《電工電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程實驗教學(xué)新模式探討

丁巖松　周燕　王曉麗

摘 要：通過對《電工電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程實驗教學(xué)過程中遇到問題的分析，依據(jù)課程標準，借助Multisim電路仿真軟件，將各個知識點按照難易程度分層，分別采用不同的實驗方式，提出了驗證性、研究性、設(shè)計性“三性并舉”的實驗教學(xué)新模式。實踐表明，該教學(xué)模式提高了《電工電子技術(shù)基礎(chǔ)》實驗授課質(zhì)量，開拓了學(xué)生創(chuàng)新思維能力。

關(guān)鍵詞：三性并舉;驗證性;研究性;設(shè)計性

1 《電工電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程特點

《電工電子技術(shù)基礎(chǔ)》是高等工科院校電氣類、自控類和電子類專業(yè)在電子技術(shù)方面的專業(yè)基礎(chǔ)課，在打牢工程技術(shù)理論基礎(chǔ)、培養(yǎng)科技素養(yǎng)等方面起重要的理論支撐作用，在整個電類各專業(yè)的課程體系中起著承前啟后的重要作用?！袄碚搰乐敗?、“內(nèi)容豐富”、“系統(tǒng)性強”是本課程的三大特點。由于其“概念多”、“定理多”、“習(xí)題多”、“課時少”、“知識點散”，大部分學(xué)生很難僅僅依靠課堂教學(xué)就能靈活運用所學(xué)知識。這就需要在理論講授的同時充分發(fā)揮實驗教學(xué)的作用，電路實驗是電路理論課程教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)，也是電類專業(yè)學(xué)生接觸的第一門電學(xué)實驗課。因此，上好電路實驗課不僅可以訓(xùn)練學(xué)生的基本實驗技能，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、獨立分析及解決問題能力、創(chuàng)新能力和理論聯(lián)系實際能力，而且也能為后續(xù)電類課程的學(xué)習(xí)奠定一個良好的基礎(chǔ)。

2 實驗教學(xué)中存在的問題

目前，學(xué)生在實驗課上接觸到的電路實驗以驗證性實驗為主，雖說這些實驗內(nèi)容也是經(jīng)過精心設(shè)計的，但缺乏對實驗進行分析設(shè)計的過程，以及獨立進行實驗操作和實驗結(jié)果處理等綜合實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。

3 “三性并舉”實驗教學(xué)模式的探索

驗證性實驗和研究性實驗都可以借助Multisim電路仿真軟件來完成[1]，而設(shè)計性實驗要通過具體的實物器材來完成。三種實驗在《電路》課程實驗教學(xué)中都必不可少，具體要根據(jù)不同的知識點選擇適合的實驗，如表1所示。

集成運算放大器穩(wěn)壓電源 教師指定實驗內(nèi)容，學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完成。借助Multisim仿真軟件，通過仿真引導(dǎo)學(xué)生觀察和分析實驗現(xiàn)象，得出結(jié)論。 運用已有知識對理論學(xué)習(xí)中涉及的某些現(xiàn)象和結(jié)果進行驗證。

研究性

實驗 一階RC電路

功率因數(shù)的提高

諧振和選頻特性

表決器

搶答器 教師提供幾個備選題目，學(xué)生可以在里面選也可自定。查找相關(guān)資料、制訂方案獨立完成。

使學(xué)生有學(xué)以致用的成就感，提高了學(xué)習(xí)興趣和實驗效果。讓學(xué)生在實踐中感悟、體察理論知識的重要性。

設(shè)計性

實驗 三相功率的測量、

編碼譯碼及顯示

555定時器 教師指定題目，學(xué)生來獨立設(shè)計。自擬實驗方案，準備數(shù)據(jù)表格，完成實驗現(xiàn)象的觀測與分析處理 培養(yǎng)學(xué)生獨立動手能力和良好科學(xué)素養(yǎng)

3.1 驗證性實驗

《電工電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程“定理多”、“分析方法多”，需要實驗驗證，因此，驗證性實驗必不可少。借助Multisim仿真軟件，通過仿真引導(dǎo)學(xué)生觀察和分析實驗現(xiàn)象，其目的是通過實驗驗證理論，加深學(xué)生對基礎(chǔ)理論的理解，促進學(xué)生對知識的掌握。以往的驗證性實驗一般采用實驗在理論講解之后，借助實驗對定理及分析方法內(nèi)容進行驗證。我們這里將方法變化一下，先做實驗，讓學(xué)生觀察現(xiàn)象、分析結(jié)果，總結(jié)出定理。將這種“先有實驗，后有理論，通過實驗發(fā)現(xiàn)規(guī)律，歸納出理論”的授課方法稱為“導(dǎo)入實驗法”[2]。

以“疊加定理”為例，實驗電路如圖1所示。

（1）教師提出問題

當1A電流源和2V電壓源共同作用和分別作用時，圖（a）、圖（b）和圖（c）三個電流表指示怎樣變化？有何規(guī)律？

（2）學(xué)生總結(jié)規(guī)律

學(xué)生觀察實驗數(shù)據(jù)，歸納出疊加定理內(nèi)容

（3）電路稍作改動，分析特殊情況

將圖1（a）（b）（c）中2Ω電阻支路各串聯(lián)一個正向?qū)ǖ亩O管（1N1202C）;

當測量2Ω電阻的功率時，將圖1（a）（b）（c）中的電流表均用瓦特表替換;

讓學(xué)生仔細觀察結(jié)果，歸納出疊加定理的適用范圍。

通過上述實驗操作，學(xué)生既歸納出疊加定理的內(nèi)容，又總結(jié)出其使用的注意事項，引導(dǎo)學(xué)生逐步完善定理的限定條件和注意點，以得到準確的規(guī)律。相比教師枯燥的定理內(nèi)容介紹，這種讓學(xué)生通過動手、觀察、思考，實現(xiàn)從現(xiàn)象到本質(zhì)，從分析、綜合到歸納的導(dǎo)入實驗法，調(diào)動了學(xué)生的實驗積極性，同時，實驗過程也將引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)自己的觀察力，發(fā)現(xiàn)及分析問題、綜合歸納的能力。

3.2 研究性實驗

實驗題目的選擇既要考慮學(xué)生在理論學(xué)習(xí)階段已具備的知識，又要積極引導(dǎo)其發(fā)揮自主學(xué)習(xí)的能力，綜合運用已有知識對理論學(xué)習(xí)中因為學(xué)時所限而未涉及的某些現(xiàn)象和概念進行研究[3]。

如“一階RC電路的仿真實驗與分析”。實驗電路如圖2所示。

電路由可變電阻和可變電容串聯(lián)而成，輸入信號由函數(shù)信號發(fā)生器提供，輸出響應(yīng)為電容電壓，其波形由示波器顯示。

研究一：

（1）觀察電阻和電容的參數(shù)均為總值50%時的輸入輸出波形;

（2）觀察電阻和電容的參數(shù)均為總值90%時的輸入輸出波形;

（3）觀察電阻和電容的參數(shù)均為總值20%時的輸入輸出波形;

通過觀察實驗結(jié)果，幫助理解“積分電路”、“耦合電路”和“微分電路”的概念。

研究二：

將圖2中的示波器換成波特圖儀，組成圖3所示的一階RC實驗電路Ⅱ。測量電路的輸出響應(yīng)電壓，得到并顯示電路的幅頻特性和相頻特性。

通過觀察實驗結(jié)果，幫助理解“高通濾波電路”和“低通濾波電路”的概念。

3.3設(shè)計性實驗

設(shè)計性能培養(yǎng)學(xué)生獨立動手能力和良好科學(xué)素養(yǎng)，它既是對學(xué)生驗證性實驗掌握情況的一種檢驗，也是對學(xué)生多方面能力培養(yǎng)的一項重要內(nèi)容[4]。教師根據(jù)學(xué)生的具體操作和實驗報告分別給出分數(shù)，按比例計入最后考試成績[3]。

例如：在學(xué)習(xí)555定時器時，利用NE555、光敏電阻、蜂鳴器等設(shè)計光線不足報警器。這個實驗項目要求學(xué)生分析工作原理、畫電路板圖、PCB封裝圖、焊接、調(diào)試。這不僅有助于學(xué)生更生動地理解555定時器的工作原理，同時也拓展了對集成電路的應(yīng)用設(shè)計能力，彌補傳統(tǒng)的驗證性實驗的不足，激發(fā)學(xué)生的求知欲，拓寬知識面都有非常積極的作用。

設(shè)計實驗不是單個實驗內(nèi)容的“大雜燴”，去重復(fù)做過的實驗內(nèi)容，而是設(shè)計出一些能引導(dǎo)學(xué)生去觀測未知現(xiàn)象，認識未知事物的實驗。設(shè)計性實驗可以看作是“小組項目”。將學(xué)生分成若干個小組，每個小組指定一名組長，負責項目組織和分工。小組成員各司其職，大家一起討論、分析，從中找出最簡單的實驗步驟，在項目實施過程中積極配合，并寫好日志（包括實驗中遇到的難題及解決方案）。項目完成后，教師組織答辯，針對項目實施中遇到的未能解決的難題，可以進行“疑難會診”，最后，撰寫結(jié)題報告。

3 結(jié)束語

電路實驗教學(xué)通過以驗證性實驗為主，適當增加研究性、設(shè)計性實驗比重的“三性并舉”的教學(xué)模式，為學(xué)生獨立研究、獨立動手能力的提高提供所需要的時間和空間，最大限度地發(fā)揮了學(xué)生的特長及潛能，將所學(xué)的各科知識就變成一個有機整體，為實驗教學(xué)改革提供了一種新思路模式。

參考文獻

[1] 祝秋文，電工電子基礎(chǔ)實驗教學(xué)的探索與實踐，湖北師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）2008，第二期：78-79

[2] 李華東，電工電子技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革研究與實踐，教改理論，2019年6月：165

[3] 邵凱，梁燕.EDA技術(shù)與數(shù)字電路實驗教學(xué)的有機結(jié)合[J]，重慶郵電學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2006，6：109-110

[4] 韋勝東.基于理實一體化教學(xué)模式的高職院校機械類專業(yè)《電工電子技術(shù)》課程教學(xué)改革研究與實踐[J].佳木斯教育學(xué)院學(xué)報，2013-06-15;50