“電路實驗”教學方法的改革與實踐

陳桂真 劉曉文 薛雪

摘要：針對“電路實驗”在高校工科電類專業課程中的基礎地位，結合教育培養卓越工程師的要求，采取“夯實基礎、循序漸進、拓展視野”的教學方式，通過對“電路實驗”教學方法進行改革與實踐，改進驗證性實驗教學方法、增加綜合性、設計性實驗比例，逐步提高學生的實驗技能和創新設計能力，全面提高學生綜合素質，為后續課程奠定扎實的基礎。

關鍵詞：電路實驗;創新實踐能力;實驗教學與改革;教學方法

中圖分類號：G647 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）33-0102-02

“電路實驗”是各高校工科電類相關專業第一門專業基礎實驗課，在整個電類專業課程體系中起著承上啟下的重要作用。通過對本課程的學習，使學生掌握基本實驗方法，使他們能夠正確觀察和分析實驗現象，能夠運用所學理論知識設計實現簡單的電路，培養基本實驗技能。隨著教育部“卓越工程師教育培養計劃”的提出，對工科學生的綜合能力及創造性思維提出更高的要求。因此，如何在有限的學時內更好的提高學生綜合運用能力、實踐能力以及創新能力，是“電路實驗”課程改革的方向。

我校歷來重視實驗教學的效果，教研組在“電路實驗”的教學方法、教學計劃和教學模式的改革上不斷摸索。改革主要體現在實驗設計中注意理論與實際相結合，學生的實際能力與課程的特點相結合。在掌握基本實驗技能的基礎上，增加了綜合性和設計性實驗內容，綜合性、設計性實驗使教學的形式和內容多樣化，學生從簡單地模仿者變為實驗的設計者和執行者，讓學生成為實驗的主導者，大大調動了學生的學習積極性，受到學生的廣泛歡迎，取得良好的教學效果。

一、電路實驗改革的必要性

我校的“電路實驗”課程是面向電氣自動化、電子信息類學生開設的第一門專業實驗課程，多年來已形成一套傳統的教學模式。實驗內容與理論內容聯系緊密，以驗證性實驗為主，實驗的主要目的是對相關理論知識點的驗證，各個實驗間的關聯度差，且缺乏具體的工程實際應用場景。隨著學生人數的增加，也造成師資的緊張，由原來的兩個教師變為一個教師指導一個班，一名老師實驗課上要同時指導30名同學進行實驗，因此不可能兼顧到每個人，再加上實驗室使用的大型綜合實驗臺集成了各類儀表，設備故障率高。為了使得學生都能完成實驗，教師只能提前將實驗中的注意事項、測量方法等問題講解，這就會使學生的課前預習流于形式，簡單地按照老師的講解機械地模仿來完成實驗，學生缺少獨立思考問題的鍛煉，通過實驗，學生的實際動手能力有了相應的提高，但還遠遠不能滿足卓越工程師實驗技能的培養需求。

二、電路實驗改革與實踐[1-6]

“電路實驗”課程安排在大二第一學期，學生剛從高等數學、大學物理等工科類的基礎課程轉到專業課程的學習，對專業課的概念和認識還很模糊，對實際生活中各類電路充滿憧憬。電路課程的特點是強調基礎理論，通過對該門課程的學習還不具備設計和實現復雜電路的能力，如何讓學生保持高昂的學習興趣一直是“電路實驗”改革的方向。

結合“電路實驗”課程基礎性的特點，抓住我校電路理論課程申報國家級精品資源共享課的契機，2012年新修訂的教學計劃將電路實驗學時增加至32學時，從時間上為課程的改革創造條件。在保證基礎實驗的同時，增加了綜合設計實驗;允許學生自擬題目，自主實踐。將實驗教學體系分為三個層次：驗證性、綜合性和設計性實驗;采取由淺入深，循序漸進的原則;因材施教，翻轉課堂，轉換教學理念，還學生學習的主動權。

1.夯實基礎，轉變驗證性實驗教學理念

本課程的核心任務是幫助學生正確使用各類電子儀器、測量儀表的使用方法，能根據待測電路選擇測量儀器設備、確定測量和分析方法。因此，在課程開始階段開設基礎的驗證性實驗，實驗內容的設置與同期進行的電路理論課程緊密結合，主要包括直流電路、正弦交流電路、網絡函數、動態電路、二端口網絡等理論知識點。

學生在驗證性實驗中扮演的角色由單純的模仿變為半自主。由原來通過指定線路、嚴格按照指導教師講解的步驟測量數據來得到實驗結論，轉變為在知識點的限制條件下由學生獨立設計實驗線路參數及測量數據方法，教師在實驗指導過程中的作用主要是指導學生解決設計中、測量時出現的問題。例如，在第一個“電源元件伏安特性的測試”實驗中，指導學生重點解決理想電流源和理想電壓源源測量電路中時正確選擇電壓表和電流表的內接和外接，電流源的測試電路中當負載電阻過大時會使得電流源器件輸出飽和等問題。學生通過半自主驗證性實驗的訓練，不僅鞏固了理論知識、還學會了基本常用儀器儀表的使用、常用的測量方法，具備了初步分析問題、解決問題等實驗技能，為后續的綜合設計性實驗打下基礎。

2.循序漸進，加強綜合性實驗

在學生掌握了基本測量技能的基礎上，與驗證性實驗交叉設置開設綜合性實驗，實驗內容主要為直流電路故障的診斷、三相電路、負阻抗變換器及回轉器的應用等，每個實驗項目涉及到多個電路理論知識點或多種測量方法，在綜合性實驗中進一步擴大學生的自主性。先布置實驗題目，提出實驗具體要求，學生需要根據實驗要求先設計實驗線路、實驗步驟和測量方法，然后進入實驗室自主完成。實驗的順利完成首先需要學生理解理論知識點并按要求設計實驗線路，掌握儀器儀表的測量內容及使用方法，結合實驗的技術手段和測量方法設計實驗步驟和測量表格，最后到實驗室完成實驗。以負阻抗實驗為例，在這個實驗中以電流反向型負阻抗為核心模塊，先在直流激勵下實現負電阻，再由負電阻構成具有負內阻的電壓源，最后將具有負內阻的方波電壓源接入RLC串聯電路中，實驗內容逐級深入，循序漸進，涉及到直流電路中元件伏安特性的測試，又有動態電路響應的研究方法。通過綜合性實驗的訓練培養了學生的綜合分析問題和處理問題的能力以及簡單電路的設計能力。

3.拓展視野，開設綜合設計性實驗

在本課程的最后階段設置有課內4學時的實用電路設計實驗。設計性實驗完全放開限制，從題目到最后的報告全部由學生獨立完成。學生自由組合，2～3個人一組，通過查閱資料，確定實驗題目。先將設計電路在EWB或Muitisim軟件上仿真實現，邊仿真邊修改以完善設計，仿真通過后進入實驗室進行實驗操作，根據實驗結果完成實驗報告及總結。

從2012屆學生的實驗來看，大多學生可設計完成可調電源電路、斷電報警電路、溫度控制電路、熱控電路、光控電路等與實際結合密切的實用電路。由于學生的專業理論知識水平有限的實際情況，許多實際電路中常用到的集成芯片、晶體管電路、控制器件等還沒有接觸到。還有一些器件不是實驗室常備的，需要查找資料，研究元件功能并尋找其他元件進行替換。教師在實驗過程中起到了引導和輔導的作用，從器件選擇上和實驗方案上和學生共同探討，啟發學生思考，完善并實現實驗方案。通過設計實驗的訓練，培養了學生積極思考、主動學習、自主動手和獨立解決工程問題的研究能力和創新的意識，為后續專業課程和從事工程技術奠定基礎。

結合學生實驗所出現的實際情況，2013年年底課題組老師設計完成了綜合設計實驗箱，包括基本元器件、控制模塊、聲光顯示模塊、擴展模塊、電源模塊等12個模塊，基本可以涵蓋學生設計過程中用到的所有芯片和器件，使得實驗設計實現更便捷。

4.建設立體化教材資源，為學生的自主學習提供平臺支持

為了更好地滿足電路實驗的教學改革要求，建設立體化教材資源。在我校電路教研組全體教師多年實驗經驗總結的基礎上編寫了“電路實驗”教材，2009年已由機械工業出版社出版。隨著實驗改革的不斷深入，計劃對教材進行改版修訂并已在校教材建設立項。

在紙質教材不斷完善的同時開發了實驗教學課件以及實驗教學網站，電路實驗多媒體課件內容豐富，包括實驗教學內容，實驗教學參考資料，常用實驗設備使用動畫演示、設備使用講解錄像、數據處理、優秀報告選登、師生交互等模塊，課件設計先進、合理，得到專家同行的一致認可，并先后獲得教育部多媒體課件大賽二等獎和聲多媒體課件大賽一等獎。課程的網絡輔助教學資源共享，進一步拓展教學空間和時間，促進了學生自主學習。為學生實驗提供立體化、全方位的學習內容。

5.實驗成績的評定

我?！半娐穼嶒灐闭n程獨立設課，成績是學生實驗動手能力的最終反映，是對學生能力水平的鑒定。如何客觀地給出實驗成績也是我們一直在探討的問題，考慮到具體的實驗內容，根據每一個實驗項目制訂了相應的評分標準。主要分為三部分：預習情況、實際操作和實驗報告，并設置有考察性實驗，在考查性實驗中主要是檢驗具體的電路設計和設備的選擇與使用能力，在強調實際動手能力的同時，加強學生撰寫報告的能力。

三、實驗教學方法的改革效果

“電路實驗”課程堅持“夯實基礎、循序漸進、拓展視野”的教學理念，以提高學生綜合素質和創新能力為目標。作為專業基礎實踐課程的入門，適用于電氣、信息類專業的學生。通過對電氣2012級學生進行教改實踐，學生對實驗保持了濃厚的興趣，加深了學生對理論知識的理解，更好地將抽象的理論應用于實際中，大大提高了學生獨立性解決問題的能力。

在教學實踐中通過學生的不斷創新也督促教師的不斷進步，跟上學科發展的前沿，教學相長。如何進一步對實驗教學的模式和教學方法進行改革，不斷提高實踐教學中學生的主動性和能動性，努力發揮實踐教學對于學生動手能力和創新意識培養的更大效果和效率。

參考文獻：

[1]劉曉文，石超，陳桂真.電路實驗[M].機械工業出版社，2009.

[2]姚纓英，樊偉敏，等.模塊化開放式電路綜合實驗（1）—開發與實踐綜述[J].實驗技術與管理，2011，（4）：12-15.

[3]任艷頻.電子電路實驗教學與人才培養探究[J].實驗室研究與探索，2012，（11）：138-140.

[4]陸珉，黃春琳，劉安之，等.綜合電路實驗課程改革探索[J].電氣電子教學學報，2009，（11）：121-124.

[5]田健仲，吳敏華，張俊方，等.電路原理實驗課程建設與教學改革實踐[J].實驗技術與管理，2010，（10）：142-145.

[6]李琰，吳建強，齊鳳艷.開放與自主學習模式下的實驗教學體系[J].實驗室研究與探索，2012，31（1）：134-137.

（責任編輯：劉翠枝）