“電路”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

劉松齡?覃亮

摘要：“電路”實(shí)驗(yàn)是電路課程教學(xué)過程必不可少的環(huán)節(jié)，同時(shí)也是電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)課程。傳統(tǒng)教學(xué)普遍存在重理論輕實(shí)踐的觀點(diǎn)，顯然不符合新形勢下對人才培養(yǎng)的要求，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革勢在必行。文章提出了“電路”實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念下的改革措施，通過實(shí)踐取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)改革；分層次教學(xué)；創(chuàng)新能力

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）36-0170-02

在歐美等發(fā)達(dá)國家，理論與實(shí)踐教學(xué)的學(xué)時(shí)比一般為1：2或1：3，遠(yuǎn)高于國內(nèi)大部分理工科高校。長期以來，國內(nèi)理工類高校實(shí)驗(yàn)占教學(xué)之比重較低，普遍存在重理論輕實(shí)踐的傾向，這樣不利于人才的培養(yǎng)。教育部和財(cái)政部等單位于2012年2月發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高校實(shí)踐育人工作的若干意見》，[1]文中針對加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)提出了明確的要求和具體的措施。其中第5條指出：深化實(shí)踐教學(xué)方法改革，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)方法是專業(yè)建設(shè)的重要內(nèi)容。因此，需要從學(xué)生能力培養(yǎng)著手，對過去單一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式包括實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、方法和形式等方面做進(jìn)一步的探討和改革。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

“電路”課程高等工科院校是電子信息類專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。我校電子信息工程學(xué)院12版教學(xué)大綱規(guī)定，電氣類專業(yè)的“電路”理論課程在大一的下學(xué)期開設(shè)，教學(xué)共計(jì)劃84學(xué)時(shí)，其中理論課時(shí)占64個(gè)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)占12個(gè)，共安排6次。實(shí)驗(yàn)涉及到的課程主要內(nèi)容有：電路的基本概念與基本定律、電阻元件的VCR，電源的等效變換、線性電路的基本分析方法、基本定理、含有理想運(yùn)放的電路分析、一階電路的時(shí)域分析、二階電路的時(shí)域分析、正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析等。

針對新形勢下對人才培養(yǎng)的要求，“電路”課程的實(shí)踐教學(xué)改革應(yīng)該采取對不同教學(xué)對象因材施教、人盡其才的分層次教學(xué)方法，實(shí)踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容和形式應(yīng)多樣化。作為民族院校，生源的差異性較大，對基礎(chǔ)較差的學(xué)生要求完成必做的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)；對基礎(chǔ)較好的學(xué)生除完成基本要求之外，還要完成綜合性實(shí)驗(yàn)；對動(dòng)手能力強(qiáng)和創(chuàng)新意識強(qiáng)的學(xué)生，可分成興趣小組，完成設(shè)計(jì)性和自定項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)。分層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以充分調(diào)動(dòng)不同層次學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，為社會的發(fā)展培養(yǎng)和提供各種急需的復(fù)合型人才。[2]

在“電路”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的調(diào)整上，將原來只要求做驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)和硬件實(shí)驗(yàn)兩大部分，其中硬件實(shí)驗(yàn)又劃分為驗(yàn)證性、綜合提高性和設(shè)計(jì)性三個(gè)層次。

將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入“電路”實(shí)驗(yàn)，[3-4]采用EWB計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證性、測試性、設(shè)計(jì)性、糾錯(cuò)性和創(chuàng)新性等不同形式的針對性訓(xùn)練，有效地培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)提高分析、應(yīng)用和創(chuàng)新能力。而且，對復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)過程在計(jì)算機(jī)仿真過程中會更便捷高效，可保證一些高壓強(qiáng)電實(shí)驗(yàn)的安全性。安排的相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括電路的直流分析、一階RC電路的瞬時(shí)響應(yīng)、二階RLC串聯(lián)電路的瞬時(shí)響應(yīng)、電路的交流分析等。計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)安排兩次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在以上指定實(shí)驗(yàn)中選做。

實(shí)驗(yàn)硬件化三個(gè)層次的教學(xué)內(nèi)容安排如下：

1.驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)也是基本實(shí)驗(yàn)，教學(xué)計(jì)劃改革后保留少量的2-3個(gè)驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，要求所有的學(xué)生一人一組獨(dú)立完成。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的部分實(shí)驗(yàn)電路已模塊化，在電路板上連接好；另外的一部分實(shí)驗(yàn)電路要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，自己用給定的元器件在面包板上搭建實(shí)驗(yàn)電路。鑒于學(xué)生剛接觸電路實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生在完成指定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的同時(shí)，熟悉各種常規(guī)電子儀器儀表的使用，掌握對電路中關(guān)鍵物理量的測量方法，掌握常用元器件的識別方法，以及掌握搭建電路的基本技能，學(xué)會對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理方法，旨在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的良好的工作態(tài)度和腳踏實(shí)地的科學(xué)作風(fēng)。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：電阻元件伏安關(guān)系的測試、受控源特性的測試、疊加定理的驗(yàn)證、直流電路中戴維寧等效和諾頓等效、交流等效參數(shù)的測量等。

2.綜合提高性實(shí)驗(yàn)

綜合提高性實(shí)驗(yàn)的目的是一方面要求學(xué)生能合理地選擇和使用元器件，另一方面培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的基本功和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，提高分析問題和解決問題的能力，以及撰寫小論文的能力，使一部分學(xué)生能夠脫穎而出。學(xué)生按照老師提出實(shí)驗(yàn)任務(wù)和設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)電路、寫出實(shí)驗(yàn)步驟、并估算各元件參數(shù)。實(shí)驗(yàn)可讓不同層次的學(xué)生進(jìn)行組合，不再局限于一人一組，安排1-2個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。內(nèi)容包括：電阻網(wǎng)絡(luò)分壓電路設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)調(diào)諧電路的設(shè)計(jì)、運(yùn)算放大器與有源器件、最大功率傳輸和匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)等。

3.設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)主要著重培養(yǎng)學(xué)生的靈活運(yùn)用理論知識的想象力和創(chuàng)新能力，為社會的發(fā)展輸送高素質(zhì)的專業(yè)人才。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對學(xué)生提出了更高的要求，不再要求所有學(xué)生參加，將有選擇性地挑選有基礎(chǔ)扎實(shí)、能力強(qiáng)、有潛力和精力的學(xué)生參加，將他們分成興趣小組，由指導(dǎo)教師專門指導(dǎo)其完成設(shè)計(jì)性和自定項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)。通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)一步挑選，讓其中能力強(qiáng)的學(xué)生進(jìn)入學(xué)院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，重點(diǎn)培養(yǎng)他們參加全國各類電子設(shè)計(jì)制作競賽，以獲得更多的成長機(jī)會。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容包括：非正弦周期信號與選頻濾波電路的研究、波形產(chǎn)生和波形變換器的設(shè)計(jì)、直流穩(wěn)壓源和恒流源的設(shè)計(jì)等。

在時(shí)間上，實(shí)驗(yàn)室在一定條件下對學(xué)生開放；在內(nèi)容上，除必做實(shí)驗(yàn)外，還安排有選作實(shí)驗(yàn)和采用現(xiàn)場指導(dǎo)、網(wǎng)絡(luò)答疑等多種指導(dǎo)方式；充分利用視頻、實(shí)物模型和演示等內(nèi)容豐富、形式多樣的教學(xué)手段。對不同程度學(xué)生實(shí)行因材施教。

二、硬件實(shí)驗(yàn)平臺的改造

我?！半娐贰痹囼?yàn)教學(xué)改造前主要是依托計(jì)算與試驗(yàn)中心的電工實(shí)驗(yàn)室來完成的。該實(shí)驗(yàn)室使用的KHDG-1電工試驗(yàn)平臺由于存在使用年限長，設(shè)備老化嚴(yán)重，維護(hù)維修不方便，實(shí)驗(yàn)電路已模塊化固定，只能完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，無法進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)型的試驗(yàn)，根本不能滿足新形勢下我院“電路”課程教學(xué)改革和實(shí)踐教學(xué)的要求，以及由此課程展開的培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐技能和創(chuàng)新活動(dòng)能力的需要。由此進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)平臺的改造，自制了試驗(yàn)箱，改造后的實(shí)驗(yàn)平臺的功能主要表現(xiàn)在：

針對驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)中的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)電路模塊化；針對綜合提高性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，可以在實(shí)驗(yàn)平臺上自由搭建實(shí)驗(yàn)電路。

引入該電路實(shí)驗(yàn)平臺后，使得“電路”實(shí)踐教學(xué)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

新的實(shí)踐教學(xué)平臺的設(shè)計(jì)制作和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的調(diào)整，以及配套實(shí)驗(yàn)教材的編寫。給任課老師一個(gè)提高理論教學(xué)與實(shí)踐能力的機(jī)會，尤其是對年輕教師，由此得到了鍛煉，從而促進(jìn)了教學(xué)改革，使教學(xué)質(zhì)量真正得到了提高。

新的實(shí)驗(yàn)平臺的實(shí)施與使用，使學(xué)生盡快接觸到實(shí)際的電路元器件，熟練掌握元器件的識別與合理選擇及其正確使用，以及熟練掌握搭建電路的技能，在教學(xué)上可以靈活設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提高了實(shí)驗(yàn)平臺的實(shí)用性。靈活多樣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，真正的使學(xué)生通過本課程和實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練后，具備從事電路設(shè)計(jì)的基本技能和實(shí)踐能力。

為創(chuàng)新性活動(dòng)提供了一個(gè)良好的條件。實(shí)驗(yàn)不再局限于課本上的理論知識的驗(yàn)證，綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)了學(xué)生靈活運(yùn)用理論知識的應(yīng)用能力，為學(xué)生提早進(jìn)入各種課外科技活動(dòng)、各類電子設(shè)計(jì)競賽等活動(dòng)提供了良好的條件。

實(shí)現(xiàn)了資源共享和優(yōu)化。新的實(shí)踐教學(xué)平臺的研制及使用，不僅降低了試驗(yàn)教學(xué)的成本，而且改造后的實(shí)驗(yàn)平臺也適用于其他專業(yè)相關(guān)學(xué)院如生醫(yī)學(xué)院、計(jì)算機(jī)學(xué)院等同類課程的試驗(yàn)。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革后的效果

改造后的實(shí)驗(yàn)平臺經(jīng)過兩年多的實(shí)踐，表現(xiàn)出良好的教學(xué)效果，主要體現(xiàn)在以下方面：

1.規(guī)范和完善了教學(xué)體系和教材建設(shè)

根據(jù)新的教學(xué)大綱重新編寫了實(shí)驗(yàn)教材， 增加了提高性、綜合設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，符合了不同層次的教學(xué)對象，給學(xué)生個(gè)性的發(fā)展提供了空間和自由，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。

2.獨(dú)立性、自信心和學(xué)習(xí)積極性得到了鍛煉和提高

改造后的實(shí)驗(yàn)平臺性價(jià)比高，可操作性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)一人一組，真正使每個(gè)學(xué)生主動(dòng)參與到實(shí)驗(yàn)中去，切切實(shí)實(shí)的通過實(shí)驗(yàn)達(dá)到提高，學(xué)生普遍反映效果好?；緦?shí)驗(yàn)的完成效果非常好，大部分學(xué)生的自信心得到了很大的提升，所有學(xué)生的積極性都有明顯的改變。

3.提高了理論知識的靈活應(yīng)用能力

由改造后的實(shí)驗(yàn)平臺來實(shí)行分層次教學(xué)，最大限度提高了對理論知識的掌握和實(shí)踐的能力，使學(xué)生能真正透徹理解電路的基本概念并牢固記憶，切實(shí)掌握實(shí)驗(yàn)的基本技能和基本方法，并將課本知識靈活的運(yùn)用到實(shí)際問題中，提高了分析問題和解決問題的能力。

4.創(chuàng)新能力提高

綜合提高性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施，充分發(fā)展學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和個(gè)人專長，提高了靈活掌握和運(yùn)用理論知識的能力，培養(yǎng)和提高了學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力。

5.利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)提高設(shè)計(jì)能力

將 EWB計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入電路實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在仿真時(shí)可以放心大膽地連接電路，大大地激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力，教師著重引導(dǎo)學(xué)生對一個(gè)實(shí)驗(yàn)嘗試多種電路，比較優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合適的方案，比較仿真軟件的分析方法、測量方法與硬件電路的異同以及測量結(jié)果的差異，引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題。

四、結(jié)束語

通過對我院電氣類12級學(xué)生使用新實(shí)驗(yàn)平臺的實(shí)踐教學(xué)情況來看，實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量較之以前有了很大的提高。在學(xué)生實(shí)踐能力、思維判斷能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)等方面都取得了明顯的效果，近年來我院學(xué)生在全國各級電子競賽中取得了包括全國一等獎(jiǎng)的良好成績。只有積極不斷探索新形勢下的實(shí)踐教學(xué)規(guī)律，勇于實(shí)踐，才能培養(yǎng)出適應(yīng)社會發(fā)展的人才。

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（責(zé)任編輯：劉翠枝）