基于“理論+仿真+實踐”電工電子技術課程教學改革的實踐

王艷紅，馮俊杰

(六盤水師范學院物理與電氣工程學院，貴州六盤水553004)

電工電子技術是高等院校非電專業一門重要的專業基礎課程[1]，學校開設的專業主要有礦物加工工程、應用物理學、化學工程與工藝、冶金工程、采礦工程、機械電子工程、能源與動力工程、土木工程、環境工程等專業。根據不同專業的人才培養方案因材施教、以夠用為基準、力爭以最少的時間學習最多的知識，電工電子技術課程安排為理論教學32 學時、40 學時、48學時、64學時，實驗教學16學時、32學時。

傳統的教學中，因受教學環境、課時量、學生基礎等因素的影響，理論課程以教師講授專業為主，學生參與度較低，且學習較枯燥，很多抽象的、復雜的內容難以清晰地用言語表達，重理論輕實踐，與社會需求人才的素養脫節[2]。

實驗課程是獨立于理論課之外的另一門課程，教學內容以驗證性實驗為主，學生通常被分為幾人一組，且只能按照老師給定的電路圖連線[3]，對于基礎一般的學生能夠滿足學習需求，但對于基礎較好且學習興趣濃厚的學生就食之無味，不能充分調動學生的積極性。

目前，大部分課程教學存在理論課與實驗課是分離的情況[4]，出現理論課與實驗課安排在不同的學期的情況，導致學生在學習過程中很難將理論與實踐結合，課堂上需要花時間進行理論知識的講解，耽誤教學進度，不利用學生知識體系的建立。基于此，為解決重理論輕實踐、實驗課單一、理論與實驗分離等問題，進一步提升學生學習興趣，本文提出“理論+仿真+實踐”一體化的教學改革方法。

1 “理論+仿真+實踐”教學實踐

為了提高教學質量，充分發揮學生的學習積極性，解決重理論輕實踐、實驗課單一、理論與實驗分離等現象，培養學生的工程實踐能力和創新能力[4]，文章提出“理論+仿真+實踐”的教學改革模式，下面將以其在電工電子技術課程中的實踐進行闡釋。

1.1 強化課前預習制度，勤學苦練

學習通作為面向移動端的專業化移動在線教學平臺[5]，集優秀教學資源、溝通、資料、點名、作業、討論、統計等功能于一體，為教學活動提供課前、課中和課后的平臺支持，師生的教學活動提供了極大的便利。

課前，教師在學習通對應的班級課程群中提前發布課程的學習內容、學習目標、重點難點以及相關的資料，并將知識點設置成任務點，督促學生按時高效率地完成預習工作。通過回顧以前學習的相關內容，觀看課程視頻、PPT、完成學習通中的任務點，掌握課程最基礎的理論知識，帶著問題進行課堂學習，有針對性地解決課程的重點難點，積極地進行互動，不斷地豐富自己的知識儲備，為培養分析問題、解決問題的能力添磚加瓦，同時進一步提升創新意識。

課中，在學習通中設置2個跟本次課程相關的專業知識選擇題，學生通過搶答的方式獲得答題的機會，回答正確則在平時成績中加2 分，回答錯誤則重新開始搶答，以此方式督促和檢查學生預習的效果。

課后，學習通還有強大的統計功能，學生在線學習時長、任務點完成情況、作業批改等功能，都為教學活動提供很多便利，也為最終計算學生成績提供了依據。

1.2 落實小組管理，共克難點

將全班學生分為4人每小組，每組選出1名組長，教學中的一些重要知識點、設計方案等由小組進行協作完成；同時分小組管理有利于實現課堂翻轉，教師每學期挑選2次課程進行課堂翻轉，由小組自主報名加教師篩選的方式確定講課名單，每個小組的組長必須對組員進行合理的分工，將小組需要完成的工作進行拆分，設計工作點的得分權重，以公平、透明的方式為小組成員計算分值。其他組的成員和老師以積極報名、教學效果、知識點完成度等作為打分的標準給出不同的分值。

1.3 推動仿真進課堂，惟妙惟肖

掌握電路仿真軟件的使用方法對于學習電工電子技術課程具有重要的意義，Multisim是一種交互式電路模擬軟件，具有豐富的器件庫和各類虛擬儀器[6]。

疊加原理：多個電源作用的線性電路，等于單個電源作用的代數和(電壓源短路，電流源開路)。如圖1所示，利用Multi‐sim 軟件先畫出基本的電路圖(不包含測量的表)，教學生理論知識的同時，也教學生使用軟件。

圖1 兩電源作用的電路

如圖1 所示標出電壓、電流的參考方向，閉合回路的繞行方向可設為ADEFA、BADCB 和FBCEF，先測量U1和U2共同作用時，各支路的電流I1、I2、I3和各電阻元件兩端的電壓UR1、UR2、UR3。

測量U1單獨作用時(其他電壓源短路、電流源開路)，即BC短接，然后測量各支路的電流I11、I12、I13和各電阻元件兩端的電壓UR11、UR12、UR13。測量U2單獨作用時(其他電壓源短路、電流源開路)，即EF 短接，然后測量各支路的電流I21、I22、I23和各電阻元件兩端的電壓UR21、UR22、UR23。

得出結論：多個電源同時作用時的電流等于單個電源作用的各直流電流之和。多個電源同時作用時的電壓等于單個電源作用的電阻元件兩端的電壓之和.

由此得出應用疊加原理進行電路的計算的步驟。第一是標出電路中所求量的參考方向；第二是畫出單一電源作用時的電路并標出參考方向；第三是計算(方向一致取正，否則取負)。

根據圖1所示電路，將電路圖中的電壓源替換為兩個電流源，保留IS1、將IS2開路處理，標出電流電壓的參考方向，測量電路中的電流值和電阻兩端的電壓；保留IS2、將IS1開路處理，測量電路中的電流值和電阻兩端的電壓，兩次測量的數據相加，即為兩個電流源同時作用電路的結果。

完成電路中多個電壓源同時作用于電路的驗證測試后，請同學們思考：電流源電壓源同時作用于電路應該怎么進行驗證？學生按照小組討論的方式，借助于教材、參考書等設計相應知識點的電路，再次對理論知識進行驗證。

移位寄存器可以實現多路彩燈按照不同的節奏變換各種形式，從左往右依次點亮、從右往左依次點亮、從中間向兩邊散開點亮、左邊亮右半滅、右邊亮左半滅等現象，移位寄存器的功能難以用言語進行傳遞，學生聽過之后也是霧里看花。通過軟件仿真，將實驗現象直觀地呈現在學生眼前，極大地滿足了學生成就感，激發學生的學習興趣。

在理論教學課堂中引入仿真，用數據說話，學生可以得到更加直觀的體驗，不再是老師說什么就是什么，而是從實踐中得出的答案。

1.4 統籌實驗內容，百花齊放

在開設理論課的同學期開設實驗課程，通過理論定理、仿真的學習，學生已經對疊加原理、電路圖中用到的電源、電阻、導線有了比較直觀的印象，再進行實驗課程的學習就會事半功倍。

不同專業學生人數有差異、學生對于電工電子技術課程的基礎不一致，興趣愛好也不盡相同，所以對于課程的要求大相徑庭，特別是實驗課程。

有的學生在課堂上完成驗證性的一個實驗都覺得披荊斬棘，有的動手能力比較強的學生就覺得驗證性的實驗是小菜一碟，不費吹灰之力就完成了，故在電工電子技術實驗中安排了選做的設計性的實驗。挑選生產實踐、電子設計大賽等題目中的相關課程內容，安排到學生的選做實驗中，為今后參加比賽、融入社會做好充足的準備。

所有學生統一開展驗證性實驗，提醒學生做實驗時的注意事項，比如檢查電源是否完好、電路接好前不能開電源等。

首先，學生按照電路圖所示找出相應的電源、電阻，拿出導線、萬用表等工具。

然后，連接電路，檢查電路。

最后，打開開關，利用萬用表讀出相應的值，經過簡單的運算就能得出實驗結論。實物得出的結果跟仿真、原理的數據會存在一定的誤差，正確引導學生處理誤差值。

1.5 推動實踐創新，駕輕就熟

“讀萬卷書，行萬里路”，理論知識固然重要，但實踐是檢驗真理的標準。為了學生更好地與社會接軌，非電專業的學生開設理論、實驗的學期期末集中安排了一周或兩周的電工實習課程，再次對所學知識進行升華。

課程的設置主要以增長學生見識、提升動手能力為主，學生學習的目標：會使用幾種常用的電工工具；掌握電路連接中的走線、布局的規則；能夠根據電路原理圖、電器元器件實物，設計電路；能夠正確識別和選用常用的電器元件，并且能夠熟練使用數字萬用表；具有根據電路圖，焊接實物的能力；能夠獨立完成實驗報告，增強寫作的能力。

圖2 “理論+仿真+實踐”教學流程圖

2 結論

理論+仿真促進了學生對抽象理論知識的理解，靜態或者動態的演示電路，有助于學生分析和解決設計電路問題。

仿真給學生提供了無限嘗試的機會，充足的元器件庫，給學習帶來了無限的可能性，仿真+實驗提升了實驗室設備的利用效率，減少了設備的損耗率。

經過“理論+仿真+實踐”一體化的教學改革，學生更加系統地對電工電子技術課程的內容進行學習，無論是理論還是實踐，都得到了充分的鍛煉，有利于調動學生積極性，扎實地掌握課程知識，提升學生分析和解決問題的能力。