電工技術(shù)與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

王香婷，劉 濤，張曉春，徐瑞東

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)信息與電子工程學(xué)院，江蘇徐州 221116）

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是現(xiàn)代教學(xué)體系中不可缺少的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的重要手段和必要途徑［1］?！半姽ぜ夹g(shù)與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”是面向高等工科院校非電類專業(yè)學(xué)生開設(shè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程。多年來，中國(guó)礦大電工電子課程組以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，在傳授知識(shí)、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)、協(xié)調(diào)發(fā)展的教育過程中，強(qiáng)化了以能力培養(yǎng)為核心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，創(chuàng)建有利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，在深入開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與建設(shè)中，取得豐碩成果。

1 構(gòu)建課內(nèi)外一體的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

課程組在總結(jié)多年教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)及成果的基礎(chǔ)上根據(jù)該課程的基本要求和“寬基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”的人才培養(yǎng)原則，以學(xué)生能力培養(yǎng)為核心，構(gòu)建了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層、提高設(shè)計(jì)層、綜合應(yīng)用層、研究創(chuàng)新層的“四層面”、課內(nèi)外一體的開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

（1）基礎(chǔ)層實(shí)驗(yàn)。主要為常用電子儀器儀表的使用、基本理論和基本原理的驗(yàn)證、基本單元電路的搭建和參數(shù)測(cè)試等［2］。該層面注重培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)方法。

（2）提高設(shè)計(jì)層實(shí)驗(yàn)。主要針對(duì)課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)提出設(shè)計(jì)要求，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，擬定實(shí)驗(yàn)步驟并完成實(shí)驗(yàn)。如交通燈可編程控制系統(tǒng)、組合邏輯電路的設(shè)計(jì)等。該層面注重培養(yǎng)學(xué)生的基本工程素質(zhì)。

（3）綜合應(yīng)用層實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容偏重于應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)，側(cè)重于對(duì)課程理論知識(shí)的綜合應(yīng)用，是多知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容的融會(huì)貫通，如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、波形發(fā)生器等電路的設(shè)計(jì)。該層面注重培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力以及工程設(shè)計(jì)能力。

（4）研究創(chuàng)新層實(shí)驗(yàn)。主要針對(duì)學(xué)有余力的優(yōu)秀學(xué)生，開展各類大學(xué)生創(chuàng)新研究性實(shí)驗(yàn)、科學(xué)研究課題以及各類科技創(chuàng)新與科技競(jìng)賽活動(dòng)等。該層面以訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)研究的思維方法、培養(yǎng)科學(xué)研究能力和創(chuàng)新意識(shí)為目標(biāo)，注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新研學(xué)的綜合能力。

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系充分發(fā)揮學(xué)生的個(gè)性，在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，突出培養(yǎng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的融匯貫通，讓學(xué)生提出問題、分析問題、獨(dú)立地設(shè)計(jì)與解決問題，逐步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

2 深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

2.1 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

①優(yōu)化基礎(chǔ)層實(shí)驗(yàn)：每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中增設(shè)提高性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生在規(guī)定時(shí)間完成指定實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，可選作提高性實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更加充實(shí)，滿足不同層次學(xué)生的求知欲望［3］；②增強(qiáng)提高設(shè)計(jì)層實(shí)驗(yàn)：為強(qiáng)化學(xué)科知識(shí)融會(huì)貫通，設(shè)置了數(shù)字鐘電路、籃球競(jìng)賽24s計(jì)時(shí)器、數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、彩燈控制電路設(shè)計(jì)等提高設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)［4］；③自選綜合應(yīng)用層實(shí)驗(yàn)：學(xué)生可自行選擇相關(guān)項(xiàng)目或自擬題目，根據(jù)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和要求，制定實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)方案，教師審核方案，并進(jìn)行相關(guān)指導(dǎo)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)后，以論文形式提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告［5］；④開發(fā)創(chuàng)新層實(shí)驗(yàn)：對(duì)于這一層面的實(shí)驗(yàn)，課程組作了很多的研究和探索來培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力［6］，僅2011年，課程組教師獲得學(xué)校開放基金項(xiàng)目15項(xiàng)，選題包括線性穩(wěn)壓電源電路、電池電量檢測(cè)報(bào)警電路、小功率開關(guān)電源、精密整流電路、交通燈控制器、憶阻器組成的超混沌電路、簡(jiǎn)易紅外線防盜報(bào)警器電路、多功能信號(hào)發(fā)生器、溫度控制電路等，學(xué)生通過這種研究創(chuàng)新層實(shí)驗(yàn)的鍛煉，激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)，提高實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，取得實(shí)效。

課程組還開設(shè)了“電子創(chuàng)新與實(shí)踐”等選修課程，開展各類學(xué)科競(jìng)賽培訓(xùn)和各類學(xué)術(shù)講座等。在組織和指導(dǎo)學(xué)生參加“全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽”等學(xué)科競(jìng)賽中，我校的學(xué)生取得了可喜的成績(jī)。

在教學(xué)模式和教學(xué)方法的改革中，我們堅(jiān)持以學(xué)生為本的理念，注重從驗(yàn)證式教學(xué)模式向探究式教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，通過各種形式啟發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)并指導(dǎo)他們進(jìn)行創(chuàng)新性思維［7－8］。

2.2 實(shí)施“虛實(shí)結(jié)合”、“軟硬兼施”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段

課題組將EDA（electronic design automation）技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，該技術(shù)可以使學(xué)生在計(jì)算機(jī)上利用EWB、Multisim、Protues、Matlab 等仿真軟件完成電路的功能設(shè)計(jì)、性能分析、時(shí)序測(cè)試、程序編制和調(diào)試等。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們要求學(xué)生在完成實(shí)物實(shí)驗(yàn)之前，需首先對(duì)實(shí)驗(yàn)電路和設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真，對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行系統(tǒng)的分析與調(diào)試，得到正確結(jié)果后再進(jìn)行硬件電路的實(shí)驗(yàn)。仿真軟件為電路設(shè)計(jì)提供了多種分析方法，拓展了實(shí)驗(yàn)的深度和廣度，為硬件電路的實(shí)現(xiàn)提供了正確的理論依據(jù)和設(shè)計(jì)方案，使課程實(shí)驗(yàn)朝著“方案設(shè)計(jì)—軟件仿真—電路設(shè)計(jì)與制作—系統(tǒng)調(diào)試”這一工程實(shí)踐的流程發(fā)展［9］。通過這種“虛實(shí)結(jié)合”、“軟硬兼施”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，著力培養(yǎng)學(xué)生電子綜合設(shè)計(jì)能力和工程實(shí)踐技能。

2.3 實(shí)施開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)

2001年，課程組自行研發(fā)了“電工電子技術(shù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)”，該系統(tǒng)的建立，實(shí)現(xiàn)了時(shí)間、內(nèi)容、場(chǎng)地的全方位開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)。學(xué)生通過我校該課程在系統(tǒng)選擇實(shí)驗(yàn)、查詢成績(jī)、瀏覽相關(guān)課程信息及網(wǎng)絡(luò)資源；教師通過該系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全過程實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息化管理。實(shí)踐表明，開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，促使學(xué)生克服了依賴教師的心理，培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，對(duì)創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)起到了很好的促進(jìn)作用。

2.4 采取多元化實(shí)驗(yàn)考核方式

完善學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)制度是電工技術(shù)與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革的有效手段。對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程課內(nèi)實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定，我們以平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)占30%、綜合實(shí)驗(yàn)占20%、實(shí)驗(yàn)操作考試占50%相結(jié)合，綜合評(píng)價(jià)學(xué)生成績(jī)。

平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定主要采取實(shí)驗(yàn)全過程的評(píng)價(jià)方法，即實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)占20%（教師課前檢查），實(shí)驗(yàn)操作過程占50%（教師現(xiàn)場(chǎng)記載），實(shí)驗(yàn)報(bào)告占30%（教師課后評(píng)閱）。綜合實(shí)驗(yàn)評(píng)分包括實(shí)驗(yàn)課題方案設(shè)計(jì)和原理電路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)完成情況及實(shí)驗(yàn)過程中分析問題和解決問題的能力、總結(jié)報(bào)告的撰寫等3方面。在實(shí)驗(yàn)操作考試中，主要考核學(xué)生在電路設(shè)計(jì)、接線調(diào)試、儀器設(shè)備使用、數(shù)據(jù)測(cè)試、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析等方面的能力。

3 開發(fā)優(yōu)質(zhì)立體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源

3.1 編寫實(shí)驗(yàn)教材

2009年，在實(shí)驗(yàn)講義基礎(chǔ)上，結(jié)合多年實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐，從培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力出發(fā)，課程組教師主編出版了《電工技術(shù)與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)》教材（高等教育出版社）。該教材在內(nèi)容安排上循序漸進(jìn)，緊跟新技術(shù)的發(fā)展，將EDA 技術(shù)、可編程控制器技術(shù)等與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，按基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)分層次設(shè)置，以滿足現(xiàn)代寬口徑人才培養(yǎng)的需要和不同非電類專業(yè)的需求，并大幅度更新了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使綜合性、設(shè)計(jì)性和自主性實(shí)驗(yàn)時(shí)數(shù)占實(shí)驗(yàn)教學(xué)總時(shí)數(shù)的50%以上。

3.2 研發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)多媒體課件

課程組還研發(fā)了與實(shí)驗(yàn)教材配套的教學(xué)課件。課件形象地反映了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)內(nèi)容，同時(shí)將實(shí)驗(yàn)設(shè)備的介紹、實(shí)驗(yàn)儀器和元器件的使用以及仿真軟件的操作等直觀地展示給學(xué)生，改變了原來的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，也提升了《電工技術(shù)與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)》教材的品質(zhì)。

3.3 研發(fā)優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源

為拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)空間，課程組還自主研發(fā)了“電工技術(shù)與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)”。該系統(tǒng)包括實(shí)驗(yàn)課程簡(jiǎn)介、實(shí)驗(yàn)大綱、實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件、實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫演示課件、EWB仿真演示課件、儀器使用、元器件介紹等模塊。學(xué)生通過該網(wǎng)站可以預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，通過仿真實(shí)驗(yàn)演示可以了解實(shí)驗(yàn)的原理和實(shí)驗(yàn)的操作，大大提高了預(yù)習(xí)效果。教師們還制作了具有交互性的實(shí)驗(yàn)演示及常用儀器設(shè)備動(dòng)畫教學(xué)課件，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫演示課件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M訓(xùn)練，熟悉相關(guān)儀器儀表的使用，減少在實(shí)驗(yàn)中的誤操作，提高實(shí)驗(yàn)效率和效果。

實(shí)驗(yàn)教材、實(shí)驗(yàn)課件以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)站的立體化建設(shè)，極大地的提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性，為學(xué)生實(shí)驗(yàn)提供了全方位的立體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。

4 建立開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)大平臺(tái)

在學(xué)?！昂侠聿季帧?yōu)化配置、資源共享、提高效率”的原則下，校主管部門采用“捆綁式”和“打通共建”的建設(shè)思路［10］，對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行歸并和調(diào)整，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的整合和共享。我們學(xué)院的電工模電實(shí)驗(yàn)室和數(shù)電實(shí)驗(yàn)室歸并整合為3個(gè)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，更新了儀器設(shè)備，購(gòu)置了計(jì)算機(jī)等，使實(shí)驗(yàn)室能“一室多用”、“分時(shí)復(fù)用”；同時(shí)還新建了面積為270m2的電工電機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)室，課程組教師為該綜合實(shí)驗(yàn)室自行設(shè)計(jì)了38套電工電機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，可開出直流電路、單相交流電路、三相交流電路、電動(dòng)機(jī)及繼電接觸控制等多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。新建proteus仿真實(shí)驗(yàn)室、表面貼實(shí)驗(yàn)室等，與ALTERA 公司、TI公司、西門子公司等國(guó)內(nèi)外著名企業(yè)聯(lián)合建立了SOPC 聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、Xilinx聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室等，這些實(shí)驗(yàn)室涵蓋了當(dāng)前電子信息技術(shù)的新領(lǐng)域，做到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及其實(shí)驗(yàn)技術(shù)與當(dāng)前新技術(shù)同步更新，拓展了大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新基地，為“個(gè)性化”人才培養(yǎng)提供了創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)境，同時(shí)也為廣大教師構(gòu)建了從事科學(xué)研究的大平臺(tái)［11］。開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)大平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)見圖1。

5 教學(xué)效果及應(yīng)用

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的“電工技術(shù)與電子技術(shù)”課程于2009年被評(píng)為國(guó)家精品課程，獨(dú)立設(shè)課的“電工技術(shù)與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”2009年被評(píng)為校級(jí)精品課程。《電工技術(shù)與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)》教材2011年被評(píng)為江蘇省精品教材。這些實(shí)驗(yàn)教材和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件每年在我校近30個(gè)專業(yè)、100多個(gè)班級(jí)、3 000多名學(xué)生中使用。學(xué)生普遍反映教材分層次設(shè)置基礎(chǔ)型、設(shè)計(jì)型、綜合型以及仿真實(shí)驗(yàn)等，體現(xiàn)了因材施教、突出了實(shí)踐能力培養(yǎng)，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣及參與實(shí)驗(yàn)的積極性，收到了良好的效果。

圖1 開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)大平臺(tái)

課程組通過立項(xiàng)研發(fā)了集模電和數(shù)電實(shí)驗(yàn)一體的模電數(shù)電實(shí)驗(yàn)裝置105 套、“電工綜合實(shí)訓(xùn)裝置”12套，全部應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，2007年、2011年分別獲校自制儀器設(shè)備一等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)。值得一提的是，課程組教師們利用假期時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)室原有要報(bào)廢的36臺(tái)電工實(shí)驗(yàn)裝置，自己動(dòng)手進(jìn)行了改裝，使原準(zhǔn)備報(bào)廢的實(shí)驗(yàn)裝置得到了重新利用，既節(jié)約了資金，又將相關(guān)實(shí)驗(yàn)組數(shù)擴(kuò)充到74組，滿足了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求。

本課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)站于2001年開通，為學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課后學(xué)習(xí)提供了豐富的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，并已鏈接到國(guó)家級(jí)精品課程網(wǎng)站，免費(fèi)開放，被廣泛瀏覽。

6 結(jié)束語

電工技術(shù)與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程依托“國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，通過多年的建設(shè)和豐厚的歷史積累，不斷改革與創(chuàng)新，在教學(xué)理念、教學(xué)隊(duì)伍、教學(xué)條件、教學(xué)方法與手段、課程的信息化建設(shè)［12］等方面取得了良好成績(jī)，并形成了自身特色，得到校內(nèi)外同行專家的肯定，產(chǎn)生了良好的示范輻射作用。

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［1］雷瑞庭，宋躍，李儀，等.電工實(shí)訓(xùn)實(shí)踐教學(xué)改革探索［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，27（10）：151－152.

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