“電子電路綜合實驗”課程中創(chuàng)新性開放實驗項目建設(shè)

盛蘇英

摘 ? ?要：文章通過提升“電子電路綜合實驗”課程中實驗項目的教學(xué)內(nèi)涵、完善創(chuàng)新性開放實驗項目的教學(xué)模式、改進“電子電路綜合實驗”課程實驗項目過程化管理，以“微型電風(fēng)扇系統(tǒng)設(shè)計”為實驗設(shè)計案例，開展了“電子電路綜合實驗”課程中創(chuàng)新性開放實驗項目建設(shè)的探索與實踐工作，以此保障其創(chuàng)新性開放實驗項目建設(shè)的正常、有效開展。

關(guān)鍵詞：“電子電路綜合實驗”課程；創(chuàng)新性；開放實驗

中圖分類號：G642 ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1002-4107（2023）08-0075-03

一、引言

“電子電路綜合實驗”作為電氣類專業(yè)教學(xué)體系中的專業(yè)基礎(chǔ)實踐類課程，本著持續(xù)改進的理念，以工程教育為目標(biāo)深入研究滿足工程認證標(biāo)準(zhǔn)要求的創(chuàng)新性開放實驗項目建設(shè)已勢在必行。如何有效建設(shè)“電子電路綜合實驗”課程創(chuàng)新性開放實驗項目，如何推進“電子電路綜合實驗”課程教學(xué)不斷創(chuàng)新和發(fā)展，培養(yǎng)出具有專業(yè)素養(yǎng)、實踐能力和創(chuàng)新精神的人才，是高校開展實驗教學(xué)改革亟待解決的問題[1-2]。

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前“電子電路綜合實驗”課程中創(chuàng)新性開放實驗項目的建設(shè)仍存在諸多問題：（1）現(xiàn)有的

“電子電路綜合實驗”中實驗項目來源單一，創(chuàng)新性項目更是鳳毛麟角；（2）雖然考慮了學(xué)生畢業(yè)達成度要求，但

復(fù)雜工程應(yīng)用背景有待加強，另外，實驗項目的更新速度與日新月異的電子電路發(fā)展技術(shù)脫節(jié)，難免造成“一對

照，還差一點兒”的窘境[3]；（3）日益縮減的實踐課時數(shù)，使“電子電路綜合實驗”課程教學(xué)效果不理想，特別是實踐周與考試周的“不期而遇”，使實驗教學(xué)效果“雪上加霜”；（4）在現(xiàn)有的“電子電路綜合實驗”課程教學(xué)過程中，學(xué)生對教師仍抱有依賴思想，最有“激情”的是教師，實驗室里經(jīng)常會出現(xiàn)貌似來“聽聽評書、連連線”的學(xué)生[4]；（5）學(xué)生在開放實驗室“隨心所欲”，缺乏有效的監(jiān)控機制和評價標(biāo)準(zhǔn)，缺乏實驗過程的監(jiān)督和評估[5- 6]。為了有效建設(shè)“電子電路綜合實驗”課程創(chuàng)新性開放實驗項目，南通大學(xué)電工電子實驗中心，從提升實驗教學(xué)內(nèi)涵、完善實驗教學(xué)模

式、改進實驗項目過程化管理3個方面開展實驗項目的研究與實踐，采用開放式實驗?zāi)Ｊ剑峁┝己玫膶嶒灄l件和支持措施，鼓勵學(xué)生參與實驗并發(fā)揮創(chuàng)新精神，為“電子電路綜合實驗”課程創(chuàng)新性開放實驗項目建設(shè)的順利

推進“保駕護航”，保障其取得較好的教學(xué)效果。

二、創(chuàng)新性開放實驗項目建設(shè)

1.“電子電路綜合實驗”課程是通過一個以工程實踐

或社會生活為背景的電子電路的研究、設(shè)計與實物搭試，使學(xué)生將已學(xué)過的“電路分析”“數(shù)字邏輯電路”和“模擬電子線路”等課程理論和相應(yīng)的實驗課程知識綜合運用

于電子電路的設(shè)計中，通過實踐訓(xùn)練和創(chuàng)新研究，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新精神，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及今后從事相關(guān)的工作做好準(zhǔn)備。

教學(xué)團隊從自研課題、電子設(shè)計競賽命題、課外科技作品、教師縱向課題、企業(yè)研發(fā)課題和學(xué)科發(fā)展衍生角度深挖掘，多渠道綜合、嚴格篩選，形成一批具備創(chuàng)新性、實踐性、可操作性和發(fā)展?jié)摿Φ拈_放式“電子電路綜合實

驗”課程項目，并關(guān)注工程應(yīng)用背景、學(xué)科發(fā)展動態(tài)和生產(chǎn)實際需求，實時進行內(nèi)涵提升，同時，“開放實驗教學(xué)資源系統(tǒng)”實現(xiàn)了創(chuàng)新實驗項目資源的共享和整合，設(shè)計流程如圖1所示。

2.按照工程教育專業(yè)認證的要求，教師做好“點燈人”和“引路人”，創(chuàng)新教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生以積極主動的心態(tài)投入課程的實踐學(xué)習(xí)中，建立開放式、引導(dǎo)式、探究式的“開放設(shè)計+實驗室調(diào)試”“理論+實驗+探究”“微視頻+討論+動手”等“電子電路綜合實驗”課程項目教學(xué)模式（圖2）。轉(zhuǎn)變“電子電路綜合實驗”課程授課教師的教學(xué)觀念，強調(diào)學(xué)生的“踐行者”主體地位、教師的“引導(dǎo)者”主導(dǎo)地位，建立完善的創(chuàng)新性開放實驗項目的教學(xué)模式。

3.建設(shè)開放式網(wǎng)絡(luò)化“電子電路綜合實驗”課程項目管理平臺，把握項目申請（提交任務(wù)書）、專家評審、項目立項（提交方案）、軟件仿真設(shè)計、中期匯報、硬件發(fā)放、硬件搭試、項目答辯評審、項目結(jié)題、資料上交等環(huán)節(jié)的全面監(jiān)管，實現(xiàn)對在研創(chuàng)新性實驗項目的過程化監(jiān)管（圖3）。

三、實驗設(shè)計案例：微型電風(fēng)扇系統(tǒng)設(shè)計

以“微型電風(fēng)扇系統(tǒng)設(shè)計”為實驗設(shè)計案例，從創(chuàng)新性開放實驗項目設(shè)計、實驗教學(xué)開展、實驗項目結(jié)果展示3個方面介紹該實驗項目的建設(shè)實踐。該項目來源于社會生活實踐，綜合電路和電子技術(shù)知識，采取開放式實驗教

學(xué)，鼓勵學(xué)生進行創(chuàng)新設(shè)計并拓展創(chuàng)新功能。

（一）實驗項目設(shè)計

該實驗項目設(shè)計一個微型電風(fēng)扇系統(tǒng)，通過“風(fēng)速”“風(fēng)種”“定時”功能鍵的選擇，實時顯示電風(fēng)扇當(dāng)前工作狀態(tài)，并控制風(fēng)扇電機相應(yīng)運作。系統(tǒng)包括3部分結(jié)構(gòu)：操作面板、控制邏輯電路和風(fēng)扇電機控制。

系統(tǒng)總體框圖如圖4所示，在控制面板上有“按鍵”和“風(fēng)速、風(fēng)種、定時指示燈”；控制邏輯電路包括“消抖動電路”“脈沖控制電路”“狀態(tài)鎖存電路”“風(fēng)速控制電路”“風(fēng)種控制電路”“單穩(wěn)態(tài)定時電路”和“秒脈沖及分頻電路”；“風(fēng)扇電機控制電路”主要用來控制風(fēng)扇運行。

控制面板上設(shè)有“風(fēng)速、風(fēng)種、定時和停止”4個按鍵，以及“風(fēng)速、風(fēng)種、定時”3個數(shù)碼管。按動“風(fēng)速”按鍵可以循環(huán)切換5種風(fēng)速，風(fēng)扇由慢到快轉(zhuǎn)動；按動“風(fēng)種”按鍵可以循環(huán)切換3種風(fēng)種，其中，“正常風(fēng)”指電風(fēng)扇連續(xù)運轉(zhuǎn)，“自然風(fēng)”指電風(fēng)扇轉(zhuǎn)4 s停4 s模擬產(chǎn)生自然風(fēng)，“睡

眠”指電風(fēng)扇轉(zhuǎn)8 s停8 s模擬產(chǎn)生輕柔的微風(fēng)；按動“定

時”按鍵可以循環(huán)切換定時時長，即無定時、定時0.5 h、定時1 h和定時3 h。

控制邏輯電路中設(shè)計的“消抖動電路”消除按鍵引起的毛刺，以實現(xiàn)一次按鍵產(chǎn)生一個升降沿；“脈沖觸發(fā)電路”以實現(xiàn)只有按“風(fēng)速”鍵才能啟動電風(fēng)扇，啟動后按“風(fēng)速”鍵可由慢到快循環(huán)選擇5種風(fēng)速狀態(tài)，按“風(fēng)種”鍵可循環(huán)選擇3種風(fēng)種狀態(tài)，按“定時”鍵可循環(huán)選擇4種定時狀態(tài)，電風(fēng)扇運行狀態(tài)通過“狀態(tài)鎖存電路”進行鎖存并數(shù)碼顯示；“風(fēng)速控制電路”將5種風(fēng)速狀態(tài)與電

風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速建立連接， “單穩(wěn)態(tài)定時電路”利用4種定時狀態(tài)信號選擇單穩(wěn)觸發(fā)器產(chǎn)生不同的定時信號，而“風(fēng)種控制電路”由風(fēng)種狀態(tài)信號選擇產(chǎn)生連續(xù)風(fēng)、自然風(fēng)還是睡眠風(fēng)信號。

“風(fēng)扇電機控制電路”將風(fēng)速、風(fēng)種、定時3個控制模塊的輸出結(jié)合到一起，共同控制電機運轉(zhuǎn)。

（二）實驗教學(xué)開展

將開放式、引導(dǎo)式、探究式實驗教學(xué)貫穿實驗的始

終。在選題階段，教師引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、查閱資料，提交項目任務(wù)書；在項目立項提交階段，教師引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識進行多種方案設(shè)計，鼓勵學(xué)生多種設(shè)計思路碰撞，形成百花齊放式的實驗方案；在軟件仿真設(shè)計階段，鼓勵學(xué)生選用合適的軟件進行仿真；在硬件搭試階段，引導(dǎo)學(xué)生自主排除故障，發(fā)現(xiàn)問題、協(xié)調(diào)合作、探究分析，自行解決問題；在項目驗收答辯環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生綜合分析，“學(xué)有所悟、學(xué)有所得”。

等問題）；要求學(xué)生上傳實驗軟硬件的操作、實驗故障的排除，以及實驗現(xiàn)象的展示等微視頻，特別期待看到學(xué)生實驗過程中探究式的方案微調(diào)、實驗故障清除等“每個實驗細節(jié)、每次閃亮火花”。

在實驗答辯評審環(huán)節(jié)，注重培養(yǎng)學(xué)生相互協(xié)作、溝通和交流的能力，不僅提高學(xué)生參與實驗的信心和熱情，同時增強學(xué)生主動參與實驗、設(shè)計實驗、創(chuàng)新實驗的意識，使學(xué)生真正成為實驗的“主體”。

（三）實驗項目結(jié)果展示

只有完成軟件仿真設(shè)計、通過中期匯報的學(xué)生，才能發(fā)放硬件，進入硬件搭試環(huán)節(jié)。在硬件搭試環(huán)節(jié)中，鼓勵學(xué)生3人一組、自行組隊，各人分擔(dān)完成風(fēng)速、風(fēng)種、定時控制功能，并能整體聯(lián)調(diào)實現(xiàn)電風(fēng)扇控制，從而增強學(xué)生的自主意識，培養(yǎng)學(xué)生的“一榮俱榮、一損俱損”協(xié)同配合能力。

如圖5所示，3塊面包板從左往右分別實現(xiàn)風(fēng)速、定時和風(fēng)種控制；聯(lián)調(diào)時，3塊面包板的風(fēng)速、定時和風(fēng)種控制信號接至左邊面包板左側(cè)的“風(fēng)扇電機控制電路”，實

現(xiàn)電風(fēng)扇的控制。

四、實驗教學(xué)取得的有益效果

電工電子實驗中心開展“電子電路綜合實驗”課程中創(chuàng)新實驗項目建設(shè)，不僅能提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新思維，幫助他們更好地適應(yīng)未來的工作和生活，成為具有綜合素質(zhì)和創(chuàng)新精神的專業(yè)人才，而且充分調(diào)動教師的積極性，教學(xué)與科研相互融合、滋養(yǎng)，讓學(xué)生成為最大收獲者，也充實創(chuàng)新實驗項目內(nèi)涵，為開拓創(chuàng)新教育模式提供一種新的思路。正如學(xué)生在實驗報告中所說的，“真正

利用開放式網(wǎng)絡(luò)化“電子電路綜合實驗”課程項目管理平臺，實現(xiàn)項目全過程化監(jiān)管。把握“方案設(shè)計”“軟件仿真”和“硬件搭試”環(huán)節(jié)的微視頻匯報，要求學(xué)生錄制好開放實驗項目的實驗內(nèi)容、設(shè)計方案、軟硬件準(zhǔn)備如何驗證的微視頻（回答好“做什么”“怎么做”“為什么這么做”

體會到學(xué)以致用的開放實驗真諦，引導(dǎo)我們在做中學(xué)、學(xué)中做、邊做邊探索，提高了我們的創(chuàng)造思維和工程實踐能

力，培養(yǎng)了嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度和不斷探索進取的毅力，鍛煉與人溝通、團隊協(xié)作能力”。實驗指導(dǎo)教師對歷屆學(xué)生自擬的實驗項目嘖嘖稱贊，對學(xué)生設(shè)計的“百花齊放式”方案，面對故障時勤于思考、勇于探索的精神連連夸獎，感嘆學(xué)生實驗素養(yǎng)的連年提升。同時，實驗室管理人員也真真切切地感受到了學(xué)生日益高漲的實驗熱情，進入實驗室的學(xué)生多了，而實驗設(shè)備損壞卻少了，開放實驗項目真正起到了事半功倍的效果。

五、結(jié)束語

文章通過提升“電子電路綜合實驗”課程的實驗項目教學(xué)內(nèi)涵，完善實驗項目教學(xué)模式，以及改進實驗項目管理，以“微型電風(fēng)扇系統(tǒng)設(shè)計”為實驗設(shè)計案例，開展了“電子電路綜合實驗”課程中創(chuàng)新性開放實驗項目建設(shè)的探索與實踐，以此保障“電子電路綜合實驗”課程的創(chuàng)新性開放實驗項目建設(shè)的成效，培養(yǎng)更多具有全面素質(zhì)和創(chuàng)新精神的專業(yè)人才。

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編輯∕丁俊玲