“層次化”電工電子實驗教學(xué)的改進(jìn)

杜宇上+徐小明

[摘 要]“層次化”電工電子實驗教學(xué)是國內(nèi)高校電工電子實驗教學(xué)的主要特點之一，但存在不足之處?！皩哟位睂嶒炚n在“層次化”的教學(xué)模式中需要對學(xué)生采用漸進(jìn)式地啟發(fā)方法，其教學(xué)模式改進(jìn)的方法包括必修課與選修課相結(jié)合；漸進(jìn)式啟發(fā)學(xué)生操作探索。使學(xué)生能夠在較為薄弱的基礎(chǔ)上逐步地培養(yǎng)實踐能力。

[關(guān)鍵詞]電工電子實驗；實驗教學(xué)；層次化教學(xué)

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）04-0093-02

一、“層次化”電工電子實驗教學(xué)現(xiàn)狀分析

電工電子實驗是高校本科工科專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程。國內(nèi)許多高校對電工電子實驗課程進(jìn)行了教學(xué)改革和研究，取得了不少的成果[1-4]。采用“層次化”的實驗教學(xué)模式是國內(nèi)高校電工電子實驗教學(xué)的主要特點之一，即，通過建立多層次的實驗內(nèi)容，劃分出基礎(chǔ)層、提高層和開發(fā)層三級臺階式教學(xué)模式，讓學(xué)生從基礎(chǔ)學(xué)起，逐步進(jìn)行能力培養(yǎng)。但由于傳統(tǒng)教學(xué)理念的影響，在實際的教學(xué)中仍存在不足之處[5]。常見的有：學(xué)時數(shù)不足，采用“開處方”的方式布置應(yīng)用設(shè)計任務(wù)，實驗中缺少對學(xué)生的啟發(fā)。

二、“層次化”電工電子實驗教學(xué)的改進(jìn)方法

針對上述教學(xué)中的不足，在已有基礎(chǔ)層、提高層和開發(fā)層三級臺階式教學(xué)模式的基礎(chǔ)上做了教學(xué)策略的調(diào)整。

（一）必修課與選修課相結(jié)合

通常每次實驗項目安排為2個學(xué)時。由于很多實驗原理內(nèi)容抽象，學(xué)生因知識背景薄弱，難以在短時間內(nèi)理解，同時，由于以往所接受的應(yīng)試教育，對實踐操作環(huán)節(jié)也不能很快熟悉，因此很難在2個學(xué)時的教學(xué)中完成“基礎(chǔ)層、提高層和開發(fā)層”的實驗任務(wù)。

通過開設(shè)一系列的電工電子實驗選修課，拓展學(xué)生在電工電子實驗方面的操作能力和工程視野。因此，將基礎(chǔ)層和提高層的實驗教學(xué)內(nèi)容安排在電工電子實驗必修課程中進(jìn)行，而開發(fā)層的實驗教學(xué)內(nèi)容安排在電工電子實驗選修課程中進(jìn)行，從而彌補(bǔ)學(xué)時數(shù)不足的缺陷。

（二）漸進(jìn)式啟發(fā)學(xué)生操作探索

現(xiàn)代教學(xué)論認(rèn)為學(xué)習(xí)過程主要是人的認(rèn)知思維活動的主動建構(gòu)過程，強(qiáng)調(diào)教師教學(xué)過程中創(chuàng)設(shè)情景和啟發(fā)引導(dǎo)，教師可以將教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)之間建立清晰穩(wěn)定的聯(lián)系，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)提供“腳手架”。因此，在基礎(chǔ)層環(huán)節(jié)中，提供現(xiàn)成的實驗方案，要求學(xué)生在操作中體會實驗原理；在提高層的環(huán)節(jié)中，在已有的基礎(chǔ)層方案基礎(chǔ)上，啟發(fā)學(xué)生對原有方案進(jìn)行修改，實現(xiàn)電路功能的拓展，加深原理地掌握和理解；在開發(fā)層的環(huán)節(jié)中，要求學(xué)生在基礎(chǔ)層和提高層的實驗操作的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計實驗方案，自主實現(xiàn)自己預(yù)期的電路功能，達(dá)到運用原理的學(xué)習(xí)目的。

三、“層次化”電工電子實驗教學(xué)改進(jìn)示例

數(shù)字電路實驗項目是電工電子實驗課程的重要組成內(nèi)容。近年來，隨著社會工程領(lǐng)域中FPGA設(shè)計應(yīng)用的普及，電工電子實驗課程也引入了采用硬件描述語言進(jìn)行數(shù)字電路實驗的項目內(nèi)容。然而，在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，由于電工電子實驗課程在低年級開設(shè)，學(xué)生因未深入接觸專業(yè)知識，很多學(xué)生往往對實驗內(nèi)容中的代碼不能充分地理解，只是囫圇吞棗地完成實驗項目中基礎(chǔ)驗證性任務(wù)，達(dá)不到培養(yǎng)工程能力的效果。因此需要教師以基本原理知識為基礎(chǔ)，逐步地啟發(fā)學(xué)生，使學(xué)生在實踐中經(jīng)歷原理驗證、加深掌握、自主設(shè)計應(yīng)用的學(xué)習(xí)過程。

現(xiàn)在以基于VHDL編程的《LED數(shù)碼管驅(qū)動顯示》為例[6]，說明對“層次化”實驗教學(xué)模式的改進(jìn)方法。

（一）基礎(chǔ)層實驗內(nèi)容

基礎(chǔ)層實驗內(nèi)容在于讓學(xué)生理解和驗證LED數(shù)碼管驅(qū)動顯示基本的實驗原理。

首先向?qū)W生介紹了7段LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)原理，以及LED數(shù)碼管顯示數(shù)字的原理，特別是動態(tài)顯示的原理和方法。

接下來，呈現(xiàn)出VHDL代碼，介紹VHDL程序的結(jié)構(gòu)、有關(guān)語法，并且結(jié)合代碼以及實驗室所使用的實驗箱，介紹實現(xiàn)LED數(shù)碼管驅(qū)動顯示的具體方法。表1所示為教學(xué)講解的代碼，以實現(xiàn)實驗箱上1個LED數(shù)碼管顯示某一個數(shù)字。

然后，要求學(xué)生由提供的代碼，先在QuartusII的平臺上進(jìn)行代碼編寫、編譯、引腳定義和下載，觀察實驗現(xiàn)象，理解LED數(shù)碼管驅(qū)動顯示實驗原理。在此基礎(chǔ)上，要求學(xué)生修改代碼，更改實驗箱上的LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字或LED數(shù)碼管顯示的位置，從而鞏固對LED數(shù)碼管驅(qū)動顯示基本原理的理解。

（二）提高層實驗內(nèi)容

提高層實驗通過啟發(fā)學(xué)生修改LED數(shù)碼管驅(qū)動顯示的效果，促進(jìn)學(xué)生對VHDL編程和LED數(shù)碼管驅(qū)動顯示原理的進(jìn)一步理解和掌握。表2所示為提供給學(xué)生參考的部分代碼內(nèi)容，以實現(xiàn)3個LED數(shù)碼管輪流顯示的效果。

（三）開發(fā)層實驗內(nèi)容

開發(fā)層實驗是在重新開設(shè)的選修實驗課中，學(xué)生在基礎(chǔ)層和提高層實驗內(nèi)容的基礎(chǔ)上，自行修改實驗代碼，自主設(shè)計LED數(shù)碼管顯示的樣式。為了讓學(xué)生能順利地完成設(shè)計效果，在教學(xué)中會提供部分的代碼（如表3所示）供學(xué)生參考，啟發(fā)學(xué)生在此基礎(chǔ)上進(jìn)行代碼的修改。

由于實驗箱上含有8個LED數(shù)碼管，很多學(xué)生在自行設(shè)計時將表3所示的代碼，由控制3個LED數(shù)碼管修改為控制8個LED數(shù)碼管，并且不局限于顯示傳統(tǒng)的數(shù)字或字母，于是出現(xiàn)了如呈現(xiàn)多個花樣的“爬行的小蟲”等一系列的設(shè)計方案。通過開發(fā)層實驗內(nèi)容的練習(xí)，促進(jìn)學(xué)生自主地實踐探索學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了學(xué)生對VHDL編程的應(yīng)用能力。

四、結(jié)語

電工電子實驗教學(xué)中采用“層次化”的教學(xué)模式有助于促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的工程實踐能力。但是在教學(xué)實踐中需要考慮到電工電子實驗課程面對的是大學(xué)低年級的學(xué)生，因此需要利用必修課和選修課的結(jié)合，使實驗學(xué)習(xí)時間更加充裕；在“層次化”的教學(xué)模式中需要對學(xué)生采用漸進(jìn)式地啟發(fā)方法，使學(xué)生能夠在較為薄弱的基礎(chǔ)上逐步地培養(yǎng)實踐能力。通過對“層次化”教學(xué)模式的改進(jìn)，獲得了學(xué)生的好評，提高了電工電子實驗的教學(xué)效果，使學(xué)生為后續(xù)課程學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 李建霞，等.構(gòu)建綜合一體化電工電子實驗教學(xué)體系[J].教學(xué)研究，2014（1）：95-97.

[2] 趙怡.項目教學(xué)在電子信息專業(yè)實驗教學(xué)中的探討[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2013（5）：115-117.

[3] 化曉茜，等.改革電工電子實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[J].實驗室研究與探索，2011（6）：151-153.

[4] 劉琳，等.電工電子實驗教學(xué)改革探討[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2010（5）：103-104.

[5] 余仕求.非電類專業(yè)《電工學(xué)》實驗教學(xué)改革探討[J].長江大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013（31）：165-166.

[6] 彭端.電工與電子技術(shù)實驗教程[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2011：247-255.

[責(zé)任編輯：張 雷]