虛實結合的開放式電類實驗教學模式研究

楊蕊 楊蒙 任繼紅 郭海燕

摘 ? 要：針對我校電工電子實驗中心的現狀和不足，對實驗教學進行如下改革：優化教學體系、整合教學內容，引入仿真教學，研發高質量教學資源，探索虛實結合的開放式電類實驗教學模式。實踐表明，新的教學模式可以促進教學水平的提高，培養學生的實踐創新能力，提高高校實驗室在人才培養中的作用。

關鍵詞：虛實結合 ?開放教學模式 ?創新能力

中圖分類號：G642.0 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（a）-0192-02

實驗教學是培養學生實踐能力和創新能力的重要手段[1]。電類實驗作為理工科學生必修的一門專業基礎實驗，具有很強的理論性、實踐性和工程性。然而，由于電工電子技術更新快，教育投資有限，難以建立與時俱進的電類實驗教學硬件環境;并且在傳統的實驗教學模式下，學生只能根據實驗步驟被動地完成實驗，幾乎沒有主動思考，這必然會影響學生創新能力的培養[2]。因此，建設一個虛實結合的開放式電類實驗教學模式是培養學生創新能力和實踐精神的基本條件。

1 ?電工電子實驗中心現狀

電工電子實驗中心承擔著我校7個學院27個專業的《電工電子技術實驗》和《模擬及數字電子實驗》。2017年，我校草堂校區電工電子實驗中心正式投入使用，更新了實驗設備，擴大了教學規模，給實驗教學帶來很大便捷，但教學模式上仍然以傳統封閉式教學為主，存在以幾下方面問題：

（1）實驗教學以課堂教學為主，大大降低了學生主動參與實驗的興趣;實驗項目以驗證性的經典實驗為主，教學內容缺少更新，與實際脫軌。

（2）我校現有兩個校區，會出現跨校區授課的情況，這給實驗教學帶來諸多不便。

（3）學生的課程設計和畢業設計多以軟件為主，少有做硬件電路的，缺乏對學生實踐操作能力的培養。

（4）“大學生電子設計大賽”、“飛思卡爾”等學科競賽對學生的動手能力和創新能力都有很大的鍛煉，但是缺少場地和設備，我院鮮有人參加。

為了改善我校現狀，本文提出了虛實結合的開放式電類實驗教學模式。開放式實驗教學模式，讓學生不再拘泥于課堂教學，隨時隨地進行學習，提高了設備的使用率，解決了專業選修和跨校區授課等問題，為課程設計、畢業設計以及學科競賽提供基礎保障;虛實結合的教學模式，能夠鍛煉學生理論聯系實際的能力，提高學生工程實踐和科研開發的能力。

2 ?深化實驗教學改革

為了提高學生的實踐精神和創新能力，提出了虛實結合的開放式電類實驗教學模式。通過建設多層次、模塊化的實驗教學體系，改革實驗教學內容，豐富實驗教學方法，構建虛擬仿真實驗教學平臺，多樣化實驗教學手段，增強實驗教學在培養創新型人才中的作用[3]。

2.1 開放式實驗教學體系構建

突破傳統實驗教學模式，按照內容的難易、掌握的技能以及實現的手段，將開放式實驗教學體系分為4個層次、4個模塊以及5個結合，如圖1所示，給不同專業、不同基礎、不同需求的學生提供更多的選擇[4]。

2.2 整合優化實驗內容

根據開放式實驗教學體系，對實驗內容進行深化改革，將實驗內容整合為基礎驗證性實驗、綜合設計性實驗、學科競賽性實驗和創新研究性實驗，以滿足不同學生的需求，達到因材施教的目的[5]。

（1）基礎驗證性實驗以經典驗證性實驗為主，主要面向學生普及電類基礎知識。如常用電類儀器儀表的使用，基本元器件的用法，電路的連接和焊接能力，解決電路故障的能力等[6]。

（2）綜合設計性實驗針對簡單的實際問題，讓學生學習工作原理，從電路設計、制作、焊接、調試，完成一個系統的設計過程。

（3）學科競賽性實驗可以將比賽內容轉化為開放的實驗內容，例如大學生電子設計大賽、挑戰杯、飛思卡爾等學科競賽，比賽內容具有前瞻性，能使學生接觸到前沿的知識。

（4）創新研究性實驗可以包括老師科研項目的子課題、學生感興趣并且具有研究價值的內容、有專業特色的課題、“校企合作”引進的內容等。

2.3 “虛實結合”的實驗教學手段

實驗室現有設備能完成的實驗內容比較固定，學生無法自主進行電路的設計和搭建，不利于學生創新能力的培養。我們把傳統硬件實驗和軟件仿真結合起來，構建虛實結合的教學方式，讓學生在計算機仿真環境中開展實驗，既節約成本又安全，還能加深對實驗的理解。

將Multisim、Protues等仿真軟件引入實驗教學，仿真軟件為硬件電路的實現提供了理論依據和設計方案，學生可以通過仿真軟件完成電路的功能設計、性能分析、程序編制和調試等。通過虛實結合的教學方法，既能打破時間空間的限制，又能訓練學生的電子線路開發能力。

3 ?研發優質實驗教學資源

3.1 編寫實驗教材

經過多年的實驗教學改革實踐，課題組老師主編出版了“十二五”規劃教材《電工電子技術實驗及實訓教程》。為適應現代人才培養的需要，教材內容安排上逐步推進，集傳統實驗、PLC技術，仿真實驗為一體，提升了設計性、研究性實驗的比例，使實驗內容緊跟技術的發展。實驗教材已在我校使用了4年，學生反響良好。

3.2 研發實驗教學課件及視頻

課題組研發了與實驗教材配套的教學課件和操作視頻。實驗課件直觀的介紹了實驗原理、強調了實驗重點和注意事項;操作視頻介紹了實驗設備、儀器儀表和元器件的使用，直觀的演示了仿真軟件的操作以及實驗的操作過程。

3.3 研發自制儀器

2015年，課題組研發了64套“模電與數電實驗裝置”，如圖2（a）所示，能夠實現模電和數電的本科實驗教學。2016年，課題組研發了4套“電氣控制綜合實驗裝置”，如圖2（b）所示，能夠通過手動控制、觸摸屏控制、APP控制以及遠程遙控控制，實現電機的正轉、反轉、工頻運行、變頻運行、連續運行以及間斷運行等。

兩套裝置均已應用于實驗教學，并且在2016年及2017年分別獲得校級自制儀器項目一等獎。

4 ?結語

通過不斷的改革與創新，本次電類實驗教學模式改革已在我校15級、16級學生中進行了實踐。結果表明，虛實結合的開放式實驗教學模式更有利于學生的成長，更有助于創新型人才的培養。我校學生參加電類項目和競賽的熱情空前高漲，并在電子設計大賽、智能車大賽、機器人大賽等比賽中取得不錯的成績。

參考文獻

[1] 王香婷，劉濤，張曉春，等.電工技術與電子技術實驗教學改革[J].實驗技術與管理，2013，30（4）：112-115.

[2] 陳巖，高先池，楊桂朋.大學生開放實驗教學的探討[J].實驗科學與技術，2012，10（3）：138-140.

[3] 李翠超，凌芳.虛實結合的虛擬仿真技術在工程訓練中的應用[J].實驗室科學，2015，18（2）：128-131.

[4] 蔣力立，彭端，杜宇上，等.電工電子分級分類實驗教學模式研究與實踐[J].實驗技術與管理，2016，33（5）：201-204.

[5] 韓紹程，羅長杰.基于CDIO工程教育理念的電類基礎實驗教學改革探索[J].實驗室科學，2011，14（4）：46-47，50.

[6] 郝彥爽，魯億方，韓守梅.非電類專業的電子技術實驗教學改革[J].實驗技術與管理，2018，35（1）：238-240.