基于任務(wù)驅(qū)動的實(shí)驗報告及其在電路分析基礎(chǔ)實(shí)驗教學(xué)中的應(yīng)用

李曉冬　姜玉亭　李淑明

【摘 要】針對當(dāng)前使用的電路分析基礎(chǔ)實(shí)驗報告存在的不足，結(jié)合每一項實(shí)驗具體內(nèi)容，設(shè)計了一套基于任務(wù)驅(qū)動的實(shí)驗報告，實(shí)踐表明，該實(shí)驗報告能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】電路分析基礎(chǔ)實(shí)驗；實(shí)驗報告；任務(wù)驅(qū)動

【Abstract】Aiming at numbers of deficiencies in the experimental reports in Fundamentals of Circuit analysis experimental in use，combined with the specific content of each experiment，we design a set of experimental reports based on task driven. The practice shows that the experimental reports are able to boost students enthusiasm and enhance the teaching quality.

【Key words】Fundamentals of circuit analysis experiment； Experimental reports； Task driven

0 引言

電路分析基礎(chǔ)實(shí)驗是我校面向電類工科專業(yè)開設(shè)的第一門專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗課。該課程學(xué)時短——只有16個學(xué)時，要求高——要求學(xué)生熟悉多種常用電子測量儀器的使用方法，學(xué)會常用元器件的識別測量、掌握電路分析各基本理論的實(shí)驗驗證，在此基礎(chǔ)上能夠設(shè)計簡單的實(shí)驗電路并驗證或得到某個結(jié)論[1]。更具挑戰(zhàn)性的是，課程面向的對象為大一學(xué)生，他們普遍課業(yè)繁重，實(shí)驗動手能力弱，如果缺少有針對性的引導(dǎo)和強(qiáng)力的驅(qū)動，他們很難在較短的課時內(nèi)高質(zhì)高效地完成學(xué)習(xí)任務(wù)。為此，我們針對以往實(shí)驗教學(xué)中遇到的問題，設(shè)計了一套基于任務(wù)驅(qū)動的實(shí)驗報告。

1 傳統(tǒng)實(shí)驗報告應(yīng)用在實(shí)驗教學(xué)中遇到的問題

我校電路分析基礎(chǔ)實(shí)驗課程性質(zhì)為獨(dú)立設(shè)課，在教學(xué)進(jìn)度上與理論課程不完全同步，時常會出現(xiàn)理論教學(xué)滯后于實(shí)驗教學(xué)進(jìn)度的問題，這就對學(xué)生的預(yù)習(xí)提出了很高的要求，只有經(jīng)過認(rèn)真預(yù)習(xí)，深度思考，學(xué)生才有可能對實(shí)驗原理及實(shí)驗過程有一個大致的了解，對可能出現(xiàn)的問題有一定的預(yù)判，才有可能跟上實(shí)驗課程的授課進(jìn)度。然而，傳統(tǒng)的實(shí)驗報告通常只包括實(shí)驗?zāi)康摹?shí)驗儀器、實(shí)驗原理、實(shí)驗步驟、實(shí)驗數(shù)據(jù)處理幾部分，其中實(shí)驗?zāi)康?、?shí)驗儀器和實(shí)驗原理作為預(yù)習(xí)內(nèi)容在課前完成。每一項實(shí)驗的報告格式完全一樣，學(xué)生在課前預(yù)習(xí)時只是將實(shí)驗課本上的相關(guān)內(nèi)容抄襲一遍，整個預(yù)習(xí)過程流于形式，教師在課堂上被迫要抽出更多寶貴的時間才能讓學(xué)生弄明白實(shí)驗原理和基本操作過程，留給學(xué)生獨(dú)立做實(shí)驗的時間只有1個小時左右，有時候甚至要降低實(shí)驗難度，減少實(shí)驗內(nèi)容才能勉強(qiáng)完成，更談不上在實(shí)驗過程中有思考的時間了。

此外，在實(shí)驗過程中，我們還發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生由于沒有提前在預(yù)習(xí)時制作好實(shí)驗數(shù)據(jù)表格，又要浪費(fèi)寶貴的課堂時間制作表格；在課后對實(shí)驗數(shù)據(jù)的處理不符合規(guī)范，對實(shí)驗中出現(xiàn)的問題沒有展開討論。以上種種情況，既有學(xué)生惰性的因素，更主要的是在整個實(shí)驗教學(xué)過程中，缺乏關(guān)鍵性的引導(dǎo)。

2 基于任務(wù)驅(qū)動的實(shí)驗報告的設(shè)計

鑒于以上實(shí)驗教學(xué)過程中存在的種種問題，我們根據(jù)不同類型的實(shí)驗性質(zhì)（驗證性實(shí)驗和設(shè)計綜合性實(shí)驗），針對每一項實(shí)驗的具體內(nèi)容設(shè)計了一套包含課前預(yù)習(xí)、實(shí)驗過程、實(shí)驗數(shù)據(jù)處理、課后反思等不同任務(wù)的實(shí)驗報告模板。

2.1 課前預(yù)習(xí)

對于驗證性實(shí)驗，主要包括儀器使用（一）、儀器使用（二）、元器件識別與測量、直流電路測量、動態(tài)電路測量、正弦電路測量等六個實(shí)驗項目[2]。

在頭兩個實(shí)驗中，學(xué)生對儀器的使用一無所知，因此我們都在課前預(yù)習(xí)部分都有側(cè)重性的布置了相關(guān)任務(wù)幫助學(xué)生熟悉儀器設(shè)備，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。例如向?qū)W生提供示波器、信號源、數(shù)字臺式萬用表、毫伏表、直流電源等儀器的學(xué)習(xí)視頻，并要求學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)視頻簡單總結(jié)各儀器的基本使用步驟，在此基礎(chǔ)上，閱讀實(shí)驗指導(dǎo)書里有關(guān)實(shí)驗基本知識的內(nèi)容，對實(shí)驗的基本要求，實(shí)驗電路的連接及故障處理，實(shí)驗數(shù)據(jù)的記錄、分析與處理有一個大概的了解；進(jìn)一步的，結(jié)合上述的預(yù)習(xí)內(nèi)容并通過搜索網(wǎng)絡(luò)資料回答幾個有關(guān)儀器使用和實(shí)驗基本知識的小問題。

在元器件識別與測量實(shí)驗中，我們在課前預(yù)習(xí)部分要求學(xué)生先認(rèn)真復(fù)習(xí)前兩次實(shí)驗學(xué)過的儀器，進(jìn)一步熟悉各種儀器的使用方法，在此基礎(chǔ)上，自學(xué)實(shí)驗指導(dǎo)書中元器件一章的內(nèi)容，查閱相關(guān)書籍，并在網(wǎng)絡(luò)上搜索相關(guān)知識，寫一份某一種元件識別方法地小論文作為預(yù)習(xí)報告（包括分類、性能、封裝等）。

當(dāng)實(shí)驗教學(xué)進(jìn)行到最后三個驗證性實(shí)驗時，往往會出現(xiàn)前文提到的理論教學(xué)滯后于實(shí)驗教學(xué)進(jìn)度的問題，針對此問題，在預(yù)習(xí)部分我們要求學(xué)生必須掌握實(shí)驗中涉及到的相關(guān)理論知識，如果理論課未講到的，應(yīng)自學(xué)完成，并用自己的語言簡練描述相關(guān)實(shí)驗原理，不得抄書。例如在直流電路測量預(yù)習(xí)部分，學(xué)生必須畫出實(shí)驗用到的具體電路圖，并針對這一電路用一兩句話及數(shù)學(xué)公式描述基爾霍夫定理、疊加定理等理論知識，隨后根據(jù)理論知識計算出實(shí)驗數(shù)據(jù)的理論值以方便在實(shí)驗中立即進(jìn)行比對。為了考察學(xué)生對實(shí)驗原理的預(yù)習(xí)程度，我們還設(shè)計了一些預(yù)習(xí)思考題讓學(xué)生回答，例如在動態(tài)電路測量實(shí)驗中，共地的接線方法是實(shí)驗的重點(diǎn)也是難點(diǎn)，為此，我們在預(yù)習(xí)部分要求學(xué)生自學(xué)實(shí)驗指導(dǎo)書中共地的原理后，畫出實(shí)驗中實(shí)際使用電路及其共地接線圖。

對于設(shè)計性實(shí)驗，需要學(xué)生自主確定電路參數(shù)、連接電路并完成測量，為此我們在預(yù)習(xí)部分提供了電路的設(shè)計指標(biāo)，要求學(xué)生在預(yù)習(xí)時根據(jù)指標(biāo)計算出電路參數(shù)，寫出具體的計算過程，畫出電路圖，利用Multisim軟件仿真電路并打印仿真電路圖和波形圖，同時設(shè)計出實(shí)驗數(shù)據(jù)表格。

2.2 實(shí)驗過程

對于驗證性實(shí)驗，在該部分中，我們除簡明地介紹實(shí)驗操作過程外，還提供了實(shí)驗數(shù)據(jù)表格，節(jié)省了在課堂上制作表格的時間。同時我們還要求學(xué)生將實(shí)驗講解過程中提到的注意事項記錄在該部分中。例如在正弦電路測量實(shí)驗中，我們以問答題的形式將相關(guān)注意事項呈現(xiàn)給學(xué)生：（1）連接電路前是否應(yīng)該測量導(dǎo)線和探頭好壞？如何測量？（2）雙蹤法測量相位差時示波器設(shè)置應(yīng)該注意什么問題？（3）雙蹤法測量相位差時如何判斷示波器上兩個波形哪個是U總哪個是UR？（4）向量法測量相位差時UC和UR能否同時測量？為什么？這些問題要求當(dāng)堂回答在實(shí)驗過程中并由教師隨機(jī)抽查。學(xué)生帶著這些任務(wù)聽課，明顯有了緊迫感，實(shí)驗效率得到大幅度提升。

對于設(shè)計性實(shí)驗，我們不再提供具體操作過程和實(shí)驗數(shù)據(jù)表格，這些內(nèi)容都要求學(xué)生在預(yù)習(xí)時完成。相關(guān)問題和注意事項同樣是以提問的形式留給學(xué)生在實(shí)驗測量過程中自己思考。例如在RLC并聯(lián)諧振電路的設(shè)計與測量實(shí)驗中，有如下問題：（1）RLC并聯(lián)諧振電路的阻抗與輸入信號的頻率有什么關(guān)系？（2）電路發(fā)生諧振時，電路中的總電流和總電壓相位關(guān)系如何？（3）如何改變電路的品質(zhì)因數(shù)？（4）電路中的電流如何轉(zhuǎn)化為電壓用示波器測量？

2.3 實(shí)驗數(shù)據(jù)處理

對于驗證性實(shí)驗，我們要求學(xué)生分析整理實(shí)驗中測量的數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上做出相關(guān)曲線圖，同時計算誤差，分析誤差原因，判斷實(shí)驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，提出減小誤差的方法。

對于設(shè)計性實(shí)驗，我們在驗證性實(shí)驗數(shù)據(jù)處理要求的基礎(chǔ)上，還要求學(xué)生根據(jù)測量數(shù)據(jù)判斷設(shè)計的電路是否滿足指標(biāo)要求，若不滿足需要分析原因，若滿足則鼓勵學(xué)生思考設(shè)計出實(shí)現(xiàn)更高指標(biāo)要求的電路。

2.4 課后反思

對于驗證性實(shí)驗，我們要求學(xué)生在課后完成與實(shí)驗內(nèi)容有關(guān)的思考題，若實(shí)驗中對同一參數(shù)有多種測量方法的必須比較分析其優(yōu)缺點(diǎn)。例如在直流電路測量實(shí)驗中“戴維南定理”部分，分別利用了網(wǎng)絡(luò)的外特性測量法和直接測量法兩種方法得到一個有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻和電壓源，這兩種方法我們要求學(xué)生從難易度、誤差率、所需條件等各方面進(jìn)行對比，得出相關(guān)結(jié)論。

對于設(shè)計性實(shí)驗，我們要求學(xué)生在課后查找資料，寫出實(shí)驗電路在工程上的應(yīng)用實(shí)例，讓學(xué)生了解自己學(xué)到的知識有什么用處，對“學(xué)以致用”有更深的體會[3]。

3 試用效果

我們將設(shè)計的實(shí)驗報告在我校通信、電子等少數(shù)幾個專業(yè)的學(xué)生中進(jìn)行了小范圍的試用，教學(xué)效果良好。學(xué)生普遍反映在整個實(shí)驗學(xué)習(xí)過程中，不再像以前那樣茫然，不論是預(yù)習(xí)、聽課、做實(shí)驗還是課后總結(jié)都有了清晰明確的目標(biāo)，知道該做什么，怎么做；他們發(fā)現(xiàn)新的實(shí)驗報告很多任務(wù)或問題在課本上無法找到現(xiàn)成的答案，需要通過查找資料，深度思考，反復(fù)操作練習(xí)才有可能完成，在一系列任務(wù)的壓力驅(qū)動下，帶著問題聽課，帶著問題做實(shí)驗，效率提高了，對所學(xué)知識的理解更加透徹，激發(fā)了學(xué)生對電路分析基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)興趣。同時授課教師也反映，學(xué)生的預(yù)習(xí)質(zhì)量有了明顯提高，授課時能更好地跟上教學(xué)進(jìn)程，因而，教師可以根據(jù)學(xué)生在預(yù)習(xí)部分反映出的問題有針對性的講解關(guān)鍵性內(nèi)容，其余內(nèi)容只需點(diǎn)到為止，節(jié)省了寶貴的實(shí)驗時間；學(xué)生對實(shí)驗數(shù)據(jù)的處理更加規(guī)范；不論課前預(yù)習(xí)還是課后反思都能有效地將實(shí)驗教學(xué)延伸到課外，大大拓展了課程學(xué)習(xí)時間，實(shí)驗課時短的問題得以有效解決。

4 結(jié)語

基于任務(wù)驅(qū)動的實(shí)驗報告的使用，改善了電路分析基礎(chǔ)實(shí)驗教學(xué)過程中長期存在的種種問題，降低了學(xué)生對教師的依賴性，有利于培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、實(shí)驗、思考，提高了教學(xué)效果。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李曉冬，李淑明.電路分析基礎(chǔ)實(shí)驗教材中引入工程應(yīng)用的探索[J].大眾科技，2015（9）：193-194.

[2]黃品高，李曉冬，陳震華.電路分析基礎(chǔ)實(shí)驗·設(shè)計·仿真[M].成都：電子科技大學(xué)出版社，2008，9.

[3]王源.談在電路課程教學(xué)中的工程應(yīng)用范例[J].考試周刊，2014（67）：171-171.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]