新型電路實踐教學模式探索

摘要：結合教育部卓越工程師培養計劃，針對電路實踐教學的現狀，探討了一種新型的電路實踐教學模式。實踐證明，這種新型的教學模式更能開發學生的創新綜合思維能力，更有利于創造性與復合性實用型人才的培養。

關鍵詞：教學模式；實踐教學；創新綜合

中圖分類號：G642.423#8195；#8195；#8195；#8195；#8195；文獻標識碼：A#8195；#8195；#8195；#8195；#8195；文章編號：1007-0079（2014）18-0078-02

科學技術的突飛猛進和產業結構調整步伐的加快，迫切要求人們在高等教育中要培養出更多、更好的創造性與復合性實用型人才。[1]然而在目前的高等教育中，普遍存在重理論知識傳授、輕實踐能力培養的現象，這無疑限制了學生創新綜合思維能力的開發，導致學生不能對知識進行融會貫通，理論與實際脫節。而加強實踐環節的創新綜合性，能極大地激發學生的積極性和主動性，有利于培養創造性與復合性實用型工程技術人才。為此，在電路實踐教學中嘗試先行引入工程案例，向未踏上工作崗位的青年學生介紹各種企業行業的工程案例，激發學生的學習興趣，期許這種新型實踐教學模式能夠使學生更牢固地掌握課程所學的知識，并使學生更早地接觸工程實際，以加強學生綜合素質的培養。

一、電路實踐教學現狀

電路課程是電類專業學生的專業基礎課，也是該專業學生接觸的第一門關于電的課程。其課程內容以最基本的電路元器件和電路基本定律定理為主，實踐教學安排更多地傾向于驗證性實驗，即驗證基本定律定理和分析方法的正確性。[2]即使有開設綜合性或者設計性的實驗，由于電路理論中所學知識的局限性，學生獨自設計電路還有很大難度，所以多是先告訴學生完整的電路圖，然后學生簡單模仿，按照電路圖連接元器件和導線，再觀察波形，測試相應數據。該實踐教學模式下培養的學生，難以解決將來要面對的實際工程問題，其掌握的理論與做研發要具備的科研實踐能力完全脫節。

二、電路實踐教學的改進嘗試

基于電路實踐教學的現狀，作為培養工科類學生的院校，配合教育部卓越工程師培養計劃，課題組進行了一種新型電路實踐教學模式的嘗試，該模式分為三個步驟進行。以二極管與電容為例，以往理論和實驗課講到二極管時往往先陳述二極管的構造、伏安特性，進而引入二極管的單向導電特性，做實驗時就是要求學生描繪伏安特性曲線，以及用整流電路來闡述二極管的單向導電特性。

課題組將電路實踐教學安排作了較大改動：

步驟一：由教師拿一些與工程實例結合的PPT圖片，從整個工程的工藝開始講解，以激發學生的興趣，進而在動畫圖片中循著各種控制組件最后再把敘述落到執行機構的輸出組件——繼電器，以及聚焦繼電器線圈上反向并聯的二極管，或者阻容。這樣就可以在應用的場合下給學生講述涉及到的各種元器件的作用和理論知識，如二極管在該場合起吸收反向電動勢的作用，因此也稱為續流二極管，而并聯的阻容元件則是在有電路干擾的情況下作為浪涌吸收。在該步驟中主要給學生安排了基本電路元件（二極管、電容、繼電器）的理論知識及1～2個應用實例，穿插著講述阻容吸收繼電器觸點火花，可以讓學生在后續課程中對固態繼電器的應用有一個感性的對照認識。

步驟二：讓學生分組復習相關知識，并自行擬定在應用場合下，如在電氣抗干擾命題下設計一個抗干擾的實驗，并由教師規定中期檢查的時間和形式。

步驟三：學生在實驗室完成實驗后，利用視頻和表格曲線記錄下實驗數據和過程，然后組織同學答辯，答辯形式由分組學生根據各自在實驗中的分工不同來介紹自己完成的內容，然后回答教師的問題。

三、改進模式下的結果分析

課題組以電子信息工程專業卓越工程師班級的電路課程為實驗對象，布置了一個題為“抗干擾”的大作業，要求學生3～4人一組，圍繞“抗干擾”這一主題，結合所學知識，查閱資料，對抗干擾從最先的感性認識上升到理性認識階段，并根據喜好設計一種簡單的抗干擾方法進行實驗。下面選幾組學生的作業進行分析：

第一組，該組學生對電路中的電氣干擾及其消除方法很感興趣，雖然他們的理論知識儲備還遠遠不夠，但是通過教師對工程案例的介紹，認知了“干擾”概念，了解了干擾存在于電氣電子通訊等所有場合。在現有的實驗條件下，他們想模擬繼電器觸點火花在電路中產生的干擾，首先他們碰到的問題是如何模擬“制造出”火花，雖然學生沒有實際生產經驗，但這正是工科學生教改模式的主導方向。對實驗興趣濃厚的學生通過與教師多次交流，了解到繼電器在觸點上涂有貴金屬是為了增加吸合次數減少火花，就把繼電器拆開，用小挫刀把觸點上的合金材料小心地挫去，然后搭建一個簡單的小型電路，并分別接電阻性負載和感性負載，以觀察火花發生的情況?？梢钥吹皆诟行载撦d（如電動機）觸點接觸不好的情況下，負載的通斷會在觸點上產生火花。隨后在繼電器驅動端并接反向續流二極管，用于吸收繼電器線圈的反向電動勢，在繼電器負載端并接RC阻容吸收電路，用于吸收負載火花。在實驗過程中還可以接上示波器觀察加接二極管及RC阻容電路前后的波形變化情況。并且給學生介紹了那種無觸點無火花、可以頻繁吸合的固態繼電器的特點、應用場合及其價格的不同。

第二組，學生利用實驗室現有的信號發生器和示波器連接音頻線，分別觀察在音頻線上加鐵氧體磁環與不加鐵氧體磁環兩種情況下示波器顯示的波形。該實驗要求學生能夠得到頻率連續的輸出信號。學生仔細閱讀信號發生器的說明書，把不常用的掃頻輸出這項功能挖掘出來，提高了實驗的精確性和有效性。這次實驗的不足是示波器的頻率響應范圍為0～20MHz，無法繼續增大頻率觀察，難以把音頻信號和干擾信號準確地模擬出來，實驗現象也很難說明問題，但是學生對大量資料的閱讀分析和實驗條件的創造，拓寬了知識范圍。

第三組，WIFI的抗干擾能力分析。學生使用微波爐產生微波，使用智能手機產生藍牙信號，利用筆記本電腦在不同距離下測定信號的參數。實驗說明這些干擾對路由器的確有影響。存在的問題是受實驗設備條件的限制，采集的數據量不是很多，很難斷定數據的變動是否是微波爐或者藍牙設備造成的。但是學生根據微波泄漏的微波信號頻率和藍牙信號頻率有波段重疊來設計實驗與設置實驗條件，并編制軟件把信號捕捉的曲線、通訊信號的丟包率的顯示界面均做得很好，教師也受到很大啟發，教師與學生在教與學的互動上都得到了進步。

從學生完成大作業的整個過程來看，雖然有些實驗沒有數據與曲線，但是學生反映普遍較好，認為和原有的教學模式有很大不同，學生的思維一直處于積極主動的狀態，發揮出很大的主觀能動性查閱資料，把大綱之外的知識也融合進來，積極開動腦筋完善實驗條件，利用實驗室現有設備完成實驗，在思考過程中實現了創新和對知識的重新“整合”與組裝。這也是本階段學生的培養目標。

筆者認為，這種新型的電路實踐教學模式，一是可以讓學生對理論課上學的各種元器件如電阻、電容、電感、二極管、繼電器及其應用有了感性認識。二是在選用器件時，如續流二極管、阻容吸收電路的二極管型號、電容的數值的選定可以由教師第一時間指導并分析，這樣也增加了理論課的內容。三是結合卓越工程師培養計劃，加強了工科類學生的動手能力，如引導學生模擬出觸點打火花的現象。四是結合實驗內容，讓學生擴展視野，如初步了解干擾的現象及其防范措施，這樣也為后續課程的設計打下了認知基礎。五是培養學生團隊協作精神，實驗各個內容分工不同，但是又需要學生共同完成，該過程使學生在各方面均得到了鍛煉和提高。

四、新型電路實踐教學模式對師生的要求

首先，教師布置的題目要合適，最好能聯系實際，給出的范圍要在學生的能力要求范圍內。比如“抗干擾”主題，因為抗干擾現象無時無處不在，學生對這個概念比較容易形成感性認識。再加上教師在課上介紹了干擾的種類、形成機理及其危害，列舉了一些常見的抗干擾措施，還帶領學生專門去電子市場對抗干擾元器件做調研，使得學生對此概念的理解進一步深化，興趣不斷提升。

其次，學生要在現有的條件下，在自己能力范圍內設計簡單的實驗，得出結論，總結已解決的問題，指出實驗的局限性和實驗不完善的原因，而不是對已成型的理論進行驗證。

最后，要求教師與學生能夠有機地結合。在創新綜合思維中，學生猶如教師手里的風箏，既要放出去，又要收回來。放出去是為了讓他們看得更高更遠，收回來是讓學生的思維不能偏離主題。在創新綜合思維的培養中，教師要鼓勵學生大膽思考，盡可能讓學生沿著他們的思路想問題，有時學生會思考得不太全面、不太深入、不太準確，甚至在思考過程中出現了誤判，這都是很正常的現象，這時教師要保護他們思考問題的積極性，盡可能地采用啟發式方法進行補充完善。

五、結束語

提倡新型的電路實踐教學模式更能激發學生對后續專業課程的興趣和積極性。實踐表明，這種教學模式能讓學生在思考過程中自由馳騁，充分發揮自己的綜合能力和創新性，主動地汲取新知識，并將所學知識應用到工程實踐中，提高了學生的綜合分析能力和創新實踐能力。

參考文獻：

[1]嚴冬冬.如何在模擬電路教學中培養學生的發散思維[J].大眾科技，2010，（6）.

[2]邱關源.電路分析 [M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.

（責任編輯：孫晴）