分級自主實驗模式在“線性電路特性實驗”中的應用

李亞寧，王聰敏

（空軍工程大學 電子技術教研室，陜西 西安 710051）

電子技術實驗教學的現狀及存在問題一直以來都是大家討論的熱門話題，其核心在于如何改變其教學模式以提高教學效果。對于學生來說，學生對于單純的理論設計和計算很難提起興趣，他們更愿意了解所學內容能否真正地解決實際問題。教師們容易發現：同樣一個知識點，教師設計出不同的題目，使用不同的實驗教學方法，其實驗教學效果也不盡相同。然而，要找到最合適的實驗教學方法是不容易的，需要更多的教師花更多的時間去思考試驗和總結。筆者根據自己多年從事電子技術實驗教學的工作實踐，提出構建一種分級自主的實驗教學模式，即在不改變客觀實驗條件的前提下，調動學生實驗積極性，改善電子技術實驗課程及后續相關實驗課程的教學效果。分級自主實驗教學模式的實施有助于強化學生實驗技能，培養學生的綜合實驗素質和創新實驗能力。

1 實驗內容

實驗教學內容直接與教學對象相聯系，針對不同類別不同層次的學生必然有不同層次的教學內容與之對應。

“電路實驗”是空軍工程大學電類專業的第一門實驗課，而“線性電路特性實驗”則是整個實驗體系的一次入門課，對于學生來說，掌握儀器儀表的使用方法以及對本次實驗的熟練操作同等重要。

本次實驗內容分為兩部分。（1）課外：自主學習掌握儀器儀表的使用方法，自主學習實驗原理。（2）課堂：搭建實驗電路對實驗原理進行驗證。

基礎部分：（1）驗證疊加原理，至少含有兩個獨立源。（2）驗證戴維南定理，至少含有一個獨立源。（3）選擇合適的實驗室提供的儀器儀表測量參數，填入表格。（4）根據本次實驗相關知識，自行設計實驗方案對戴維南定理進行驗證。

提高部分：（1）設計實驗電路并驗證最大功率傳輸定理。（2）非線性電路疊加原理的驗證。

根據教學對象的不同，實驗內容的完成要求有所不同。（1）對于技術類學員：完成基礎部分、提高部分（可以自行選擇）。（2）對于士兵類學員：完成基礎部分，提高部分不作要求[1]。

2 實驗過程及要求

課外預習實踐：（1）閱讀實驗室提供的相關儀器設備的使用說明，掌握其使用方法。（2）理解實驗原理，知道等效電阻、開路電壓的意義。（3）理解實驗內容及任務要求，查閱教材及相關資料，設計實驗電路及相關參數。（4）使用Multisim軟件提前仿真實驗內容基礎部分，記錄相關數據。

課堂實踐操作：（1）根據預習，選擇合適的儀器設備及測量方法，按照步驟完成實驗。（2）關注理論分析值、仿真值及實際測量值之間的差異；根據實驗情況，積極回答提出的問題，進行課堂討論。

課后實驗總結：（1）對實驗結果進行分析總結，提交實驗報告。（2）在線提問答疑[2]。

3 教學方法與流程

教學包括3個步驟：課前引導+課堂指導+課后答疑[3]。

3.1 課前引導

3.1.1 引導式的任務下達

公布具體實驗內容及要求，學習理論教材相關章節熟悉實驗原理，以設計需求引導學員鞏固并運用理論課所學知識，加強預習效果。

3.1.2 提供立體式教學資源自主學習

（1）儀器設備元器件說明文檔。（2）網絡答疑。著重在于相關原理部分及儀器設備使用方法等，減少課堂內固定內容的重復講解，把更多操作思考時間留給學員，培養學員閱讀文獻資料、設備說明書的能力。

3.2 課堂指導

3.2.1 采取“先動手后講解”授課方式

學員在充分預習的基礎上，上課直接動手操作，實踐過程中根據需求進行個別指導。注重引導發現問題思考問題自主解決問題。

下課前10～15 min集體開展實驗內容的討論，包括實驗中遇到的問題，實驗應該注意的問題及相關思考題。

3.2.2 因材施教，靈活指導

根據教學對象具體實踐情況開展實驗討論，如果學員基礎較好則增加討論內容及時間，如果基礎較差則適當減少。

3.2.3 強調技巧及注意事項

（1）實驗前應先查看儀器設備是否正常工作。

（2）在等效電阻測量環節，讓學生體會并理解一個實際電路不能輕易把一個電源短路或者短路，這樣不僅會給整個實際電路系統帶來危險，更重要的是會引起人身安全，從而進一步可以延伸到實際工程的相關知識。

3.3 課后答疑

布置課后思考題，引導學員對實驗結果及相關知識進行探究：（1）疊加原理、戴維南定理在什么條件下應用？（2）說明戴維南定理的驗證方法和過程？（3）戴維南定理實驗中，RO的測試方法有哪些？（4）戴維南定理實驗中，實驗箱0～12 V電壓源已用導線連接至實驗電路中12 V獨立源插孔，現在要用直接測試法測定RO，那么實驗電路中12 V獨立源如何處理？

（1）對學員課后提問進行回答，可以采取面談、網上論壇答疑等方式。（2）與學員課后交流，抽樣發放調查問卷，獲取學員反饋，進一步改進教學方式[4]。

4 實驗報告要求

實驗報告需要反映以下工作[5]。

4.1 預習內容

實驗目的和意義；實驗采用的儀器儀表設備型號；實驗原理；根據需求設計的電路圖及參數；用仿真軟件仿真的電路截圖、現象截圖、仿真數據記錄、計算分析；提高部分的實驗設計方案、電路圖、步驟、數據記錄表格等（此部分加分）。

4.2 實驗內容

實驗操作注意事項；實際測量數據與理論設計、仿真實驗的差異，分析原因。總結實驗中遇到的問題，解決方法和收獲。合理使用儀器設備查找實驗中出現的問題。總結疊加定理、戴維南定理的使用條件、應用場合等。指導書上的思考題，寫出對實驗的自我評價、心得體會及其他疑問。

5 考核要求與方法

（1）預習情況：提交預習報告，考核學員預習情況（10分）。

考核標準及考核方法：檢查學生的預習報告。預習報告中有多個方案，并進行取舍論證的3分；有設計過程并詳細計算過程的4分；有運用仿真軟件進行仿真的3分。

（2）實驗過程：現場觀察學員實踐情況。在實驗過程中進行考核（15分）。

考核標準及考核方法：電路連接美觀正確3分；按照實驗操作規程進行操作3分；測量數據正確合理3分；正確運用儀器儀表3分；正確整理實驗臺及儀器儀表3分。

（3）實驗報告：課后一周內提交，考察實驗內容的完成程度，數據記錄的規范性，數據計算的正確性，分析及結論的科學性，給出實驗報告成績（5分）。

考核標準及考核方法：滿足實驗報告要求的、書寫認真、字跡工整的5分。

（4）綜合預習情況、課堂實踐、實驗報告折算加入本項目實驗成績。

6 實驗特色或創新

相對傳統實驗，本實驗形式具有形式新穎、內容生動、主線關聯的鮮明特色：（1）根據實驗要求，學員自主設計實驗電路，增加預習主動性。（2）電路結構、參數具有自主性，增加了實驗的趣味性，也避免抄襲數據現象。（3）進階式實驗內容設計，便于根據不同教學對象提出不同要求。（4）先做后講的教學方式，更好地發揮學生主觀能動性。（5）理論聯系實際，讓學生學會把書本上的電路轉變成實際電路。（6）改變傳統驗證性實驗的手段，增加了驗證性實驗的難度。