新型電路實踐教學(xué)模式探索

摘要：結(jié)合教育部卓越工程師培養(yǎng)計劃，針對電路實踐教學(xué)的現(xiàn)狀，探討了一種新型的電路實踐教學(xué)模式。實踐證明，這種新型的教學(xué)模式更能開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新綜合思維能力，更有利于創(chuàng)造性與復(fù)合性實用型人才的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：教學(xué)模式；實踐教學(xué)；創(chuàng)新綜合

中圖分類號：G642.423#8195；#8195；#8195；#8195；#8195；文獻標(biāo)識碼：A#8195；#8195；#8195；#8195；#8195；文章編號：1007-0079（2014）18-0078-02

科學(xué)技術(shù)的突飛猛進和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐的加快，迫切要求人們在高等教育中要培養(yǎng)出更多、更好的創(chuàng)造性與復(fù)合性實用型人才。[1]然而在目前的高等教育中，普遍存在重理論知識傳授、輕實踐能力培養(yǎng)的現(xiàn)象，這無疑限制了學(xué)生創(chuàng)新綜合思維能力的開發(fā)，導(dǎo)致學(xué)生不能對知識進行融會貫通，理論與實際脫節(jié)。而加強實踐環(huán)節(jié)的創(chuàng)新綜合性，能極大地激發(fā)學(xué)生的積極性和主動性，有利于培養(yǎng)創(chuàng)造性與復(fù)合性實用型工程技術(shù)人才。為此，在電路實踐教學(xué)中嘗試先行引入工程案例，向未踏上工作崗位的青年學(xué)生介紹各種企業(yè)行業(yè)的工程案例，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，期許這種新型實踐教學(xué)模式能夠使學(xué)生更牢固地掌握課程所學(xué)的知識，并使學(xué)生更早地接觸工程實際，以加強學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

一、電路實踐教學(xué)現(xiàn)狀

電路課程是電類專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是該專業(yè)學(xué)生接觸的第一門關(guān)于電的課程。其課程內(nèi)容以最基本的電路元器件和電路基本定律定理為主，實踐教學(xué)安排更多地傾向于驗證性實驗，即驗證基本定律定理和分析方法的正確性。[2]即使有開設(shè)綜合性或者設(shè)計性的實驗，由于電路理論中所學(xué)知識的局限性，學(xué)生獨自設(shè)計電路還有很大難度，所以多是先告訴學(xué)生完整的電路圖，然后學(xué)生簡單模仿，按照電路圖連接元器件和導(dǎo)線，再觀察波形，測試相應(yīng)數(shù)據(jù)。該實踐教學(xué)模式下培養(yǎng)的學(xué)生，難以解決將來要面對的實際工程問題，其掌握的理論與做研發(fā)要具備的科研實踐能力完全脫節(jié)。

二、電路實踐教學(xué)的改進嘗試

基于電路實踐教學(xué)的現(xiàn)狀，作為培養(yǎng)工科類學(xué)生的院校，配合教育部卓越工程師培養(yǎng)計劃，課題組進行了一種新型電路實踐教學(xué)模式的嘗試，該模式分為三個步驟進行。以二極管與電容為例，以往理論和實驗課講到二極管時往往先陳述二極管的構(gòu)造、伏安特性，進而引入二極管的單向?qū)щ娞匦?，做實驗時就是要求學(xué)生描繪伏安特性曲線，以及用整流電路來闡述二極管的單向?qū)щ娞匦浴?/p>

課題組將電路實踐教學(xué)安排作了較大改動：

步驟一：由教師拿一些與工程實例結(jié)合的PPT圖片，從整個工程的工藝開始講解，以激發(fā)學(xué)生的興趣，進而在動畫圖片中循著各種控制組件最后再把敘述落到執(zhí)行機構(gòu)的輸出組件——繼電器，以及聚焦繼電器線圈上反向并聯(lián)的二極管，或者阻容。這樣就可以在應(yīng)用的場合下給學(xué)生講述涉及到的各種元器件的作用和理論知識，如二極管在該場合起吸收反向電動勢的作用，因此也稱為續(xù)流二極管，而并聯(lián)的阻容元件則是在有電路干擾的情況下作為浪涌吸收。在該步驟中主要給學(xué)生安排了基本電路元件（二極管、電容、繼電器）的理論知識及1～2個應(yīng)用實例，穿插著講述阻容吸收繼電器觸點火花，可以讓學(xué)生在后續(xù)課程中對固態(tài)繼電器的應(yīng)用有一個感性的對照認識。

步驟二：讓學(xué)生分組復(fù)習(xí)相關(guān)知識，并自行擬定在應(yīng)用場合下，如在電氣抗干擾命題下設(shè)計一個抗干擾的實驗，并由教師規(guī)定中期檢查的時間和形式。

步驟三：學(xué)生在實驗室完成實驗后，利用視頻和表格曲線記錄下實驗數(shù)據(jù)和過程，然后組織同學(xué)答辯，答辯形式由分組學(xué)生根據(jù)各自在實驗中的分工不同來介紹自己完成的內(nèi)容，然后回答教師的問題。

三、改進模式下的結(jié)果分析

課題組以電子信息工程專業(yè)卓越工程師班級的電路課程為實驗對象，布置了一個題為“抗干擾”的大作業(yè)，要求學(xué)生3～4人一組，圍繞“抗干擾”這一主題，結(jié)合所學(xué)知識，查閱資料，對抗干擾從最先的感性認識上升到理性認識階段，并根據(jù)喜好設(shè)計一種簡單的抗干擾方法進行實驗。下面選幾組學(xué)生的作業(yè)進行分析：

第一組，該組學(xué)生對電路中的電氣干擾及其消除方法很感興趣，雖然他們的理論知識儲備還遠遠不夠，但是通過教師對工程案例的介紹，認知了“干擾”概念，了解了干擾存在于電氣電子通訊等所有場合。在現(xiàn)有的實驗條件下，他們想模擬繼電器觸點火花在電路中產(chǎn)生的干擾，首先他們碰到的問題是如何模擬“制造出”火花，雖然學(xué)生沒有實際生產(chǎn)經(jīng)驗，但這正是工科學(xué)生教改模式的主導(dǎo)方向。對實驗興趣濃厚的學(xué)生通過與教師多次交流，了解到繼電器在觸點上涂有貴金屬是為了增加吸合次數(shù)減少火花，就把繼電器拆開，用小挫刀把觸點上的合金材料小心地挫去，然后搭建一個簡單的小型電路，并分別接電阻性負載和感性負載，以觀察火花發(fā)生的情況?？梢钥吹皆诟行载撦d（如電動機）觸點接觸不好的情況下，負載的通斷會在觸點上產(chǎn)生火花。隨后在繼電器驅(qū)動端并接反向續(xù)流二極管，用于吸收繼電器線圈的反向電動勢，在繼電器負載端并接RC阻容吸收電路，用于吸收負載火花。在實驗過程中還可以接上示波器觀察加接二極管及RC阻容電路前后的波形變化情況。并且給學(xué)生介紹了那種無觸點無火花、可以頻繁吸合的固態(tài)繼電器的特點、應(yīng)用場合及其價格的不同。

第二組，學(xué)生利用實驗室現(xiàn)有的信號發(fā)生器和示波器連接音頻線，分別觀察在音頻線上加鐵氧體磁環(huán)與不加鐵氧體磁環(huán)兩種情況下示波器顯示的波形。該實驗要求學(xué)生能夠得到頻率連續(xù)的輸出信號。學(xué)生仔細閱讀信號發(fā)生器的說明書，把不常用的掃頻輸出這項功能挖掘出來，提高了實驗的精確性和有效性。這次實驗的不足是示波器的頻率響應(yīng)范圍為0～20MHz，無法繼續(xù)增大頻率觀察，難以把音頻信號和干擾信號準(zhǔn)確地模擬出來，實驗現(xiàn)象也很難說明問題，但是學(xué)生對大量資料的閱讀分析和實驗條件的創(chuàng)造，拓寬了知識范圍。

第三組，WIFI的抗干擾能力分析。學(xué)生使用微波爐產(chǎn)生微波，使用智能手機產(chǎn)生藍牙信號，利用筆記本電腦在不同距離下測定信號的參數(shù)。實驗說明這些干擾對路由器的確有影響。存在的問題是受實驗設(shè)備條件的限制，采集的數(shù)據(jù)量不是很多，很難斷定數(shù)據(jù)的變動是否是微波爐或者藍牙設(shè)備造成的。但是學(xué)生根據(jù)微波泄漏的微波信號頻率和藍牙信號頻率有波段重疊來設(shè)計實驗與設(shè)置實驗條件，并編制軟件把信號捕捉的曲線、通訊信號的丟包率的顯示界面均做得很好，教師也受到很大啟發(fā)，教師與學(xué)生在教與學(xué)的互動上都得到了進步。

從學(xué)生完成大作業(yè)的整個過程來看，雖然有些實驗沒有數(shù)據(jù)與曲線，但是學(xué)生反映普遍較好，認為和原有的教學(xué)模式有很大不同，學(xué)生的思維一直處于積極主動的狀態(tài)，發(fā)揮出很大的主觀能動性查閱資料，把大綱之外的知識也融合進來，積極開動腦筋完善實驗條件，利用實驗室現(xiàn)有設(shè)備完成實驗，在思考過程中實現(xiàn)了創(chuàng)新和對知識的重新“整合”與組裝。這也是本階段學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)。

筆者認為，這種新型的電路實踐教學(xué)模式，一是可以讓學(xué)生對理論課上學(xué)的各種元器件如電阻、電容、電感、二極管、繼電器及其應(yīng)用有了感性認識。二是在選用器件時，如續(xù)流二極管、阻容吸收電路的二極管型號、電容的數(shù)值的選定可以由教師第一時間指導(dǎo)并分析，這樣也增加了理論課的內(nèi)容。三是結(jié)合卓越工程師培養(yǎng)計劃，加強了工科類學(xué)生的動手能力，如引導(dǎo)學(xué)生模擬出觸點打火花的現(xiàn)象。四是結(jié)合實驗內(nèi)容，讓學(xué)生擴展視野，如初步了解干擾的現(xiàn)象及其防范措施，這樣也為后續(xù)課程的設(shè)計打下了認知基礎(chǔ)。五是培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作精神，實驗各個內(nèi)容分工不同，但是又需要學(xué)生共同完成，該過程使學(xué)生在各方面均得到了鍛煉和提高。

四、新型電路實踐教學(xué)模式對師生的要求

首先，教師布置的題目要合適，最好能聯(lián)系實際，給出的范圍要在學(xué)生的能力要求范圍內(nèi)。比如“抗干擾”主題，因為抗干擾現(xiàn)象無時無處不在，學(xué)生對這個概念比較容易形成感性認識。再加上教師在課上介紹了干擾的種類、形成機理及其危害，列舉了一些常見的抗干擾措施，還帶領(lǐng)學(xué)生專門去電子市場對抗干擾元器件做調(diào)研，使得學(xué)生對此概念的理解進一步深化，興趣不斷提升。

其次，學(xué)生要在現(xiàn)有的條件下，在自己能力范圍內(nèi)設(shè)計簡單的實驗，得出結(jié)論，總結(jié)已解決的問題，指出實驗的局限性和實驗不完善的原因，而不是對已成型的理論進行驗證。

最后，要求教師與學(xué)生能夠有機地結(jié)合。在創(chuàng)新綜合思維中，學(xué)生猶如教師手里的風(fēng)箏，既要放出去，又要收回來。放出去是為了讓他們看得更高更遠，收回來是讓學(xué)生的思維不能偏離主題。在創(chuàng)新綜合思維的培養(yǎng)中，教師要鼓勵學(xué)生大膽思考，盡可能讓學(xué)生沿著他們的思路想問題，有時學(xué)生會思考得不太全面、不太深入、不太準(zhǔn)確，甚至在思考過程中出現(xiàn)了誤判，這都是很正常的現(xiàn)象，這時教師要保護他們思考問題的積極性，盡可能地采用啟發(fā)式方法進行補充完善。

五、結(jié)束語

提倡新型的電路實踐教學(xué)模式更能激發(fā)學(xué)生對后續(xù)專業(yè)課程的興趣和積極性。實踐表明，這種教學(xué)模式能讓學(xué)生在思考過程中自由馳騁，充分發(fā)揮自己的綜合能力和創(chuàng)新性，主動地汲取新知識，并將所學(xué)知識應(yīng)用到工程實踐中，提高了學(xué)生的綜合分析能力和創(chuàng)新實踐能力。

參考文獻：

[1]嚴冬冬.如何在模擬電路教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維[J].大眾科技，2010，（6）.

[2]邱關(guān)源.電路分析 [M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.

（責(zé)任編輯：孫晴）