項目教學法在電工電子實驗中的應用

宮 鵬，宮 玥，范秋華，徐淑華

(1.青島大學 自動化工程學院，山東青島 266071;2.青島有線電視網(wǎng)絡，山東青島 266000)

電工電子技術發(fā)展快，實用性強。而現(xiàn)有電子電工類本科的電工電子實驗課程學時少，實驗內(nèi)容又多，是以訓練最基本的操作和技能為目的驗證性實驗，學生操作簡單枯燥，實驗電路與現(xiàn)實應用相差較遠，學生提不起興趣，這與以行為為導向的教學方法是相悖的。

項目教學法是采用一系列完整的小項目的組織，對學生進行科研項目開發(fā)基本方法和技能的培養(yǎng)。其目的是在課堂教學中把理論與實踐教學有機地結合起來，充分發(fā)揮學生的創(chuàng)新精神。不再以把教師掌握的現(xiàn)有知識技能傳遞給學生作為追求的目標，或者說不是簡單的讓學生按照教師的安排和講授去得到一個結果，而是在教師的指導下，學生獨立地去尋找解決問題的途徑，并對最終得到的結果進行展示和自我評價。學習的重點在于學習過程而非最終結果，讓他們在這個過程中鍛煉自己的各種能力。項目教學法最顯著的特點是“以項目為主線、教師為主導、學生為主體”創(chuàng)造了學生主動參與、自主協(xié)作和探索創(chuàng)新的新型實驗教學模式，提高了學生分析問題和解決問題的能力。

1 采用項目教學法改革實驗內(nèi)容

1.1 改革后的實驗內(nèi)容

在實驗教學過程中，我們結合項目教學法對實驗課的教學進行了一些改革。首先，“電工電子技術”這門課程的實驗以驗證性實驗為主，但是可以換一種方式來做。原有的實驗模式:學生根據(jù)給定的電路圖接線，按照給定的方法測試參數(shù)，記錄數(shù)據(jù)。學生并沒有機會去思考為什么要這樣做。考慮將實驗內(nèi)容重新處理，讓學生按照項目要求自己設計電路，計算參數(shù)和選擇器件。通過提出一些思考題，在學生回答問題的過程中引導學生思考如何在實驗過程學會調(diào)試電路。“電工電子技術”實驗中電子技術部分的傳統(tǒng)實驗內(nèi)容改革成與生活密切相關的一系列小項目。具體如表1和表2所示。

表1 電子技術(模擬部分)實驗內(nèi)容

表2 電子技術(數(shù)字部分)實驗內(nèi)容

1.2 電子技術(模擬電子)實驗內(nèi)容改革

1)實驗1是常用儀器使用練習。

2)實驗2是典型的電信號觀察測量。實驗目的是讓學生學會使用示波器、函數(shù)發(fā)生器等儀器，并用這些儀器觀察一些典型的信號，如開關信號。這樣可以用紅外門控和聲控開關這兩個項目的研制達到以上的實驗目的。還可以進一步對二極管的限流電阻選擇、三極管放大電路的靜態(tài)工作點設定和工作點對輸出的影響等問題進行研究。

3)實驗3晶體管單級共射放大電路，經(jīng)典實驗內(nèi)容是給出電路參數(shù)，讓學生去測靜態(tài)工作點，測動態(tài)參數(shù)來驗證理論知識。如將內(nèi)容改為制作晶體管β測試儀，設計要求如下:設計制作一個可自動測量NPN型三極管β值的顯示測量儀。在這個實驗當中，學生需要靈活應用晶體管的知識，設計一個使用測試三極管構成的放大電路，得到與β成比例的電壓信號，將此信號傳遞給有運算放大器構成的取樣電路，將β值分成幾檔，再由數(shù)模接口將信號給編碼器，進行譯碼顯示。電路圖1為晶體管β測試儀電路方框圖。

圖1晶體管測試儀電路方框圖

這樣實驗由淺入深，讓學生熟練掌握晶體管電路的設計和調(diào)試方法，可以提高學生的自主學習能力和創(chuàng)新能力。

1.3 電子技術(數(shù)字部分)實驗內(nèi)容改革

實驗3計數(shù)器設計及其應用的實驗，是為了讓學生掌握計數(shù)器74LS90，74LS160和74LS192等計數(shù)器的設計方法與應用。籍此可以和模擬部分紅外開關的實驗結合在一起設計一個實驗室人數(shù)記錄器。把紅外開關設計在門口，通過檢測紅外門控信號的個數(shù)，記錄實驗室的人數(shù)。從而達到使用和設計計數(shù)器的目的。而且兼顧顯示譯碼電路的設計。本實驗還要求學生熟練掌握Multisim10仿真軟件，對電路進行驗證，熟悉常用電子儀器的測量方法。這對提高學生創(chuàng)新能力有較大的幫助。電路仿真圖如圖2所示。

圖2 Multisim仿真電路圖

實驗4用VHDL語言設計一個的密碼引爆器。本設計采用康芯公司的Cyclone II EP2C5T144C8家庭板，要求學生設計采用自頂層向下的設計方法，利用VHDL硬件電路描述語言，設計數(shù)字密碼引爆器。該引爆器中的控制器完成建立等待、準備操作、輸入密碼操作、引爆操作、報警操作和報警返回等狀態(tài)的控制功能;引爆器中的受控部分電路完成輸入彈跳消除、編碼、密碼檢查、密碼更改、分頻、七段顯示譯碼等功能。學生通過實驗，初步掌握了FPGA的開發(fā)流程。該實驗貼近生產(chǎn)實際，又容易引起學生興趣。

2 采用開放式管理模式

2.1 時間和空間的開放

項目教學法以項目為前提，采取開放式管理實驗室模式，實驗室全天候開放，在時間上給學生較大的靈活性。學生可根據(jù)自己的興趣，能力、時間和項目的進展情況，進行網(wǎng)上預約登記。學生可以通過上網(wǎng)、到圖書館查資料，設計方案，選器件等，知道自己什么時間應該做什么，怎么做，做得怎么樣。在實驗過程中遇到問題時，學生要先學會獨立思考，解決不了再與教師探討，鍛煉了學生獨立思考問題、解決問題的能力。另外，開放式的時間安排能夠提高實驗室的利用率，避免儀器設備的閑置浪費，并且既能充分利用現(xiàn)有的科研實驗設備，也能實現(xiàn)實驗資源的有效共享。

2.2 課內(nèi)和課外開放

這種開放不僅僅是課外開放，還包括課內(nèi)開放。課內(nèi)開放主要是指針對某些知識點而設置的項目式實驗。開放內(nèi)容是電工電子實驗課的必修課，是教學實驗內(nèi)的實驗，教師提供若干小項目供學生選擇。這樣學生在實驗過程中就有較大的自主性，這是開放式實驗管理模式所能發(fā)揮的最佳效果，不但解決學生能力上的差異和時間合理安排問題，而且激勵學生進行實驗的積極性，挖掘?qū)W生創(chuàng)新能力。學生除了在實驗室完成電工電子技術實驗的必要試驗項目外，還可以根據(jù)興趣和能力，選擇教師設計的開放創(chuàng)新實驗項目，可以根據(jù)興趣自擬實驗項目完成。

2.3 改革實驗結果處理方式

實驗結果處理改革可以通過實驗預習、實驗過程、實驗報告和實驗結果評價幾個環(huán)節(jié)來體現(xiàn)。項目教學法要求學生通過查資料，寫出設計電路、計算參數(shù)、Multism仿真和器件選擇的方法作為學生的預習報告。另外，實驗室只提供基本器件，學生實驗設計可能用到實驗室沒有的器件，這就需要學生自己到電子市場去購買，在選購過程中，他們會自己調(diào)整方案，選擇選擇性價比高的方案到實驗室實施。

在實驗過程中，學生根據(jù)實驗室的規(guī)章制度，熟練掌握實驗室的儀器后，方能按照自己設計的方案搭建電路，并自己設計測試方法，設計實驗測試表格。對自己的設計進行驗證。在此過程中，指導教師巡回指導，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正。完成實驗操作后，學生書寫實驗報告，除了記錄實驗數(shù)據(jù)外，還要求學生將實驗過程中遇到的問題和解決問題的方法都記錄下來。實驗報告要求學生寫出實驗過程、實驗方法和實驗數(shù)據(jù)。另外，還要求學生對實驗數(shù)據(jù)進行分析，分析產(chǎn)生誤差的原因，回答一些思考題。

這樣，學生通過分析項目要求，查找資料、設計電路、仿真驗證、選擇器件、搭建電路、調(diào)試及測試電路，然后對實驗結果和數(shù)據(jù)進行處理、評估這樣一個完整過程，使他們得到做科研項目基本能力的鍛煉，并取得第一手經(jīng)驗，再寫論文已是輕而易舉的事了。實驗結果評價采用開放式的評價方法，教師不再是唯一對實驗結果評價者，選題相近的學生通過相互交流、探討和比較，評價出最優(yōu)方案。這樣也促進學生互相學習，共同提高。

3 結語

項目教學法將教學課題的理論知識和實踐技能有機地結合在一起，有利于培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的綜合能力，能夠較全面地培養(yǎng)學生的各種職業(yè)活動能力、社會能力及其他未來所需要的能力。項目教學使學生與企業(yè)“零距離”接觸，模擬現(xiàn)實生產(chǎn)情境。它克服傳統(tǒng)教育中只重理論，不重實踐的瓶頸問題。一改學校與生產(chǎn)實際脫離，堅持“做中學”理念，大大提高了教學的針對性。消除了學生厭學情緒，調(diào)動學生的主動性、積極性和創(chuàng)造性，使實驗室的資源得到充分利用，對課堂上的實驗內(nèi)容進行延伸，擴展學生知識范圍。這樣還可以充分調(diào)動教師科研的積極性，讓教師走在技術前沿，提升自身水平，是教學—科研—科技活動的相互促進過程。

［1］ 徐淑華等.電工電子技術［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2008

［2］ 韓明武等.電工學實驗［M］.北京:高等教育出版社.2006

［3］ 王秀敏，李正權等.項目式教學法在“現(xiàn)代邏輯設計”課程中的應用［J］.電氣電子教學學報.2011，33(5):105-107

［4］ 姜春艷等.項目式教學法在數(shù)字電子技術教學中的研究與實踐［J］.電力教育.2010，35(186):51-52

［5］ 謝劍斌，李沛秦等.在“數(shù)字電子技術”教學中培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力［J］.電氣電子教學學報.2010，32(6):5-9