《電工電子技術基礎》課程實驗教學新模式探討

丁巖松　周燕　王曉麗

摘 要：通過對《電工電子技術基礎》課程實驗教學過程中遇到問題的分析，依據課程標準，借助Multisim電路仿真軟件，將各個知識點按照難易程度分層，分別采用不同的實驗方式，提出了驗證性、研究性、設計性“三性并舉”的實驗教學新模式。實踐表明，該教學模式提高了《電工電子技術基礎》實驗授課質量，開拓了學生創新思維能力。

關鍵詞：三性并舉;驗證性;研究性;設計性

1 《電工電子技術基礎》課程特點

《電工電子技術基礎》是高等工科院校電氣類、自控類和電子類專業在電子技術方面的專業基礎課，在打牢工程技術理論基礎、培養科技素養等方面起重要的理論支撐作用，在整個電類各專業的課程體系中起著承前啟后的重要作用?！袄碚搰乐敗薄ⅰ皟热葚S富”、“系統性強”是本課程的三大特點。由于其“概念多”、“定理多”、“習題多”、“課時少”、“知識點散”，大部分學生很難僅僅依靠課堂教學就能靈活運用所學知識。這就需要在理論講授的同時充分發揮實驗教學的作用，電路實驗是電路理論課程教學的一個重要環節，也是電類專業學生接觸的第一門電學實驗課。因此，上好電路實驗課不僅可以訓練學生的基本實驗技能，培養學生的動手能力、獨立分析及解決問題能力、創新能力和理論聯系實際能力，而且也能為后續電類課程的學習奠定一個良好的基礎。

2 實驗教學中存在的問題

目前，學生在實驗課上接觸到的電路實驗以驗證性實驗為主，雖說這些實驗內容也是經過精心設計的，但缺乏對實驗進行分析設計的過程，以及獨立進行實驗操作和實驗結果處理等綜合實驗能力的培養。

3 “三性并舉”實驗教學模式的探索

驗證性實驗和研究性實驗都可以借助Multisim電路仿真軟件來完成[1]，而設計性實驗要通過具體的實物器材來完成。三種實驗在《電路》課程實驗教學中都必不可少，具體要根據不同的知識點選擇適合的實驗，如表1所示。

集成運算放大器穩壓電源 教師指定實驗內容，學生在規定時間內完成。借助Multisim仿真軟件，通過仿真引導學生觀察和分析實驗現象，得出結論。 運用已有知識對理論學習中涉及的某些現象和結果進行驗證。

研究性

實驗 一階RC電路

功率因數的提高

諧振和選頻特性

表決器

搶答器 教師提供幾個備選題目，學生可以在里面選也可自定。查找相關資料、制訂方案獨立完成。

使學生有學以致用的成就感，提高了學習興趣和實驗效果。讓學生在實踐中感悟、體察理論知識的重要性。

設計性

實驗 三相功率的測量、

編碼譯碼及顯示

555定時器 教師指定題目，學生來獨立設計。自擬實驗方案，準備數據表格，完成實驗現象的觀測與分析處理 培養學生獨立動手能力和良好科學素養

3.1 驗證性實驗

《電工電子技術基礎》課程“定理多”、“分析方法多”，需要實驗驗證，因此，驗證性實驗必不可少。借助Multisim仿真軟件，通過仿真引導學生觀察和分析實驗現象，其目的是通過實驗驗證理論，加深學生對基礎理論的理解，促進學生對知識的掌握。以往的驗證性實驗一般采用實驗在理論講解之后，借助實驗對定理及分析方法內容進行驗證。我們這里將方法變化一下，先做實驗，讓學生觀察現象、分析結果，總結出定理。將這種“先有實驗，后有理論，通過實驗發現規律，歸納出理論”的授課方法稱為“導入實驗法”[2]。

以“疊加定理”為例，實驗電路如圖1所示。

（1）教師提出問題

當1A電流源和2V電壓源共同作用和分別作用時，圖（a）、圖（b）和圖（c）三個電流表指示怎樣變化？有何規律？

（2）學生總結規律

學生觀察實驗數據，歸納出疊加定理內容

（3）電路稍作改動，分析特殊情況

將圖1（a）（b）（c）中2Ω電阻支路各串聯一個正向導通的二極管（1N1202C）;

當測量2Ω電阻的功率時，將圖1（a）（b）（c）中的電流表均用瓦特表替換;

讓學生仔細觀察結果，歸納出疊加定理的適用范圍。

通過上述實驗操作，學生既歸納出疊加定理的內容，又總結出其使用的注意事項，引導學生逐步完善定理的限定條件和注意點，以得到準確的規律。相比教師枯燥的定理內容介紹，這種讓學生通過動手、觀察、思考，實現從現象到本質，從分析、綜合到歸納的導入實驗法，調動了學生的實驗積極性，同時，實驗過程也將引導學生培養自己的觀察力，發現及分析問題、綜合歸納的能力。

3.2 研究性實驗

實驗題目的選擇既要考慮學生在理論學習階段已具備的知識，又要積極引導其發揮自主學習的能力，綜合運用已有知識對理論學習中因為學時所限而未涉及的某些現象和概念進行研究[3]。

如“一階RC電路的仿真實驗與分析”。實驗電路如圖2所示。

電路由可變電阻和可變電容串聯而成，輸入信號由函數信號發生器提供，輸出響應為電容電壓，其波形由示波器顯示。

研究一：

（1）觀察電阻和電容的參數均為總值50%時的輸入輸出波形;

（2）觀察電阻和電容的參數均為總值90%時的輸入輸出波形;

（3）觀察電阻和電容的參數均為總值20%時的輸入輸出波形;

通過觀察實驗結果，幫助理解“積分電路”、“耦合電路”和“微分電路”的概念。

研究二：

將圖2中的示波器換成波特圖儀，組成圖3所示的一階RC實驗電路Ⅱ。測量電路的輸出響應電壓，得到并顯示電路的幅頻特性和相頻特性。

通過觀察實驗結果，幫助理解“高通濾波電路”和“低通濾波電路”的概念。

3.3設計性實驗

設計性能培養學生獨立動手能力和良好科學素養，它既是對學生驗證性實驗掌握情況的一種檢驗，也是對學生多方面能力培養的一項重要內容[4]。教師根據學生的具體操作和實驗報告分別給出分數，按比例計入最后考試成績[3]。

例如：在學習555定時器時，利用NE555、光敏電阻、蜂鳴器等設計光線不足報警器。這個實驗項目要求學生分析工作原理、畫電路板圖、PCB封裝圖、焊接、調試。這不僅有助于學生更生動地理解555定時器的工作原理，同時也拓展了對集成電路的應用設計能力，彌補傳統的驗證性實驗的不足，激發學生的求知欲，拓寬知識面都有非常積極的作用。

設計實驗不是單個實驗內容的“大雜燴”，去重復做過的實驗內容，而是設計出一些能引導學生去觀測未知現象，認識未知事物的實驗。設計性實驗可以看作是“小組項目”。將學生分成若干個小組，每個小組指定一名組長，負責項目組織和分工。小組成員各司其職，大家一起討論、分析，從中找出最簡單的實驗步驟，在項目實施過程中積極配合，并寫好日志（包括實驗中遇到的難題及解決方案）。項目完成后，教師組織答辯，針對項目實施中遇到的未能解決的難題，可以進行“疑難會診”，最后，撰寫結題報告。

3 結束語

電路實驗教學通過以驗證性實驗為主，適當增加研究性、設計性實驗比重的“三性并舉”的教學模式，為學生獨立研究、獨立動手能力的提高提供所需要的時間和空間，最大限度地發揮了學生的特長及潛能，將所學的各科知識就變成一個有機整體，為實驗教學改革提供了一種新思路模式。

參考文獻

[1] 祝秋文，電工電子基礎實驗教學的探索與實踐，湖北師范學院學報（自然科學版）2008，第二期：78-79

[2] 李華東，電工電子技術基礎課程教學改革研究與實踐，教改理論，2019年6月：165

[3] 邵凱，梁燕.EDA技術與數字電路實驗教學的有機結合[J]，重慶郵電學院學報（自然科學版），2006，6：109-110

[4] 韋勝東.基于理實一體化教學模式的高職院校機械類專業《電工電子技術》課程教學改革研究與實踐[J].佳木斯教育學院學報，2013-06-15;50