以項目為導(dǎo)向的電子電路實驗研究與改革

堵國樑，胡仁杰，黃慧春，鄭 磊

(東南大學(xué)電工電子實驗中心，江蘇南京210096)

0 引言

電子電路實驗是高校電類學(xué)科教學(xué)過程中極其重要的一個環(huán)節(jié)，是學(xué)生將理論知識與實際工程應(yīng)用相結(jié)合的開端，對于培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力、分析解決問題的能力和綜合運用知識能力等方面的訓(xùn)練具有不可替代的作用[1，2]。

目前，高校電子電路實驗教學(xué)的一般模式為:實驗內(nèi)容與理論知識相配合，對應(yīng)理論知識設(shè)定相應(yīng)的單元實驗[3]。這種實驗方式多是以驗證理論知識為目標(biāo)，實驗指導(dǎo)書上一般都給出了完整的實驗電路、元器件參數(shù)、實驗步驟和數(shù)據(jù)測量表格，學(xué)生只需要按部就班地一步一步完成實驗，實驗個數(shù)雖然較多，但實驗規(guī)模偏小，缺少應(yīng)用背景，更難有項目設(shè)計的完整過程。

我中心開展以實踐能力培養(yǎng)為主線，以項目應(yīng)用為導(dǎo)向，以綜合設(shè)計為目標(biāo)，以實驗項目為載體，對實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和考核手段等多方面的教學(xué)研究和改革可以在實現(xiàn)電子電路實驗教學(xué)基本目標(biāo)的基礎(chǔ)上，更好地提高學(xué)生的綜合設(shè)計能力及實踐創(chuàng)新能力。

1 以項目為導(dǎo)向的實驗教學(xué)改革

基于項目為導(dǎo)向的電子電路實驗教學(xué)改革，是將實驗內(nèi)容以實際項目的方式呈現(xiàn)，通過提出實驗任務(wù)要求，明確項目性能指標(biāo)，自主完成實驗項目，規(guī)范實驗驗收過程，總結(jié)展示實驗結(jié)果等環(huán)節(jié)，以完整的工程項目研發(fā)為主線開展實驗教學(xué)和研究。

基于項目的實驗是一種以學(xué)生為中心的實驗教學(xué)模式，通過明確的任務(wù)要求，促進學(xué)生在完成實驗的過程中掌握所學(xué)的知識和技能;是開展研究性學(xué)習(xí)的主要學(xué)習(xí)模式之一，在實驗過程中，學(xué)生具有較大的自主性，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于培養(yǎng)創(chuàng)新意識和解決實際問題的能力。

電子電路實驗教學(xué)的改革思路是:精心設(shè)計實驗內(nèi)容，強化實驗內(nèi)容的應(yīng)用背景、項目化過程和系統(tǒng)綜合性等要素，激發(fā)學(xué)生學(xué)以致用的學(xué)習(xí)興趣;通過改革考核手段、加強過程指導(dǎo)等方法，實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合、基礎(chǔ)與提高相結(jié)合、單元與系統(tǒng)相結(jié)合、虛擬與實際相結(jié)合、個人與團隊相結(jié)合、成績與能力相結(jié)合的電子電路實驗教學(xué)模式。

1.1 精心設(shè)計實驗項目

實驗內(nèi)容設(shè)計是實驗教學(xué)模式改革中最為重要的內(nèi)涵建設(shè)，只有精心設(shè)計實驗內(nèi)容，才能達到提高實驗教學(xué)效果的目的。

基于項目的電子電路實驗內(nèi)容的設(shè)計，是在確?！叭?基本實驗原理、基本實驗方法和基本實驗技能)要求的前提下，重點以目標(biāo)性、可行性、趣味性、實用性和開放性為指導(dǎo)，注重在內(nèi)涵、理念上創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力培養(yǎng)，促進學(xué)生在實驗中理論聯(lián)系實際，學(xué)以致用，需以致學(xué)，研究創(chuàng)新，讓學(xué)生在實驗中體會學(xué)有所用。

(1)密切聯(lián)系實際:每個實驗都有基本的工程應(yīng)用背景，通過實驗可以使學(xué)生了解所學(xué)知識和解決實際問題之間的聯(lián)系，提高實驗項目的趣味性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣這一原始動力;如設(shè)計的“光線強弱測量及顯示電路設(shè)計”實驗，利用光敏電阻對光線強弱不同呈現(xiàn)出不同的等效電阻值，再用電路把光強轉(zhuǎn)換成電壓值，然后采用不同結(jié)構(gòu)的放大電路，完成小信號放大，最后通過不同方式測量并顯示光強結(jié)果。對學(xué)生而言，這是一個完整的工程項目開發(fā)實施過程，每個學(xué)生可以自己做不同的設(shè)計，完成光強轉(zhuǎn)換、放大處理和測量顯示等環(huán)節(jié)，而且學(xué)生間也可以相互交流設(shè)計思路，從而提高學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)積極性。指導(dǎo)教師也可以在此基礎(chǔ)上給學(xué)生做相關(guān)知識的延伸，歸納總結(jié)類似的系統(tǒng)設(shè)計基本思路，由于學(xué)生自我設(shè)計在前，教師總結(jié)歸納在后，加深了學(xué)生對知識的理解，提升了分析解決問題的能力。

(2)實現(xiàn)兩個結(jié)合:基礎(chǔ)與前沿的結(jié)合、經(jīng)典與現(xiàn)代的結(jié)合。電子電路有許多非常經(jīng)典的理論和實驗，同時也處在飛速的發(fā)展時期，必須在繼承的基礎(chǔ)上，努力創(chuàng)新，不斷更新和創(chuàng)建新的實驗內(nèi)容;通過引入現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的新方法、新技術(shù)和新成果，來了解技術(shù)發(fā)展的最新進展，提高學(xué)生的求知欲;如“可變增益放大器設(shè)計”實驗，基本要求是利用運算放大器設(shè)計一個可以改變放大倍數(shù)的放大電路，是一個典型的運放應(yīng)用電路設(shè)計，一般實驗是通過改變反饋電阻值來實現(xiàn)不同的增益就可以算是完成實驗。而在此基礎(chǔ)上做進一步拓展，設(shè)計出可以自動調(diào)整增益的放大器，就可以融合更多的知識和設(shè)計理念。如可以采用不同的信號檢測方法:直流檢測、交流檢測、峰值檢測和有效值檢測等等，以提供能自動調(diào)整增益的依據(jù);檢測結(jié)果如何來調(diào)整放大器增益也可以有多種設(shè)計方式。

現(xiàn)在，由于電子器件的發(fā)展，出現(xiàn)了很多可變增益放大器的專用芯片，學(xué)生在設(shè)計完成實驗的同時，可以進一步了解新器件的應(yīng)用，理解器件性能指標(biāo)的真實含義，拓寬學(xué)生的知識面。

(3)培養(yǎng)團隊意識:一個工程項目的開展，不可能是靠一個人完成的，必須要有一個好的團隊支撐，所以在實驗項目的組織中，我們選擇部分實驗以團隊合作的方式完成，實驗項目既是一個整體，同時又可以拆分成不同的功能單元，可以有幾位學(xué)生分別完成不同的單元，然后整合成一個完整的系統(tǒng)，在完成過程中，培養(yǎng)學(xué)生間相互合作、互為支撐的團隊協(xié)作意識。如“”信號的產(chǎn)生分解和合成“”實驗，包含的知識點有方波信號產(chǎn)生、濾波電路設(shè)計、移相電路設(shè)計和加法電路設(shè)計等，可以安排2名學(xué)生完成，也可以按學(xué)號指定組隊，可以使學(xué)生在完成實驗任務(wù)的同時，加強交流溝通，培養(yǎng)團隊合作精神。

1.2 加強實驗過程指導(dǎo)

實踐教學(xué)的重點不在于實驗的結(jié)果，更應(yīng)該看重實驗的過程，通過實驗過程中教師的有效指導(dǎo)，逐步提高學(xué)生分析問題解決問題的能力。

(1)在電子電路實驗教學(xué)模式改革中，每個實驗除了提出實驗任務(wù)和實驗要求外，不提供實驗電路，需要學(xué)生自我完成設(shè)計。但也不是完全放任自流，尤其是開始階段，否則會使學(xué)生感到無所適從，不僅在實驗前教師會提供一些設(shè)計指導(dǎo)，而且在設(shè)計過程中的一些關(guān)鍵點上，還要合理引導(dǎo)學(xué)生循序漸進，逐步實現(xiàn)自我設(shè)計、自主完成實驗的目的。

(2)實驗過程管理是開放式的，即實驗時間的開放，實驗內(nèi)容的開放和實驗結(jié)果的開放，這樣有利于學(xué)生自主意識和創(chuàng)新能力的提高，在開放式管理中，實驗過程的指導(dǎo)是實驗效果好壞的非常重要的環(huán)節(jié)，尤其對于剛接觸實驗的學(xué)生，肯定會遇到各種各樣的問題，有些是可以自己解決的，有些問題如果有教師給予適當(dāng)?shù)闹更c，將起到事半功倍的效果。由于每個實驗都沒有規(guī)定統(tǒng)一的電路，學(xué)生會采用不同的電路完成實驗，這就要求教師在指導(dǎo)過程中密切關(guān)注，因勢利導(dǎo)，使學(xué)生的創(chuàng)新熱情得以實施。

1.3 改革實驗考核方式

實驗課程考核方式和方法的改革是教學(xué)改革中很重要的一個環(huán)節(jié)。實驗課程和理論課程不一樣，不但要求理解掌握一些基本的知識，更重要的是要提高實踐技能、設(shè)計能力以及分析問題解決問題的能力等綜合素質(zhì)，所以考核主要以平時實驗的完成情況為主，并參考實驗報告撰寫情況。重視實驗的過程，考核學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力以及完整的項目設(shè)計過程，每個實驗均包括基礎(chǔ)部分、提高部分和創(chuàng)新發(fā)揮部分，基礎(chǔ)部分是每個學(xué)生必須完成的內(nèi)容，對于能完成全部實驗中80%以上的的學(xué)生，可以自己提出申請課程成績?yōu)閮?yōu)秀，通過公開申優(yōu)報告、展示每個實驗的成果以及創(chuàng)新特色之處，并回答教師和同學(xué)的提問，以答辯的方式確定最終成績。這樣的申優(yōu)過程，不僅給學(xué)生得到優(yōu)秀成績的機會，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生的總結(jié)能力、展示能力、交流能力和報告能力，對學(xué)生綜合素質(zhì)的提高起到促進作用。

2 實驗教學(xué)改革取得的成效

基于項目的實驗教學(xué)支持學(xué)生采用不同的方式學(xué)習(xí)同樣的內(nèi)容，能真正體現(xiàn)教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體地位;實驗項目的成功完成，使學(xué)生獲得成功的體驗，可以激發(fā)學(xué)生進行深層次研究和探索的熱情;基于項目實驗教學(xué)還包括了團隊協(xié)作、問題解決、作品展示和總結(jié)交流等，從而可以使學(xué)生進入一個更加良好的學(xué)習(xí)氛圍。

所設(shè)計的實驗，不但很好的完成了教學(xué)計劃中要求的知識點的掌握，而且學(xué)以致用，使學(xué)生掌握了知識的綜合運用，學(xué)習(xí)的興趣和積極性得到了很大的提高，課程調(diào)查結(jié)果顯示，適應(yīng)實驗教學(xué)改革的學(xué)生占87.1%，贊成實驗內(nèi)容的占95.7%，探究性及工程性實驗激發(fā)興趣并收獲大的占91.4%。后續(xù)課程對電子電路實驗教學(xué)改革也給予高度認(rèn)可，給后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)奠定了很好基礎(chǔ)。

電子電路實驗教學(xué)的改革，也使學(xué)生參加各種課外研學(xué)活動和學(xué)科競賽的熱情普遍提升，成績也越來越好。以全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽為例，我校2011年獲得了3個全國一等獎和6個全國二等獎，2013年獲得了9個全國一等獎和5個全國二等獎。

實驗內(nèi)容和多所兄弟高校交流，得到同行及專家的認(rèn)可，其中有2個實驗在2014年全國實驗案例競賽中獲得了一等獎。實驗內(nèi)容、教學(xué)模式及考核方式等教改內(nèi)容所取得的成績也作為重要的支撐材料，獲得了2013年江蘇省教學(xué)成果特等獎和2014年全國教學(xué)成果一等獎。

3 結(jié)語

我中心以項目為導(dǎo)向的電子電路實驗教學(xué)開展了對實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和考核手段等多方面的教學(xué)研究和教學(xué)改革，學(xué)生不僅掌握了基本的實驗技能、實驗方法和測量調(diào)試能力，還學(xué)到了如何進行一個項目研究開發(fā)的完整過程。通過對項目功能需求和性能指標(biāo)的分析，綜合所學(xué)到的知識和部分將要學(xué)習(xí)的新知識，自主開放設(shè)計實驗電路，選擇合適的實驗器材，構(gòu)思完整的實驗方案以及必要的數(shù)據(jù)測量圖表，完成有項目應(yīng)用背景的實驗，實現(xiàn)理論聯(lián)系實際，學(xué)以致用、需以致學(xué)和研究創(chuàng)新的實驗?zāi)康?，為培養(yǎng)有扎實的理論基礎(chǔ)、厚實的實踐能力和高素質(zhì)創(chuàng)新型人才奠定了很好的基礎(chǔ)。

[1]胡仁杰，王成華等.自主研學(xué)的電工電子實踐課程建設(shè)[J].北京.中國大學(xué)教學(xué).2014(6).60-63

[2]李震梅，魏佩瑜等.培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力的實踐教學(xué)改革[J].南京.電氣電子教學(xué)學(xué)報.2014(6).99-101

[3]堵國樑.模擬電子電路基礎(chǔ)[M].北京.機械工業(yè)出版社.2014