工具。EWB全稱Electronics Workbench（虛擬電子工作臺(tái)），是交互式圖像技術(shù)有限公司在20世紀(jì)90年代初開(kāi)發(fā)的EDA軟件。EWB小巧但仿真功能強(qiáng)大，簡(jiǎn)單易學(xué)，使用方便（圖形界面直觀、實(shí)時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果、帶有豐富的元件庫(kù)、提供多種電路方法），適合實(shí)驗(yàn)室教學(xué)。下面圖1、圖2、圖3是使用EWB進(jìn)行RLC串聯(lián)諧振實(shí)驗(yàn)仿真的例子。

4.考核形式及其他方面的改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)考核的目的是檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的掌握和認(rèn)知情況，在另一個(gè)方面也可以提高學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程的重視程度。非電類專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程不設(shè)有專門的考核環(huán)節(jié)，為此，可以在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)課中加入考核。對(duì)于實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完成要有嚴(yán)格的要求，此外，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的表現(xiàn)情況也可以計(jì)入到平時(shí)考核中。比如，非電類學(xué)生主要是做驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，在講解完實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生依然在連接電路、選擇電表量程時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)電源短路、報(bào)警等錯(cuò)誤，造成器件不必要的損壞，可以把這些作為平時(shí)考核的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，也促使學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)更認(rèn)真、專注、仔細(xì)。電類專業(yè)在完成實(shí)驗(yàn)課程后有一次實(shí)驗(yàn)考試，但考核主要是針對(duì)以前做過(guò)的實(shí)驗(yàn)，缺少變化，形式單一?？紤]在今后的考核中，不單單要完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的操作，還要加上設(shè)計(jì)性部分，讓學(xué)生自己來(lái)設(shè)計(jì)考試的電路，并且要把原理闡述清楚，分析產(chǎn)生誤差的原因，這樣可改變一些學(xué)生會(huì)操作實(shí)驗(yàn)但不明白實(shí)驗(yàn)原理的狀況。而對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的考核，不用去考慮器件損壞的扣分情況。

目前實(shí)驗(yàn)室所用的實(shí)驗(yàn)儀器都是一些集成化的實(shí)驗(yàn)箱，安全、可靠，但缺點(diǎn)也很明顯，減小了學(xué)生對(duì)于電氣設(shè)備的認(rèn)知度，降低了動(dòng)手難度。通過(guò)在實(shí)驗(yàn)課程中展示一些實(shí)驗(yàn)器件來(lái)盡量彌補(bǔ)這些不足。比如，在做單相變壓器的實(shí)驗(yàn)中，可以把實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的變壓器實(shí)物拿出來(lái)介紹，或讓學(xué)生接觸實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)部一些結(jié)構(gòu)。再者，在做三相電路時(shí)，讓學(xué)生看一下實(shí)驗(yàn)臺(tái)三相電源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，或可以進(jìn)一步在指導(dǎo)下對(duì)三相調(diào)壓器校準(zhǔn)，使三相電源對(duì)稱。而對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)，可以在實(shí)驗(yàn)中拆開(kāi)，展示電動(dòng)機(jī)中定子、轉(zhuǎn)子、線圈的結(jié)構(gòu)，給予學(xué)生更直觀的感受。如果在實(shí)驗(yàn)課程中有剩余的時(shí)間，講解一些電工技術(shù)（電工常用工具、電工基本技能、基本常識(shí)等），也是讓實(shí)驗(yàn)課程更緊密聯(lián)系實(shí)際的一個(gè)方法。此外，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，把實(shí)驗(yàn)課程的多媒體課件放在校園網(wǎng)上也是未來(lái)的方向。

三、結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于電工電路實(shí)驗(yàn)課程所存在的問(wèn)題，提出了改編實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材、增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、提高實(shí)驗(yàn)難度、進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、在實(shí)驗(yàn)課程中引入EDA軟件、考核方式改進(jìn)等一些方案。在具體落實(shí)改進(jìn)措施的道路上還有很多工作要做，還會(huì)碰到更多新的問(wèn)題。在改進(jìn)電工電路實(shí)驗(yàn)課程的過(guò)程中，不僅要認(rèn)真解決現(xiàn)有的問(wèn)題，也要積極吸取和學(xué)習(xí)其他優(yōu)秀高校實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)驗(yàn)，不斷完善實(shí)驗(yàn)課程。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）