電路實驗立體化教材的建設與實踐

劉曉文，薛 雪，陳桂真，石 超

（中國礦業(yè)大學 信電學院，江蘇 徐州 221116）

立體化教材是指依托現(xiàn)代教育技術，以能力培養(yǎng)為目標，以紙質教材為基礎，以多媒介、多形態(tài)、多用途及多層次的教學資源和多種教學服務為內容的結構性、配套教學出版物的集合。立體化教材能最大限度地滿足教師教學需要和學生學習需要，滿足教育市場需求，提高教學、學習質量，促進教學方法和教學手段的改革。因此，教材立體化建設已成為目前教材建設的一個新趨勢［1］。電路實驗是電類學科一門重要的實踐性專業(yè)課程［2－3］，是培養(yǎng)學生動手能力、獨立分析解決問題的能力、創(chuàng)新能力和理論聯(lián)系實際能力的重要手段之一［4－5］，該課程覆蓋了我校全部的工科電類專業(yè)，量大面廣。近年來中國礦業(yè)大學電路課程組立足于現(xiàn)代教育理念和現(xiàn)代信息網(wǎng)絡技術平臺，深入研討和挖掘，開發(fā)建設了電路實驗立體化教材［6］，為全面提升教學質量奠定了基礎。

1 立體化教材建設背景

由于電路實驗課程量大面廣，學生的學習積極性也參差不齊，給實驗教學帶來了一些問題，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）原有的教材（講義）內容相對比較陳舊，不能滿足分層次教學和能力培養(yǎng)等方面的要求，而各個學校采用的實驗設備不同，所以也不能采用其他學校的教材，因此迫切需要編寫符合本校實際的實驗教材。

（2）原來的實驗室沒有多媒體設備，教師講解實驗內容時一般采用板書，對于實驗設備的講解和實驗儀器的操作的講解不夠生動，學生經(jīng)常感到乏味。利用國家級實驗教學示范中心的經(jīng)費，電路實驗室配備了多媒體設備，為改善原來實驗室講解實驗模式提供了硬件基礎，因此，開發(fā)實驗的多媒體課件成了一項重要的技術工作。

（3）參考書少，學生對實驗預習感到困難。由于實驗內容和設備的不同，各個學校的實驗教材參考性和通用性差，因此為了滿足學生對實驗預習的需求，需要開發(fā)實驗教學網(wǎng)站，用于學生的課前預習。

為了更好地滿足我校電路實驗的教學需要，在中國礦業(yè)大學電路課程組全體教師多年實踐經(jīng)驗總結的基礎上開發(fā)了《電路實驗》立體化教材，為學生實驗提供立體化、全方位的學習內容，以激發(fā)學生的創(chuàng)造力，提高學生學習效率和教師教學水平。立體化教材支持下的課堂教學模式改變了以往單一的學習方式，使擁有多媒體光盤支持的個性化學習、網(wǎng)絡課程支持的自主學習、文本教材支持的參與式學習全面發(fā)展起來。

2 立體化教材建設與實踐內容

2.1 編寫實驗教材

按照高等學校理工科“電路理論”課程的教學要求，為了更好地滿足我校電路實驗的教學要求，在中國礦業(yè)大學電路教研組全體教師多年實踐經(jīng)驗總結的基礎上編寫了《電路實驗》［7］，這本書已由機械工業(yè)出版社出版。

整個教材以技術和能力培養(yǎng)為主線，緊密配合理論教學，構建了基本電路實驗、計算機仿真實驗和綜合、設計及創(chuàng)新型實驗3個實驗模塊，實現(xiàn)了實驗項目可選、實驗內容可選的雙選性實驗教學［8－10］。

圖1 儀器儀表展示圖

（1）基本電路實驗：主要包括對一些電路經(jīng)典理論的驗證，除此之外，也對一些電路實驗方法和實驗內容進行了重新設計。通過這些實驗，學生可以更好地掌握課堂所學的基本理論知識，同時也對電路基本的實驗方法有比較深入的了解［11］。

（2）計算機仿真實驗：使學生能直接觀察動態(tài)電路及頻率特性的圖形，可以將實驗在實驗室外進行，學生通過自己的計算機就可以完成實驗設計，同時學生也學到一種驗證所設計電路的正確方法。

（3）綜合、設計及創(chuàng)新型實驗：包含了一些與實際密切相關的電路設計，在設置上給學生留有很大的發(fā)揮空間，學生可以通過所學知識結合實際的需求設計出很多具有一定實用價值的電路。

該實驗教材注重學生對“三基”的學習訓練，注重學生綜合應用能力和開拓創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，精選應用性強、技術含量高、代表性好的實驗項目，能循序漸進、舉一反三，在有限的實驗教學時間內達到較好的教學效果。整個教材突出實用性和先進性，加強了學生實踐能力的培養(yǎng)。

2.2 研制實驗多媒體課件

在實際教學中，制作了相應的實驗教學課件與教材相配套，大大提高了教學效果。課件可以直觀地將實驗設備的結構、實驗儀器的使用方法，以及實驗元器件的特征生動地展示給學生，改變了以往的板書實驗講解方式，學生再也不用圍著儀器擠在一起來聽教師講解，優(yōu)化了實驗教學環(huán)境，使學生看得更清楚、聽得更明白，有利于學生更好地掌握實驗內容。

實驗教學課件很好地完成了實驗儀器設備的講解、元器件的介紹以及仿真軟件的展示等，如圖1所示。這就大大增加了實驗教學的信息量，提升了《電路實驗》教材的品質，提高了實驗教學質量。

2.3 研發(fā)優(yōu)質共享網(wǎng)絡實驗教學系統(tǒng)

圖2 網(wǎng)絡教學系統(tǒng)界面

為了優(yōu)化教學結構，培養(yǎng)學生學習興趣，實現(xiàn)多元化、立體化教學，開發(fā)研制了電路實驗網(wǎng)絡教學系統(tǒng)［12］，如圖2所示。該網(wǎng)絡教學系統(tǒng)內容形象豐富，包括課程大綱、實驗內容、實驗儀器、實驗數(shù)據(jù)處理、在線測試練習、教學視頻和師資隊伍等7個模塊，突出了多媒體和交互性，打破時間與空間的限制，是開展立體化教學的理想網(wǎng)絡平臺。

（1）課程大綱：分別包括24學時和32學時的電路理論實驗的教學大綱內容。

（2）實驗內容：覆蓋了電路實驗的主要內容，與大綱要求相對應，給學生提供相應實驗項目的實驗目的、實驗原理及課后思考題，并提供相應多媒體課件。

圖3 實驗臺視頻講解和使用舉例

（3）實驗儀器：包含學生進行電路實驗所用到的所有電子儀器的功能介紹、操作演示及操作練習，是整個教學系統(tǒng)的主體，包括EEL－V型電路綜合實驗臺、功率表、信號發(fā)生器、示波器等儀器儀表的操作使用講解，如圖3所示。

（4）實驗數(shù)據(jù)處理：分為實驗數(shù)據(jù)輔助處理和優(yōu)秀實驗報告兩部分，學生可將自己測量的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)得到的曲線與標準曲線相比較，分析測量數(shù)據(jù)的合理性，如圖4所示。專門開辟“優(yōu)秀實驗報告選登”欄目，挑選部分優(yōu)秀實驗報告進行展示，讓學生了解怎樣撰寫一份優(yōu)秀的實驗報告。

（5）在線測試練習：遴選的都是在教學過程中常出現(xiàn)的錯誤和問題，學生通過自測的結果了解對整個電路實驗內容的掌握程度，進一步強化重點。

（6）教學視頻：為主講教師的教學錄像，學生可以進行復習和超前預習。

（7）師資隊伍：展示了教師風采，學生可以自主選擇最喜歡的教師以及最喜歡的授課方式，加強了教師與學生的互動。

3 立體化教材實踐效果

實驗教材、實驗課件以及實驗教學網(wǎng)站的立體化建設，極大地提高了學生實驗的積極性，為學生做實驗提供了全方位的立體化實驗教學資源。《電路實驗》立體化教材的紙質教材和電子課件以及網(wǎng)絡教學平臺已使用了4屆學生。電子課件以及網(wǎng)絡教學平臺采用了邊制作、邊使用、邊改進的方式，現(xiàn)已比較完善。該套教材使用4年來，受到了教師和學生的好評。

圖4 實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

（1）紙質教材自2009年9月出版至今，得到了國內相關高校的認可，北京、天津、湖北、山西、廣西等省市的部分院校采用該教材作為參考書。由于該教材適用于常用的教學體系，分層次、分模塊，使教師與學生都感覺方便。

（2）實驗教材、實驗教學課件每年在我校電類專業(yè)、40個班級、1 000多名學生中使用，學生普遍反映該教材分層次設置基礎型、設計型、綜合型以及仿真實驗等，體現(xiàn)了因材施教、突出了實踐能力培養(yǎng)，激發(fā)了學生的學習興趣及參與實驗的積極性，收到了良好的實驗教學效果。

（3）實驗教學課件、實驗教學網(wǎng)站為學生實驗預習和課后復習提供了豐富的實驗教學資源，為學生創(chuàng)造了一個多角度學習、多方位交流的平臺，所以學生學習不受時間、空間的限制，進一步提高了學生的學習興趣和創(chuàng)新能力，減輕了教師的勞動強度。

（4）“電路實驗立體化教材”獲得了校級優(yōu)秀教學成果一等獎，“實驗教學課件”獲校級優(yōu)秀教學成果二等獎，“電路實驗網(wǎng)絡教學系統(tǒng)”獲得了全國多媒體課件大賽二等獎和江蘇省多媒體課件大賽一等獎，并已鏈接到省級精品課程網(wǎng)站，免費開放，被廣泛瀏覽、引用，產生了良好的示范輻射作用。

4 結束語

立體化教材的建設對新世紀高等教育的教學改革具有至關重要的作用，而電路實驗的立體化教材建設對于整個電類專業(yè)的教學建設有著舉足輕重的作用。這套優(yōu)秀的實驗課程立體化教材，不僅充分考慮到任課教師的教學需要和學生的學習要求，還能促進教學改革的不斷深入，促進教學水平的不斷進步和教學質量的不斷提高。

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