電工電子類基礎(chǔ)課程實驗教學(xué)改革的探索

康濤 馬麗萍 康科鋒 （西安工程大學(xué)電子信息學(xué)院.）

電工電子類基礎(chǔ)課程主要包含電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)和電工學(xué)等相關(guān)課程。其中電路、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)這三門課我們常把其簡稱為“三電”課程，是電子通信類、電氣工程類、機(jī)電與自動化類以及計算機(jī)類相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)平臺課程，在相關(guān)專業(yè)的培養(yǎng)方案和教學(xué)體系中有著至關(guān)重要的地位，是相關(guān)專業(yè)的本科學(xué)生將來走向工作崗位或者繼續(xù)深造所必需的專業(yè)工具類課程。而電工學(xué)課程也是高等院校工科非電類專業(yè)的一門公共技術(shù)基礎(chǔ)課程，該門課程與實際電路與器件、工程分析、工程計算緊密相關(guān)，也是聯(lián)系公共基礎(chǔ)課程與電類知識相關(guān)專業(yè)課程的一個重要橋梁，對將來畢業(yè)從事相關(guān)工程類學(xué)生也具有較實際的應(yīng)用意義。電工電子類基礎(chǔ)課程具有相同的特點，就是在重視理論知識的講解之外，還強(qiáng)調(diào)實踐技能的培養(yǎng)，使理論與實踐相結(jié)合。

西安工程大學(xué)電工電子教學(xué)部主要承擔(dān)本校電工電子類基礎(chǔ)課程的理論教學(xué)與實驗教學(xué)工作，先后成功建設(shè)電工學(xué)和電子技術(shù)兩門省級精品課和精品資源共享課，獲批了陜西省的電類實驗教學(xué)示范中心。自2015年以來，實驗室的面積及實驗設(shè)備得到了重新調(diào)整，硬件條件大大改善，為在實驗教學(xué)內(nèi)容的改革上提供了一個良好的硬件平臺。與此同時，我們在電工電子類基礎(chǔ)課程實驗教學(xué)改革方面做了大量細(xì)致工作，取得了不錯的教學(xué)效果。

一 更新實驗內(nèi)容，多種實驗形式相結(jié)合保證電工電子類課程的實驗課時充足性

實踐是工程最本質(zhì)的屬性，在新世紀(jì)的高等教育改革和培養(yǎng)人才的過程中，實踐環(huán)節(jié)占據(jù)著極其重要的地位。實驗教學(xué)作為實踐環(huán)節(jié)中最重要的組成部分，其改革的發(fā)力點應(yīng)從直觀性、鞏固性實驗逐步轉(zhuǎn)向理論聯(lián)系實際的綜合設(shè)計性實驗，注重學(xué)生的能力培養(yǎng)。實驗教學(xué)改革要以培養(yǎng)實驗技術(shù)能力為目標(biāo)，教學(xué)與實際應(yīng)用相結(jié)合，使實驗教學(xué)保持指導(dǎo)性和典型性，以利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、思考能力、綜合運用知識的能力和創(chuàng)新能力。

更新實驗內(nèi)容，對實驗進(jìn)行合理科學(xué)分類。立足于實驗教學(xué)的整體性、基礎(chǔ)性、綜合性，依教學(xué)階段將實驗題目分為驗證性實驗、設(shè)計性實驗和綜合性實驗。在實驗課程進(jìn)行初期，主要應(yīng)以驗證性實驗為主。通過基礎(chǔ)驗證性實驗，教會學(xué)生熟練和掌握電工電子類實驗室常用的儀器和設(shè)備的使用方法，認(rèn)識常見的電路和電子器件，將課堂所學(xué)的理論知識與實驗實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實驗的精神和方法，訓(xùn)練嚴(yán)格嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)；設(shè)計性實驗和綜合性實驗為學(xué)生留有一定發(fā)展個性、開拓思維的空間；初步引入涉及多門課程的設(shè)計性、綜合性實驗。對部分專業(yè)學(xué)生，采用實驗任務(wù)書取代實驗指導(dǎo)書的形式，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

為了適應(yīng)以上新的實驗內(nèi)容形式，我們抽調(diào)了有多年教學(xué)經(jīng)驗的老教師和年富力強(qiáng)的中青年教師相互合作編寫制定了符合新要求的實驗大綱，包括電路實驗教學(xué)大綱、模擬電子技術(shù)實驗教學(xué)大綱、數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)大綱、電工學(xué)實驗教學(xué)大綱。同時還編寫并出版了適合我校學(xué)生使用的系列實驗教材《電工電子技術(shù)實驗教程》《電路基礎(chǔ)實驗教程》《電子技術(shù)實驗教程》，并已在日常實驗教學(xué)中投入使用。

二 改進(jìn)實驗教學(xué)方法

經(jīng)過長期的摸索和實踐，我校在電工學(xué)相關(guān)課程的實驗教學(xué)中積累了豐富的經(jīng)驗，探索出了一條適合本校本科教育教學(xué)的科學(xué)實驗方法。

根據(jù)不同性質(zhì)的實驗，提出不同的實驗要求。教師在指導(dǎo)驗證性實驗時，要求學(xué)生拋開主觀性，以實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象和測得的數(shù)據(jù)為依據(jù)，驗證已有定理及定律，在比較實測數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)的異同之處時，增加對課堂所學(xué)理論知識的理解和實際實踐經(jīng)驗的積累和總結(jié)。在日常實驗教學(xué)過程中，對于基礎(chǔ)類實驗，主要是加深學(xué)生對所學(xué)理論知識的進(jìn)一步認(rèn)識，實驗裝置是元件庫形式的，學(xué)生需要自己設(shè)計、搭建和調(diào)試電路，做到動腦又動手。老師指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會使用常用的儀器、儀表（如電壓表、電流表、萬用表、穩(wěn)壓電源、信號發(fā)生器、示波器等）；學(xué)會應(yīng)用常規(guī)的測試方法測量電壓、電流、電功率等物理量和電阻、電感、電容等器件的參數(shù)，會測定特性曲線。

對于綜合性、設(shè)計性實驗，老師要培養(yǎng)學(xué)生獨立從事實驗和初步設(shè)計電路的能力，能分析并排除一些簡單的故障，正確地讀取和記錄實驗數(shù)據(jù)，繪制曲線。培養(yǎng)學(xué)生良好的實驗習(xí)慣，樹立實事求是和嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)作風(fēng)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和實驗結(jié)果撰寫實驗報告，具有對實驗結(jié)果進(jìn)行分析和解釋的能力。注意啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。在指導(dǎo)設(shè)計性實驗、綜合性實驗時，則要給予學(xué)生更多的鍛煉機(jī)會。我們教師在指導(dǎo)這類實驗時，往往根據(jù)學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)電子課程時的理論水平和掌握程度，設(shè)計出若干個針對課程所學(xué)知識的實驗題目。學(xué)生在參與此類實驗時，往往只是拿到一個實驗題目，限定了實驗要求設(shè)計的功能電路、電路要求達(dá)到的具體參數(shù)指標(biāo)和實驗室現(xiàn)有能夠提供給學(xué)生的功能芯片和電路器件等。這樣就促使學(xué)生發(fā)揮自己的主觀能動性，去搜集典型應(yīng)用電路的資料，查找電路電子類元器件的管腳和功能，進(jìn)而自己設(shè)計、構(gòu)建、調(diào)試電路，達(dá)到充分鍛煉學(xué)生的動手實踐能力，以實驗實踐來促進(jìn)學(xué)生對所學(xué)理論知識的理解與掌握。

三 實驗手段追求多樣化

一般來說傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法主要包括實驗指導(dǎo)教師口頭講述和親身連線驗證這兩種主要形式，這兩種方式都存在有比較明顯的弊端。由于口頭語言表達(dá)不夠具象化，故當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力不夠強(qiáng)且沒有提前預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容時，往往會出現(xiàn)實驗指導(dǎo)教師口述實驗內(nèi)容講的氣喘吁吁、口干舌燥，而做實驗的學(xué)生兩眼發(fā)呆、摸不著頭腦，根本聽不懂老師在講些什么。而教師邊親身連線驗證實驗邊講解內(nèi)容會使得表達(dá)具象化，學(xué)生很容易理解實驗內(nèi)容和步驟，但卻在無形中大大降低了實驗的操作性和難度，為此我們采用了多樣化的實驗預(yù)習(xí)、講解和實踐手段，增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和對課堂所學(xué)理論知識的理解，同時在有限長的實驗時間內(nèi)使學(xué)生充分發(fā)揮自主動手能力，達(dá)到實驗教學(xué)的目的。

我們所采取的主要手段是：將計算機(jī)虛擬仿真與電路硬件實驗相結(jié)合，先虛擬仿真，后硬件實驗。經(jīng)過我們的努力，從10 級電類本科生開始。將計算機(jī)仿真實驗納入實驗教學(xué)內(nèi)容。電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)這三門電類專業(yè)基礎(chǔ)課中都增加4 學(xué)時的計算機(jī)仿真實驗，使得學(xué)生能熟練掌握multisim 仿真軟件進(jìn)行實驗。此外，針對學(xué)生在實驗前往往不會主動預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容的情況，我們在現(xiàn)有的有限條件下自己動手利用LabVIEW 軟件開發(fā)了自有的虛擬仿真軟件，學(xué)生只需要運行軟件改變軟件中電路參數(shù)，就可得到對應(yīng)的理論實驗結(jié)果。這樣學(xué)生在做實驗前只需要花費很少的時間就可以運用仿真軟件提前模擬所做實驗的全過程和理論數(shù)據(jù)，有利于學(xué)生掌握課堂理論所學(xué)知識，熟悉所做實驗的內(nèi)容、步驟與結(jié)果，提高電類實驗課的安全性和學(xué)習(xí)效率。另外，各實驗分室都針對自己對應(yīng)課程的實驗情況，制作了相應(yīng)的實驗掛圖和實驗多媒體課件，在進(jìn)行實驗教學(xué)時通過懸掛實驗掛圖和利用投影儀講解實驗課件，把實驗的原理電路與實際電路聯(lián)系起來，這樣使學(xué)生將抽象的原理電路和實驗室現(xiàn)有實驗儀器設(shè)備直觀的聯(lián)系起來。

從13 級學(xué)生開始，對模擬電子技術(shù)實驗進(jìn)行大規(guī)模的調(diào)整，將原來的模塊連接實驗的形式，改為分離元件構(gòu)成實驗電路，這樣學(xué)生首先應(yīng)學(xué)會對電阻、電容、二極管、三極管、運算放大器等元件的識別，然后才能夠在實驗課中完成所做實驗，真正做到實驗和實際相結(jié)合。

四 建立科學(xué)客觀的實驗教學(xué)考核方法

對于電工電子類課程的實驗教學(xué)考核，我們的目標(biāo)是：要求學(xué)生課前預(yù)習(xí)實驗，使學(xué)生對所做實驗內(nèi)容做到心中有數(shù)，通過具體的實驗環(huán)節(jié)使學(xué)生的實驗實踐能力得到有效的鍛煉和明顯的提高。為此，我們采取了網(wǎng)絡(luò)測評和實踐測評相結(jié)合的方式來具體評價實驗教學(xué)的實驗效果。

利用已有的電工電子學(xué)、電子技術(shù)等省級精品課程和精品資源共享課程的網(wǎng)站，我們發(fā)布了對應(yīng)課程的實驗內(nèi)容、教學(xué)課件以及部分實驗的教學(xué)視頻。規(guī)定和要求學(xué)生在課下自主登錄課程網(wǎng)站進(jìn)行學(xué)習(xí)，實驗指導(dǎo)教師通過網(wǎng)絡(luò)平臺后臺數(shù)據(jù)可以直觀地看到學(xué)生的登錄次數(shù)、學(xué)習(xí)時長等數(shù)據(jù)，從而對學(xué)生的課下預(yù)習(xí)起到督促作用。在學(xué)生完成了實驗課程的在線學(xué)習(xí)后，我們還進(jìn)行了實驗的在線理論測試，通過考核一些實驗中常見的儀器使用方法和該實驗的理論知識，測試學(xué)生在做實驗前對所做實驗知識的熟悉和掌握程度，從而結(jié)合其網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)狀況綜合給定其網(wǎng)絡(luò)測評成績。

對電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電工學(xué)等課程的每次實驗，均由指導(dǎo)老師在實驗結(jié)束時，根據(jù)學(xué)生做實驗的具體操作情況和完成實驗的時間快慢與數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度，給出每名學(xué)生每次實驗的操作分值，再結(jié)合報告成績，作為此次實驗的實踐測評成績。網(wǎng)絡(luò)測評成績與實踐測評成績按照一定比率計算求和，就是對應(yīng)此次實驗的實驗成績。當(dāng)一門課程所有實驗都結(jié)束時，實驗考核成績由此門課程的所有實驗成績?nèi)∑骄邓愠?，將作為實驗最終考核成績。此辦法從2014年實施以來，確實地調(diào)動了學(xué)生做實驗的積極性，學(xué)生提前預(yù)習(xí)實驗的人數(shù)明顯增多，實驗的教學(xué)效果也明顯得到改善，實驗報告質(zhì)量也得到比較大的提高。

以上是我們對“三電”實驗教學(xué)改革的初步探索，經(jīng)過幾年的教學(xué)實踐，證明了以上措施的實施激發(fā)了學(xué)生對知識的探索與渴求，提高了學(xué)生的動手與實踐能力，學(xué)生普遍反映良好。以上探索符合當(dāng)前社會培養(yǎng)具有創(chuàng)新應(yīng)用型的人才的要求，提高了學(xué)生在社會上的競爭力。