“電路實驗”教學(xué)方法的改革與實踐

陳桂真 劉曉文 薛雪

摘要：針對“電路實驗”在高校工科電類專業(yè)課程中的基礎(chǔ)地位，結(jié)合教育培養(yǎng)卓越工程師的要求，采取“夯實基礎(chǔ)、循序漸進(jìn)、拓展視野”的教學(xué)方式，通過對“電路實驗”教學(xué)方法進(jìn)行改革與實踐，改進(jìn)驗證性實驗教學(xué)方法、增加綜合性、設(shè)計性實驗比例，逐步提高學(xué)生的實驗技能和創(chuàng)新設(shè)計能力，全面提高學(xué)生綜合素質(zhì)，為后續(xù)課程奠定扎實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：電路實驗;創(chuàng)新實踐能力;實驗教學(xué)與改革;教學(xué)方法

中圖分類號：G647 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）33-0102-02

“電路實驗”是各高校工科電類相關(guān)專業(yè)第一門專業(yè)基礎(chǔ)實驗課，在整個電類專業(yè)課程體系中起著承上啟下的重要作用。通過對本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握基本實驗方法，使他們能夠正確觀察和分析實驗現(xiàn)象，能夠運(yùn)用所學(xué)理論知識設(shè)計實現(xiàn)簡單的電路，培養(yǎng)基本實驗技能。隨著教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的提出，對工科學(xué)生的綜合能力及創(chuàng)造性思維提出更高的要求。因此，如何在有限的學(xué)時內(nèi)更好的提高學(xué)生綜合運(yùn)用能力、實踐能力以及創(chuàng)新能力，是“電路實驗”課程改革的方向。

我校歷來重視實驗教學(xué)的效果，教研組在“電路實驗”的教學(xué)方法、教學(xué)計劃和教學(xué)模式的改革上不斷摸索。改革主要體現(xiàn)在實驗設(shè)計中注意理論與實際相結(jié)合，學(xué)生的實際能力與課程的特點相結(jié)合。在掌握基本實驗技能的基礎(chǔ)上，增加了綜合性和設(shè)計性實驗內(nèi)容，綜合性、設(shè)計性實驗使教學(xué)的形式和內(nèi)容多樣化，學(xué)生從簡單地模仿者變?yōu)閷嶒灥脑O(shè)計者和執(zhí)行者，讓學(xué)生成為實驗的主導(dǎo)者，大大調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，受到學(xué)生的廣泛歡迎，取得良好的教學(xué)效果。

一、電路實驗改革的必要性

我校的“電路實驗”課程是面向電氣自動化、電子信息類學(xué)生開設(shè)的第一門專業(yè)實驗課程，多年來已形成一套傳統(tǒng)的教學(xué)模式。實驗內(nèi)容與理論內(nèi)容聯(lián)系緊密，以驗證性實驗為主，實驗的主要目的是對相關(guān)理論知識點的驗證，各個實驗間的關(guān)聯(lián)度差，且缺乏具體的工程實際應(yīng)用場景。隨著學(xué)生人數(shù)的增加，也造成師資的緊張，由原來的兩個教師變?yōu)橐粋€教師指導(dǎo)一個班，一名老師實驗課上要同時指導(dǎo)30名同學(xué)進(jìn)行實驗，因此不可能兼顧到每個人，再加上實驗室使用的大型綜合實驗臺集成了各類儀表，設(shè)備故障率高。為了使得學(xué)生都能完成實驗，教師只能提前將實驗中的注意事項、測量方法等問題講解，這就會使學(xué)生的課前預(yù)習(xí)流于形式，簡單地按照老師的講解機(jī)械地模仿來完成實驗，學(xué)生缺少獨(dú)立思考問題的鍛煉，通過實驗，學(xué)生的實際動手能力有了相應(yīng)的提高，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足卓越工程師實驗技能的培養(yǎng)需求。

二、電路實驗改革與實踐[1-6]

“電路實驗”課程安排在大二第一學(xué)期，學(xué)生剛從高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等工科類的基礎(chǔ)課程轉(zhuǎn)到專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，對專業(yè)課的概念和認(rèn)識還很模糊，對實際生活中各類電路充滿憧憬。電路課程的特點是強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)理論，通過對該門課程的學(xué)習(xí)還不具備設(shè)計和實現(xiàn)復(fù)雜電路的能力，如何讓學(xué)生保持高昂的學(xué)習(xí)興趣一直是“電路實驗”改革的方向。

結(jié)合“電路實驗”課程基礎(chǔ)性的特點，抓住我校電路理論課程申報國家級精品資源共享課的契機(jī)，2012年新修訂的教學(xué)計劃將電路實驗學(xué)時增加至32學(xué)時，從時間上為課程的改革創(chuàng)造條件。在保證基礎(chǔ)實驗的同時，增加了綜合設(shè)計實驗;允許學(xué)生自擬題目，自主實踐。將實驗教學(xué)體系分為三個層次：驗證性、綜合性和設(shè)計性實驗;采取由淺入深，循序漸進(jìn)的原則;因材施教，翻轉(zhuǎn)課堂，轉(zhuǎn)換教學(xué)理念，還學(xué)生學(xué)習(xí)的主動權(quán)。

1.夯實基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)變驗證性實驗教學(xué)理念

本課程的核心任務(wù)是幫助學(xué)生正確使用各類電子儀器、測量儀表的使用方法，能根據(jù)待測電路選擇測量儀器設(shè)備、確定測量和分析方法。因此，在課程開始階段開設(shè)基礎(chǔ)的驗證性實驗，實驗內(nèi)容的設(shè)置與同期進(jìn)行的電路理論課程緊密結(jié)合，主要包括直流電路、正弦交流電路、網(wǎng)絡(luò)函數(shù)、動態(tài)電路、二端口網(wǎng)絡(luò)等理論知識點。

學(xué)生在驗證性實驗中扮演的角色由單純的模仿變?yōu)榘胱灾?。由原來通過指定線路、嚴(yán)格按照指導(dǎo)教師講解的步驟測量數(shù)據(jù)來得到實驗結(jié)論，轉(zhuǎn)變?yōu)樵谥R點的限制條件下由學(xué)生獨(dú)立設(shè)計實驗線路參數(shù)及測量數(shù)據(jù)方法，教師在實驗指導(dǎo)過程中的作用主要是指導(dǎo)學(xué)生解決設(shè)計中、測量時出現(xiàn)的問題。例如，在第一個“電源元件伏安特性的測試”實驗中，指導(dǎo)學(xué)生重點解決理想電流源和理想電壓源源測量電路中時正確選擇電壓表和電流表的內(nèi)接和外接，電流源的測試電路中當(dāng)負(fù)載電阻過大時會使得電流源器件輸出飽和等問題。學(xué)生通過半自主驗證性實驗的訓(xùn)練，不僅鞏固了理論知識、還學(xué)會了基本常用儀器儀表的使用、常用的測量方法，具備了初步分析問題、解決問題等實驗技能，為后續(xù)的綜合設(shè)計性實驗打下基礎(chǔ)。

2.循序漸進(jìn)，加強(qiáng)綜合性實驗

在學(xué)生掌握了基本測量技能的基礎(chǔ)上，與驗證性實驗交叉設(shè)置開設(shè)綜合性實驗，實驗內(nèi)容主要為直流電路故障的診斷、三相電路、負(fù)阻抗變換器及回轉(zhuǎn)器的應(yīng)用等，每個實驗項目涉及到多個電路理論知識點或多種測量方法，在綜合性實驗中進(jìn)一步擴(kuò)大學(xué)生的自主性。先布置實驗題目，提出實驗具體要求，學(xué)生需要根據(jù)實驗要求先設(shè)計實驗線路、實驗步驟和測量方法，然后進(jìn)入實驗室自主完成。實驗的順利完成首先需要學(xué)生理解理論知識點并按要求設(shè)計實驗線路，掌握儀器儀表的測量內(nèi)容及使用方法，結(jié)合實驗的技術(shù)手段和測量方法設(shè)計實驗步驟和測量表格，最后到實驗室完成實驗。以負(fù)阻抗實驗為例，在這個實驗中以電流反向型負(fù)阻抗為核心模塊，先在直流激勵下實現(xiàn)負(fù)電阻，再由負(fù)電阻構(gòu)成具有負(fù)內(nèi)阻的電壓源，最后將具有負(fù)內(nèi)阻的方波電壓源接入RLC串聯(lián)電路中，實驗內(nèi)容逐級深入，循序漸進(jìn)，涉及到直流電路中元件伏安特性的測試，又有動態(tài)電路響應(yīng)的研究方法。通過綜合性實驗的訓(xùn)練培養(yǎng)了學(xué)生的綜合分析問題和處理問題的能力以及簡單電路的設(shè)計能力。

3.拓展視野，開設(shè)綜合設(shè)計性實驗

在本課程的最后階段設(shè)置有課內(nèi)4學(xué)時的實用電路設(shè)計實驗。設(shè)計性實驗完全放開限制，從題目到最后的報告全部由學(xué)生獨(dú)立完成。學(xué)生自由組合，2～3個人一組，通過查閱資料，確定實驗題目。先將設(shè)計電路在EWB或Muitisim軟件上仿真實現(xiàn)，邊仿真邊修改以完善設(shè)計，仿真通過后進(jìn)入實驗室進(jìn)行實驗操作，根據(jù)實驗結(jié)果完成實驗報告及總結(jié)。

從2012屆學(xué)生的實驗來看，大多學(xué)生可設(shè)計完成可調(diào)電源電路、斷電報警電路、溫度控制電路、熱控電路、光控電路等與實際結(jié)合密切的實用電路。由于學(xué)生的專業(yè)理論知識水平有限的實際情況，許多實際電路中常用到的集成芯片、晶體管電路、控制器件等還沒有接觸到。還有一些器件不是實驗室常備的，需要查找資料，研究元件功能并尋找其他元件進(jìn)行替換。教師在實驗過程中起到了引導(dǎo)和輔導(dǎo)的作用，從器件選擇上和實驗方案上和學(xué)生共同探討，啟發(fā)學(xué)生思考，完善并實現(xiàn)實驗方案。通過設(shè)計實驗的訓(xùn)練，培養(yǎng)了學(xué)生積極思考、主動學(xué)習(xí)、自主動手和獨(dú)立解決工程問題的研究能力和創(chuàng)新的意識，為后續(xù)專業(yè)課程和從事工程技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

結(jié)合學(xué)生實驗所出現(xiàn)的實際情況，2013年年底課題組老師設(shè)計完成了綜合設(shè)計實驗箱，包括基本元器件、控制模塊、聲光顯示模塊、擴(kuò)展模塊、電源模塊等12個模塊，基本可以涵蓋學(xué)生設(shè)計過程中用到的所有芯片和器件，使得實驗設(shè)計實現(xiàn)更便捷。

4.建設(shè)立體化教材資源，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供平臺支持

為了更好地滿足電路實驗的教學(xué)改革要求，建設(shè)立體化教材資源。在我校電路教研組全體教師多年實驗經(jīng)驗總結(jié)的基礎(chǔ)上編寫了“電路實驗”教材，2009年已由機(jī)械工業(yè)出版社出版。隨著實驗改革的不斷深入，計劃對教材進(jìn)行改版修訂并已在校教材建設(shè)立項。

在紙質(zhì)教材不斷完善的同時開發(fā)了實驗教學(xué)課件以及實驗教學(xué)網(wǎng)站，電路實驗多媒體課件內(nèi)容豐富，包括實驗教學(xué)內(nèi)容，實驗教學(xué)參考資料，常用實驗設(shè)備使用動畫演示、設(shè)備使用講解錄像、數(shù)據(jù)處理、優(yōu)秀報告選登、師生交互等模塊，課件設(shè)計先進(jìn)、合理，得到專家同行的一致認(rèn)可，并先后獲得教育部多媒體課件大賽二等獎和聲多媒體課件大賽一等獎。課程的網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)資源共享，進(jìn)一步拓展教學(xué)空間和時間，促進(jìn)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)。為學(xué)生實驗提供立體化、全方位的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

5.實驗成績的評定

我?！半娐穼嶒灐闭n程獨(dú)立設(shè)課，成績是學(xué)生實驗動手能力的最終反映，是對學(xué)生能力水平的鑒定。如何客觀地給出實驗成績也是我們一直在探討的問題，考慮到具體的實驗內(nèi)容，根據(jù)每一個實驗項目制訂了相應(yīng)的評分標(biāo)準(zhǔn)。主要分為三部分：預(yù)習(xí)情況、實際操作和實驗報告，并設(shè)置有考察性實驗，在考查性實驗中主要是檢驗具體的電路設(shè)計和設(shè)備的選擇與使用能力，在強(qiáng)調(diào)實際動手能力的同時，加強(qiáng)學(xué)生撰寫報告的能力。

三、實驗教學(xué)方法的改革效果

“電路實驗”課程堅持“夯實基礎(chǔ)、循序漸進(jìn)、拓展視野”的教學(xué)理念，以提高學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力為目標(biāo)。作為專業(yè)基礎(chǔ)實踐課程的入門，適用于電氣、信息類專業(yè)的學(xué)生。通過對電氣2012級學(xué)生進(jìn)行教改實踐，學(xué)生對實驗保持了濃厚的興趣，加深了學(xué)生對理論知識的理解，更好地將抽象的理論應(yīng)用于實際中，大大提高了學(xué)生獨(dú)立性解決問題的能力。

在教學(xué)實踐中通過學(xué)生的不斷創(chuàng)新也督促教師的不斷進(jìn)步，跟上學(xué)科發(fā)展的前沿，教學(xué)相長。如何進(jìn)一步對實驗教學(xué)的模式和教學(xué)方法進(jìn)行改革，不斷提高實踐教學(xué)中學(xué)生的主動性和能動性，努力發(fā)揮實踐教學(xué)對于學(xué)生動手能力和創(chuàng)新意識培養(yǎng)的更大效果和效率。

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（責(zé)任編輯：劉翠枝）