半仿真實驗在電工電子學課程教學中的實踐探索

陳志剛 周 明 謝貽東

北京建筑工程學院 北京 100044

半仿真實驗在電工電子學課程教學中的實踐探索

陳志剛 周 明 謝貽東

北京建筑工程學院 北京 100044

簡要分析了傳統(tǒng)實驗教學的優(yōu)勢和不足，針對教學客觀條件的限制，提出半仿真實驗與課堂理論教學相結合教學方法，介紹了半仿真實驗教學的優(yōu)點及方法，利用相關軟件開發(fā)半仿真實驗素材庫，在課堂教學中靈活應用，取得了較好的教學效果。

半仿真實驗；課堂教學；課程改革

電工電子技術及其相關課程知識點多，需要理解記憶的內容也很多，僅僅依靠課堂理論講授難以達到較好的教學效果，實驗過程能夠使學生更好地掌握所學知識。因此，開設電工電子相關課程的學校大多開設有相應的實驗教學課程，一方面通過實驗教學環(huán)節(jié)能加強學生對知識點的理解，同時也能夠鍛煉學生的實際動手能力。

1 傳統(tǒng)實驗教學的劣勢

在傳統(tǒng)的實驗教學過程中，實驗通常被安排為理論教學的輔助性環(huán)節(jié)。目前大多數(shù)高校實驗教學的主要內容是儀器的使用、電路的分析以及相關參數(shù)的驗證與測量，實驗過程一般為學生根據(jù)教師或學校已編好的實驗指導書，在事先準備好成型的實驗裝置上，按照規(guī)定的實驗步驟，機械地測試一些數(shù)據(jù)來驗證課堂上所講理論的正確性。雖然傳統(tǒng)實驗教學在培養(yǎng)學生正確使用儀器儀表、正確測量、分析實驗數(shù)據(jù)和理解理論內容方面起著非常重要的作用，但在發(fā)揮學生的學習主動性，培養(yǎng)學生獨立思考、獨立工作的能力和應用理論解決實際問題的能力等方面存在著明顯的不足[1]。自從高校教育從精英化走向大眾化后，越來越多的學生缺乏勤奮好學的求知欲望，課堂教學跟不上，實踐環(huán)節(jié)不敢動手或懶于動手。因此，從某種程度上可以說，依然采用傳統(tǒng)的實驗教學來輔助課堂教學的效果往往會事倍功半。

2 半仿真實驗課堂教學的主要內容

傳統(tǒng)實驗教學的目的是加強學生對知識點的理解，但在我校實際操作過程中，正如前所述，其效果不佳。一方面，由于本科課程教學總學時數(shù)在不斷壓縮，用于實踐教學環(huán)節(jié)的學時數(shù)較為有限，實踐教學不可能覆蓋課堂內容；另一方面，由于課堂教學學時也在減少，而內容變化不大，相當一部分學生在課堂上對知識點沒有消化好，課下復習不透徹，在這種情況下去上實驗課也很難達到預期效果。為了改變傳統(tǒng)實驗教學模式所造成的被動局面，提高課程教學的質量，還必須建立實驗教學與課堂教學模式相結合的教學改革體系。

隨著電路仿真技術的發(fā)展，上述缺陷可迎刃而解。只要有合適并且正確的電路模型，電腦便可據(jù)此進行大量的計算，從而仿真出近乎真實的電路結果。仿真實驗不受場地限制，可在課堂上進行教學演示，幫助學生加深理解理論內容。

目前，電子仿真軟件已非常成熟，國內外有相當數(shù)量的高校和職業(yè)院校已將仿真實驗應用于課堂教學，并取得了不錯的效果。但是，大多數(shù)實驗電路通常是教師課前完全設計好的，通常在課堂上只是演示一下，曇花一現(xiàn)，學生當時聽得很清楚，時間長了，大部分內容還是很快被遺忘掉，沒有達到對知識點完全理解，其主要原因是學生缺乏主動思考和解決問題的過程。

因此，我們提出采用半仿真實驗應用于課堂教學的方法。所謂半仿真實驗，就是將仿真實驗應用于課堂教學，但是不同于簡單的課堂演示，而是將實驗素材設計為半開放形式，當前教學知識點的實驗部分由學生來完成。半仿真實驗應用于課堂教學注重加強對學生主動思考能力的培養(yǎng)，學生只有在課堂環(huán)節(jié)真正動腦筋去思考，才會對所學的知識印象更加深刻，記得更牢固，同時半仿真實驗也培養(yǎng)了學生將理論知識應用于實踐的能力。

3 半仿真實驗教學的優(yōu)勢

半仿真實驗教學的主要創(chuàng)新之處在于其課堂演示的半開放形式，在不影響正常課堂教學進度的同時，又極大提高了課堂教學的效率，其優(yōu)勢表現(xiàn)為：

(1)幫助學生理解。鞏固擴展電工電子技術知識，實現(xiàn)學習知識向應用能力轉化，牢固掌握教學大綱中的基礎理論知識，是學生學習中必須達到的基本條件，實驗教學的主要作用就是幫助學生加深對知識點的理解、掌握和應用，在這一點上半仿真實驗教學和傳統(tǒng)實驗及仿真實驗的目的是一致的。

(2)鍛煉思維能力。傳統(tǒng)實驗教學的主要劣勢是學生缺乏主動思考的過程，其效果僅限于學生對知識點的理解，一旦條件或者環(huán)境發(fā)生變化，學生往往還是手足無措。而半仿真實驗教學設計則不同，它采取開放形式，實驗素材不是全部給出，而是留有少量空白，學生需要經(jīng)過思考完成實驗電路，之后進行測試。這樣一來，學生既復習到了已學知識，又對當前知識點增強了理解，無形中也培養(yǎng)了學生主動思考、積極思維的能力。

(3)節(jié)省時間。傳統(tǒng)輔助實驗教學需要占用較多的時間，對于一些較復雜的實驗，學生需要投入大部分的精力和時間進行電路連接和線路的檢查，而用于對實驗出現(xiàn)的問題進行分析、解決的時間明顯不足，實驗效果不理想，不利于學生從實驗整體上進行把握。仿真實驗只需要利用計算機進行演示，素材庫豐富，連線及測試簡單，基本不存在線路連接不良等低級錯誤，可以節(jié)省大量的時間。

(4)節(jié)約成本。因受實驗條件的限制，硬件實驗一般不能全部進行，增加硬件實驗設備不僅需要大量的資金投入，而且實驗過程中還會產(chǎn)生大量的元器件消耗，甚至會發(fā)生儀器損壞等意外情況，實驗時教師通常會提心吊膽，精神高度緊張。若教師在教學過程中根據(jù)授課需要，部分采用仿真方式，不僅可以減少實驗條件不足帶來的壓力、避免實驗與教學進度的脫節(jié)，而且不受時間和場地的限制，根據(jù)教學需要隨時進行，達到事半功倍的教學效果[2]。

(5)可靠性較高。在用實際電路進行操作演示時，各種參數(shù)不易控制、元件的調換也不方便。目前電子仿真軟件日趨成熟，仿真軟件內部包含了數(shù)以萬計的元器件和各類精度極高的虛擬儀器儀表，大大解決了實驗中特別是綜合與設計性實驗中元器件不足以及儀器精度不夠的問題[3]。實驗過程通常較為簡單，而實驗結果也比較直觀可靠。

4 半仿真實驗教學方法與效果

課程改革的主要目的在于實施有利于學生學習，以學生為主體、以教師為主導的開放式教學模式；加強師生互動，采取教師指導學生自主獲取知識，引導學生進行實踐動手的教學模式；實現(xiàn)以教師授課和學生自學并重的教學方式，確立教學并重的教學結構。

半仿真實驗教學的時間安排比較靈活，既可以與知識點同步進行，也可以放在理論教學之后；演示形式多種多樣，可以是教師提出幾種不同方案供學生選擇的形式，也可以是學生填空的形式。不管哪種形式，重點是在仿真過程中教師要及時啟發(fā)提問，引導學生從分析問題入手，逐步解決仿真過程中出現(xiàn)的不合理問題，鍛煉學生的思維與創(chuàng)新能力，力爭達到最理想的輔助教學效果。

從一個學期的課堂教學實踐情況來看，將半仿真模擬實驗引入課堂教學環(huán)節(jié)中，課堂教學氣氛非常活躍，大多數(shù)學生都能在教師設置的實驗場景中積極思考。這樣不僅能使學生在較短的時間內對相關知識點有較好的理解，而且能夠大大提高學生的學習興趣，縮短傳授時間，提高教學效果，明顯提高學習效率。

現(xiàn)代高校教育中普遍提倡教育要以學生為中心，教師需要充分運用現(xiàn)代科學技術和先進教學手段來提高學生動手能力、思維能力與創(chuàng)新能力，盡可能使用各種方法解決當前教學過程中存在的不足。用計算機進行半仿真實驗是解決實驗器材不足，提高學生學習積極性的主要方法之一。教師只有隨著科學技術的發(fā)展，不斷更新實驗內容、方法和手段，才能適應新形勢的需要，才能培養(yǎng)出高素質的人才。

[1] 李艷.模擬電子技術實驗與仿真教學改革探討[J].中國新技術新產(chǎn)品,2008,8:172.

[2] 梁雪松,張容.Multisim仿真軟件在電子電路實驗教學中的運用[J].四川教育學院學報,2011,27(3):116-118.

[3] 張曉暉,杜學東.EDA仿真技術在數(shù)字邏輯實驗教學中的應用[J].科技信息,2008,20:552-553.

Application research of semi-simulation experiment in electrical and electronic course teaching

Chen Zhigang, Zhou Ming, Xie Yidong
Beijing university of civil engineering and architecture, Beijing, 100044, China

The advantages and disadvantages of traditional experimental teaching were analyzed. For solving the limit of objective condition, a semi-simulation experiment teaching method was proposed. The material library of semi-simulation experiments was designed by related software and applied in course teaching. The practice showed its good effective.

semi-simulation experiment; course teaching; curriculum revolution

2011-10-16

陳志剛，博士，講師。

北京建筑工程學院教育科學研究項目(編號：Y10-14)。