“層次化”電工電子實驗教學的改進

杜宇上+徐小明

[摘 要]“層次化”電工電子實驗教學是國內高校電工電子實驗教學的主要特點之一，但存在不足之處。“層次化”實驗課在“層次化”的教學模式中需要對學生采用漸進式地啟發方法，其教學模式改進的方法包括必修課與選修課相結合；漸進式啟發學生操作探索。使學生能夠在較為薄弱的基礎上逐步地培養實踐能力。

[關鍵詞]電工電子實驗；實驗教學；層次化教學

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）04-0093-02

一、“層次化”電工電子實驗教學現狀分析

電工電子實驗是高校本科工科專業重要的基礎課程。國內許多高校對電工電子實驗課程進行了教學改革和研究，取得了不少的成果[1-4]。采用“層次化”的實驗教學模式是國內高校電工電子實驗教學的主要特點之一，即，通過建立多層次的實驗內容，劃分出基礎層、提高層和開發層三級臺階式教學模式，讓學生從基礎學起，逐步進行能力培養。但由于傳統教學理念的影響，在實際的教學中仍存在不足之處[5]。常見的有：學時數不足，采用“開處方”的方式布置應用設計任務，實驗中缺少對學生的啟發。

二、“層次化”電工電子實驗教學的改進方法

針對上述教學中的不足，在已有基礎層、提高層和開發層三級臺階式教學模式的基礎上做了教學策略的調整。

（一）必修課與選修課相結合

通常每次實驗項目安排為2個學時。由于很多實驗原理內容抽象，學生因知識背景薄弱，難以在短時間內理解，同時，由于以往所接受的應試教育，對實踐操作環節也不能很快熟悉，因此很難在2個學時的教學中完成“基礎層、提高層和開發層”的實驗任務。

通過開設一系列的電工電子實驗選修課，拓展學生在電工電子實驗方面的操作能力和工程視野。因此，將基礎層和提高層的實驗教學內容安排在電工電子實驗必修課程中進行，而開發層的實驗教學內容安排在電工電子實驗選修課程中進行，從而彌補學時數不足的缺陷。

（二）漸進式啟發學生操作探索

現代教學論認為學習過程主要是人的認知思維活動的主動建構過程，強調教師教學過程中創設情景和啟發引導，教師可以將教學內容與學生已有認知結構之間建立清晰穩定的聯系，為進一步學習提供“腳手架”。因此，在基礎層環節中，提供現成的實驗方案，要求學生在操作中體會實驗原理；在提高層的環節中，在已有的基礎層方案基礎上，啟發學生對原有方案進行修改，實現電路功能的拓展，加深原理地掌握和理解；在開發層的環節中，要求學生在基礎層和提高層的實驗操作的基礎上，自行設計實驗方案，自主實現自己預期的電路功能，達到運用原理的學習目的。

三、“層次化”電工電子實驗教學改進示例

數字電路實驗項目是電工電子實驗課程的重要組成內容。近年來，隨著社會工程領域中FPGA設計應用的普及，電工電子實驗課程也引入了采用硬件描述語言進行數字電路實驗的項目內容。然而，在教學中發現，由于電工電子實驗課程在低年級開設，學生因未深入接觸專業知識，很多學生往往對實驗內容中的代碼不能充分地理解，只是囫圇吞棗地完成實驗項目中基礎驗證性任務，達不到培養工程能力的效果。因此需要教師以基本原理知識為基礎，逐步地啟發學生，使學生在實踐中經歷原理驗證、加深掌握、自主設計應用的學習過程。

現在以基于VHDL編程的《LED數碼管驅動顯示》為例[6]，說明對“層次化”實驗教學模式的改進方法。

（一）基礎層實驗內容

基礎層實驗內容在于讓學生理解和驗證LED數碼管驅動顯示基本的實驗原理。

首先向學生介紹了7段LED數碼管的結構原理，以及LED數碼管顯示數字的原理，特別是動態顯示的原理和方法。

接下來，呈現出VHDL代碼，介紹VHDL程序的結構、有關語法，并且結合代碼以及實驗室所使用的實驗箱，介紹實現LED數碼管驅動顯示的具體方法。表1所示為教學講解的代碼，以實現實驗箱上1個LED數碼管顯示某一個數字。

然后，要求學生由提供的代碼，先在QuartusII的平臺上進行代碼編寫、編譯、引腳定義和下載，觀察實驗現象，理解LED數碼管驅動顯示實驗原理。在此基礎上，要求學生修改代碼，更改實驗箱上的LED數碼管顯示的數字或LED數碼管顯示的位置，從而鞏固對LED數碼管驅動顯示基本原理的理解。

（二）提高層實驗內容

提高層實驗通過啟發學生修改LED數碼管驅動顯示的效果，促進學生對VHDL編程和LED數碼管驅動顯示原理的進一步理解和掌握。表2所示為提供給學生參考的部分代碼內容，以實現3個LED數碼管輪流顯示的效果。

（三）開發層實驗內容

開發層實驗是在重新開設的選修實驗課中，學生在基礎層和提高層實驗內容的基礎上，自行修改實驗代碼，自主設計LED數碼管顯示的樣式。為了讓學生能順利地完成設計效果，在教學中會提供部分的代碼（如表3所示）供學生參考，啟發學生在此基礎上進行代碼的修改。

由于實驗箱上含有8個LED數碼管，很多學生在自行設計時將表3所示的代碼，由控制3個LED數碼管修改為控制8個LED數碼管，并且不局限于顯示傳統的數字或字母，于是出現了如呈現多個花樣的“爬行的小蟲”等一系列的設計方案。通過開發層實驗內容的練習，促進學生自主地實踐探索學習，培養了學生對VHDL編程的應用能力。

四、結語

電工電子實驗教學中采用“層次化”的教學模式有助于促進學生學習，提高學生的工程實踐能力。但是在教學實踐中需要考慮到電工電子實驗課程面對的是大學低年級的學生，因此需要利用必修課和選修課的結合，使實驗學習時間更加充裕；在“層次化”的教學模式中需要對學生采用漸進式地啟發方法，使學生能夠在較為薄弱的基礎上逐步地培養實踐能力。通過對“層次化”教學模式的改進，獲得了學生的好評，提高了電工電子實驗的教學效果，使學生為后續課程學習打下了良好的基礎。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 李建霞，等.構建綜合一體化電工電子實驗教學體系[J].教學研究，2014（1）：95-97.

[2] 趙怡.項目教學在電子信息專業實驗教學中的探討[J].電氣電子教學學報，2013（5）：115-117.

[3] 化曉茜，等.改革電工電子實驗教學，培養學生的創新能力[J].實驗室研究與探索，2011（6）：151-153.

[4] 劉琳，等.電工電子實驗教學改革探討[J].實驗科學與技術，2010（5）：103-104.

[5] 余仕求.非電類專業《電工學》實驗教學改革探討[J].長江大學學報（自然科學版），2013（31）：165-166.

[6] 彭端.電工與電子技術實驗教程[M].武漢：武漢大學出版社，2011：247-255.

[責任編輯：張 雷]