《電路理論》實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的改造與實(shí)踐

著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，是新形勢(shì)下高等教育教學(xué)改革的重點(diǎn)。指出了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念下的電路理論實(shí)驗(yàn)教學(xué)普遍存在的問(wèn)題，提出了電路理論實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念下的改革措施，包括電路理論實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的改造，教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整以及因材施教實(shí)現(xiàn)分層次的教學(xué)方法和手段，并進(jìn)行了實(shí)踐。

教學(xué)改革實(shí)驗(yàn)平臺(tái)理論教學(xué)實(shí)踐教學(xué)分層次教學(xué)

一、引言

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(jiàn)》，文中針對(duì)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， 在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上加大改革力度，成為新形勢(shì)下社會(huì)發(fā)展要求的實(shí)用和創(chuàng)新型人才是教學(xué)中亟待解決的問(wèn)題。

《電路理論》課程在電子信息類專業(yè)中是一門非常重要的基礎(chǔ)課，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)高校電類專業(yè)人才的有效且重要的途徑。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)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)高于大部分國(guó)內(nèi)的理工科高校。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)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，在一定程度上限制了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，難以激發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考的興趣和激情，這樣不利于人才的培養(yǎng)。

我校電子信息工程學(xué)院《電路理論》是校級(jí)精品課程，13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(kāi)設(shè)，教學(xué)共計(jì)劃84學(xué)時(shí)，其中理論課時(shí)占72個(gè)（含8個(gè)習(xí)題課時(shí)），實(shí)驗(yàn)課時(shí)占12個(gè)，共安排6次。為了培養(yǎng)社會(huì)急需的人才，有效合理的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革十分必要，為此我們改造了原有的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了整合。

二、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的改造

我?！峨娐防碚摗吩囼?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(lái)完成的。該實(shí)驗(yàn)室使用的KHDG-1電工試驗(yàn)平臺(tái)其設(shè)計(jì)理念已經(jīng)完全過(guò)時(shí)，根本不能滿足我校2013版《電路理論》或者《電路分析基礎(chǔ)》相關(guān)課程的教學(xué)要求，以及由此課程展開(kāi)的培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐技能和創(chuàng)新活動(dòng)能力的需要，難以適應(yīng)新形式下的教學(xué)改革和實(shí)踐教學(xué)的要求，主要表現(xiàn)及改造必要性在如下幾個(gè)方面：

（1）由于KHDG-1電工試驗(yàn)臺(tái)使用年限過(guò)長(zhǎng)，設(shè)備老化嚴(yán)重，再加上維護(hù)維修不方便，嚴(yán)重影響了教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)質(zhì)量。

（2）試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)K的固化，只能完成驗(yàn)證性的試驗(yàn)，無(wú)法進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)型的試驗(yàn)。

（3）采用現(xiàn)有的KHDG-1電工試驗(yàn)臺(tái)，只能進(jìn)行驗(yàn)證型試驗(yàn)，學(xué)生無(wú)法接觸到實(shí)際的元器件，更談不上進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)試驗(yàn)，無(wú)法提高學(xué)生的試驗(yàn)技能和實(shí)踐能力，也限制了學(xué)生的想象力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高。

根據(jù)我校2013版《電路基本理論》或者《電路分析基礎(chǔ)》相關(guān)課程的教學(xué)大綱，結(jié)合新形式下培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的要求對(duì)舊的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了改造，徹底掘棄老的電工實(shí)驗(yàn)臺(tái)，自制了新的試驗(yàn)臺(tái)（箱），其功能如下：

（1）提供DC±5V、DC±25V、±0～30V連續(xù)可調(diào)直流電源，0～16V可調(diào)交流電源；

（2）提供多波形的信號(hào)發(fā)生器；

（3）測(cè)量用的數(shù)字電壓表、電流表表頭；

（4）常用的電阻、電容等元器件，IC插座和面包板；

（5）可以固定安裝進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)用的實(shí)驗(yàn)電路模板。

另外，配套數(shù)字示波器、多功能信號(hào)發(fā)生器和數(shù)字萬(wàn)用表，制作進(jìn)行少量驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的電路板模塊（可固定在實(shí)驗(yàn)箱上），改造后的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)通過(guò)面包板可以靈活搭建各種實(shí)驗(yàn)電路，并能夠滿足多種形式的創(chuàng)新實(shí)踐需求。

引入該電路實(shí)驗(yàn)平臺(tái)后，使得《電路理論》實(shí)踐教學(xué)在實(shí)用性、新穎性、創(chuàng)新性、教師培養(yǎng)、促進(jìn)理論教學(xué)和資源共享等幾個(gè)方面得到了提高。

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的完善

電路理論課程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的改造，可以使實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和形式多樣化。改造后的實(shí)驗(yàn)包括計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)和硬件實(shí)驗(yàn)兩個(gè)部分。對(duì)多個(gè)教學(xué)對(duì)象，采取因材施教，實(shí)行分層次教學(xué)的方法。

將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入《電路理論》實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)前給學(xué)生介紹仿真軟件并進(jìn)行演示，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，自己首先上機(jī)實(shí)踐，一方面，能夠提高學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)分析和解決問(wèn)題的能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；另一方面，學(xué)生在實(shí)物操作時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的一些數(shù)據(jù)和現(xiàn)象能夠完全了解，實(shí)驗(yàn)的目的性更加明確。計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)安排兩次實(shí)驗(yàn)。其中，將硬件實(shí)驗(yàn)分成基本實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次。

1.基本實(shí)驗(yàn)

基本實(shí)驗(yàn)均為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，改造后的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)將保留少量1～2個(gè)驗(yàn)證性的電路實(shí)驗(yàn)，這部分實(shí)驗(yàn)的電路已做好在電路板上，實(shí)現(xiàn)了模塊化。另外，安排1～2個(gè)自搭建電路的實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，用給定的元器件在面包板上搭建實(shí)驗(yàn)電路?；緦?shí)驗(yàn)要求所有的學(xué)生一人一組獨(dú)立完成?；緦?shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求學(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及其對(duì)電路基本物理量的測(cè)量方法，熟練掌握常用元器件的識(shí)別方法，掌握搭建電路的基本技能，以及學(xué)會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理方法。

2.綜合性實(shí)驗(yàn)

綜合實(shí)驗(yàn)安排1～2個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。老師先提出實(shí)驗(yàn)任務(wù)和設(shè)計(jì)要求， 再由學(xué)生擬好實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)步驟、并估算各元件參數(shù)。這些實(shí)驗(yàn)可有目的地讓不同層次的學(xué)生進(jìn)行組合，不局限于一人一組，原則上是理論知識(shí)好與動(dòng)手能力強(qiáng)互相組合，再搭配一至二個(gè)成績(jī)較差的學(xué)生。也可以將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分解成單元電路，由不同組的學(xué)生設(shè)計(jì)相應(yīng)的單元電路，并在面包板上搭建實(shí)驗(yàn)電路。

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(shí)的想象力和創(chuàng)新能力，為社會(huì)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)不再要求所有學(xué)生參加，對(duì)有潛力、學(xué)有余力的學(xué)生，可分成興趣小組，由任課教師專門指導(dǎo)其完成設(shè)計(jì)性和自定項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)，在開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室用課外業(yè)余時(shí)間完成。

四、改造后的教學(xué)效果

改造后的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)一人一組，在實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)普遍偏少的情況下， 一人一組方式上課是非常必要的。一人一組就必須人人動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，杜絕多人一組部分學(xué)生只能旁觀的現(xiàn)象， 學(xué)生普遍反映效果好。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)

為了適應(yīng)面向新世紀(jì)的人才培養(yǎng)的目標(biāo)， 根據(jù)教育部對(duì)課程總體要求， 對(duì)《電路理論》和《電工電子學(xué)》的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置進(jìn)行了合理的選擇和規(guī)范，重新編寫(xiě)了完整的實(shí)驗(yàn)教材， 加強(qiáng)了基礎(chǔ)性內(nèi)容，增加了綜合性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容， 特別強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)與設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，以適應(yīng)不同層次的需要。

2.學(xué)生的獨(dú)立性、自信心和學(xué)習(xí)積極性得到了鍛煉和提高

對(duì)基本實(shí)驗(yàn)，將以往兩人一組的方式采用一人一組的方式，并要求他們?cè)趯?shí)驗(yàn)前充分預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不準(zhǔn)互相串臺(tái)，

極大地提高他們的獨(dú)立性。

3.基本技能和理論水平明顯提高

通過(guò)改造后的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)行分層次教學(xué)，充分激發(fā)了各層次學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，最大限度提高了對(duì)理論知識(shí)的掌握和實(shí)踐能力，使他們真正牢固記憶并透徹理解電路的基本概念，切實(shí)掌握實(shí)驗(yàn)的基本技能和基本方法，為后續(xù)課程服務(wù)，為完成專業(yè)培養(yǎng)方案服務(wù)。

4.創(chuàng)新能力提高

綜合提高型實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的延伸，通過(guò)自定設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)了學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用能力和創(chuàng)新意識(shí)，為大學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)和競(jìng)賽活動(dòng)輸送了越來(lái)越多的人才。

5.計(jì)算機(jī)仿真及其應(yīng)用能力的提高

將EWB計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入電路實(shí)驗(yàn)， 一方面，能夠提高學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)分析和解決問(wèn)題的能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而大大地激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力；另一方面，學(xué)生可以對(duì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)嘗試多種電路實(shí)現(xiàn)，比較優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，比較仿真軟件的分析方法，在實(shí)物操作時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的一些數(shù)據(jù)和現(xiàn)象能夠完全了解，實(shí)驗(yàn)的目的性更加明確。

作為民族院校，我校的工科專業(yè)起步較晚，師資力量相對(duì)較弱，電子信息工程學(xué)院由物理系改建的時(shí)間不長(zhǎng)，但在近幾年的本科創(chuàng)新競(jìng)賽中都取得可喜的成績(jī)，其中在飛思卡爾智能車競(jìng)賽和全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽中均取得了包括一等獎(jiǎng)的多項(xiàng)獎(jiǎng)項(xiàng)。學(xué)院組織參加省部級(jí)以上創(chuàng)新活動(dòng)情況一覽表如表1所示。五、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)我院電氣類13級(jí)學(xué)生使用新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)踐教學(xué)情況來(lái)看，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量較之以前得到顯著的提高。無(wú)論是學(xué)生的實(shí)踐能力、思維判斷能力培養(yǎng)，還是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，都取得良好的效果，為后續(xù)課程的教學(xué)打下了良好的實(shí)踐基礎(chǔ)。社會(huì)的發(fā)展對(duì)人才的需求提出了更高的要求，作為直接輸送人才的高等院校，需要進(jìn)一步轉(zhuǎn)變觀念，積極探索新形勢(shì)下的實(shí)踐教學(xué)規(guī)律，包括對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、方法、手段等進(jìn)行一定的改革與探索，才能適應(yīng)社會(huì)發(fā)展對(duì)人才的需求。

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