《電路與電子學》實驗課程建設的探索與實踐

摘要：針對《電路與電子學》實驗內容較多的特點，現有實驗課程缺少對實驗結果的深層次分析，達不到以實驗配合理論教學的現狀，本文重點從實驗課程的建設目標、實施方案，實驗課程建設的特色和創新點等方面進行詳細論述。通過《電路與電子學》實驗課程建設實踐，改善了教學效果，使學生的應用實踐能力得到充分的提高。

關鍵詞：工程熱力學；教學改革；教材；教學方法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）49-0217-02

《電路與電子學》是電子電氣信息類等專業電子技術方面入門性質的專業基礎必修課程，服務于電氣自動化、電子科學與技術、電子信息與智能檢測、通信與信息系統等學科，開課面廣，學生人數多，是一門較大的技術基礎課，對實現應用型人才培養目標具有承上啟下的關鍵作用，其教學質量和水平的高低將直接對專業課程的學習和人才培養產生重大而深遠的影響。本課程的實踐性很強，實驗是該課程必不可少的一部分。由于實驗條件的限制，涉及的相關實驗大部分是驗證型的，通過現有的實驗箱和模塊完成，學生只是機械地完成實驗操作，而缺少對實驗結果的深層次分析，更得不到對創新能力的培養。另一方面由于實驗時間的局限性，實踐環節與理論教學往往脫節嚴重，達不到以實驗配合理論教學的目的。因此，針對《電路與電子學》課程的實驗課程建設是非常必要的。

一、《電路與電子學》實驗課程的建設實施

實踐教學活動的設計思想是：強調實踐教學在課程中的地位，理論與實踐并重，在教學內容和要求上理論教學與實踐教學相互銜接、逐漸深入。具體做法如下。

1.構建“基礎實驗”、“大型實驗”和“綜合提高型實驗”三個層次的實驗教學內容。基礎層次的教學包括電路基礎實驗和模電基礎實驗內容，目的是培養學生的基本實驗技能，及其基本分析和解決問題的能力，采取的教學方法是一人一組的實驗方法，保證每個學生都有動手練習的機會；大型實驗層次主要是模電大型實驗，教學目的是培養學生獨立分析處理問題的能力，鼓勵創新思維，促進知識更新，讓學生在系統分析、設計與應用上有所提高，采取的教學方法是由學生在規定范圍內自主選題，在實驗室自主完成，一人一組；綜合提高型層次開設的是電子系統設計與實踐實驗，教學目的是讓學生綜合運用前面各實驗層次所學到的專業知識和工程技能，面對較大規模的電子系統進行設計分析，培養學生自主學習、創新、系統分析、設計與應用的能力，此層次的實驗教學結合電子設計競賽等課外科技活動進行，采取的教學方法是在指導教師的輔導下，在開放式的實驗環境中，經過需求分析、資料查詢、方案論證、設計調試、測試分析等過程，完成課題。

2.根據人才培養需求，對實驗教學內容進行更新、整合和優化。為了培養具有扎實基礎理論和創新意識，并具有較強實踐能力的專業人才，根據學科發展，對實驗教學進行更新和優化設計：設計一些跨學期、跨課程的實驗項目，建立由簡單到復雜、由基礎到綜合的循序漸進的實驗教學內容體系，從而逐步培養學生動手實踐能力和創新精神。例如：在基礎層次的數電實驗環節可以進行計數器、數字鐘等基于MSI的驗證和設計性實驗，在數電大型實驗中可以讓學生進行基于VHDL的QuatusII數字鐘設計，并下載于FPGA芯片，使學生對SOC有最基本的認識，在綜合提高型實驗中又可以讓學生用單片機系統完成同樣的設計。又例如：在數電大型實驗中可以進行基于VHDL和FPGA的交通燈控制器設計，在提高層次的單片機實驗中可以開設同樣的實驗，讓學生對基于不同硬件設施的設計有更深的感受。類似的實驗還有智力競賽搶答電路等。

3.充分利用先進技術和科研成果，建設符合電子信息時代要求的實驗教學環節。①轉變電子電路的設計思想和設計方法，將以搭試、焊接為主的傳統實驗方法過渡為以系統設計、仿真和系統實現為主，將先進的EDA技術引入傳統的模電實驗教學過程，強化EDA技能訓練和工程意識培養。目前課程選擇Multisim、QuartusⅡ、Nios II IDE等軟件來組建EDA公共實驗平臺，構建軟件仿真和硬件實驗并重的電子技術課程實驗教學新模式。Multisim電路仿真軟件主要應用于模擬電子技術、數字電子技術、網上虛擬實驗、模電大型實驗等實驗的教學環節，MAX+PlusⅡ、Quartus Ⅱ應用于數字電路大型實驗和提高層次實驗環節。②用信息化教學手段為提高教學質量提供基礎。建立電路與電子學實驗教學網站，提供實驗的教學大綱、授課計劃、課件、實驗儀器使用幫助信息等實驗教學材料，學生可以通過網絡進行實驗內容的預習，并可下載實驗內容和相關應用軟件，實驗報告可以通過網站提交，教師可以進行網上在線實驗報告批改、成績統計，為學生的課外學習提供了很好的網絡課堂，從而使實驗室在時間和空間上得到有效拓展。

二、課程建成后的主要特色和創新點

1.將課程經典內容與現代技術有機結合，將EDA技術融入課程教學全過程，使理論教學和實踐教學效果都得到有效提高。將EDA仿真技術作為一種教學輔助手段引入到實驗教學中，能夠實現依靠手工調試的傳統數字電路設計方法向現代數字系統設計方法轉變。較好地突破了教學中的重點和難點，激發了學生學習的興趣，鞏固和加深了對理論知識的掌握，從而提高理論教學和實踐教學效果。

2.對實驗教學內容進行整合和更新，開設跨學期、跨課程的實驗項目，建立由簡單到復雜、由基礎到綜合的循序漸進的實驗教學體系。根據人才培養和學科發展需求，對實驗教學內容進行不斷更新和優化。從學生認知的實際過程出發，建立從“基礎實驗”到“綜合提高型實驗”的層次化實驗教學體系。首先從較為簡單的實驗開始，激發學生的學習興趣，建立學習信心。然后逐漸提高實驗的難度和綜合程度，通過實驗，使學生的實踐動手能力得到不斷提高。

3.將課程教學與學生創新意識的培養相結合，利用科研和教學研究成果，加強學生的綜合能力的培養。充分重視學生創新意識的培養。通過將教師的科學研究和教學研究成果融入課程的實驗環節，讓學生深刻認識到科學研究對學科發展起到的推動作用，領會科研創新的精髓，從而激發學生的創新意識，鼓勵學生用創新的思維解決問題，不斷提高綜合能力和素養。

通過對課程實驗的改革與實踐，激發了學生學習興趣，提高了學生的動手能力與實際技能，同時學生對于實驗儀器的使用、電路調試與排故、實驗報告和實驗記錄的撰寫能力也得到較大的提高。使學生較早地參與科學研究和社會、生產實踐，普遍提高大學生的人文素質、科學素質、創新精神和創業、實踐能力，有利于增強社會競爭能力和提高就業率。

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