基于任務驅(qū)動的實驗報告及其在電路分析基礎(chǔ)實驗教學中的應用

李曉冬　姜玉亭　李淑明

【摘 要】針對當前使用的電路分析基礎(chǔ)實驗報告存在的不足，結(jié)合每一項實驗具體內(nèi)容，設計了一套基于任務驅(qū)動的實驗報告，實踐表明，該實驗報告能夠激發(fā)學生的學習興趣，提高教學質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】電路分析基礎(chǔ)實驗；實驗報告；任務驅(qū)動

【Abstract】Aiming at numbers of deficiencies in the experimental reports in Fundamentals of Circuit analysis experimental in use，combined with the specific content of each experiment，we design a set of experimental reports based on task driven. The practice shows that the experimental reports are able to boost students enthusiasm and enhance the teaching quality.

【Key words】Fundamentals of circuit analysis experiment； Experimental reports； Task driven

0 引言

電路分析基礎(chǔ)實驗是我校面向電類工科專業(yè)開設的第一門專業(yè)基礎(chǔ)實驗課。該課程學時短——只有16個學時，要求高——要求學生熟悉多種常用電子測量儀器的使用方法，學會常用元器件的識別測量、掌握電路分析各基本理論的實驗驗證，在此基礎(chǔ)上能夠設計簡單的實驗電路并驗證或得到某個結(jié)論[1]。更具挑戰(zhàn)性的是，課程面向的對象為大一學生，他們普遍課業(yè)繁重，實驗動手能力弱，如果缺少有針對性的引導和強力的驅(qū)動，他們很難在較短的課時內(nèi)高質(zhì)高效地完成學習任務。為此，我們針對以往實驗教學中遇到的問題，設計了一套基于任務驅(qū)動的實驗報告。

1 傳統(tǒng)實驗報告應用在實驗教學中遇到的問題

我校電路分析基礎(chǔ)實驗課程性質(zhì)為獨立設課，在教學進度上與理論課程不完全同步，時常會出現(xiàn)理論教學滯后于實驗教學進度的問題，這就對學生的預習提出了很高的要求，只有經(jīng)過認真預習，深度思考，學生才有可能對實驗原理及實驗過程有一個大致的了解，對可能出現(xiàn)的問題有一定的預判，才有可能跟上實驗課程的授課進度。然而，傳統(tǒng)的實驗報告通常只包括實驗目的、實驗儀器、實驗原理、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)處理幾部分，其中實驗目的、實驗儀器和實驗原理作為預習內(nèi)容在課前完成。每一項實驗的報告格式完全一樣，學生在課前預習時只是將實驗課本上的相關(guān)內(nèi)容抄襲一遍，整個預習過程流于形式，教師在課堂上被迫要抽出更多寶貴的時間才能讓學生弄明白實驗原理和基本操作過程，留給學生獨立做實驗的時間只有1個小時左右，有時候甚至要降低實驗難度，減少實驗內(nèi)容才能勉強完成，更談不上在實驗過程中有思考的時間了。

此外，在實驗過程中，我們還發(fā)現(xiàn)部分學生由于沒有提前在預習時制作好實驗數(shù)據(jù)表格，又要浪費寶貴的課堂時間制作表格；在課后對實驗數(shù)據(jù)的處理不符合規(guī)范，對實驗中出現(xiàn)的問題沒有展開討論。以上種種情況，既有學生惰性的因素，更主要的是在整個實驗教學過程中，缺乏關(guān)鍵性的引導。

2 基于任務驅(qū)動的實驗報告的設計

鑒于以上實驗教學過程中存在的種種問題，我們根據(jù)不同類型的實驗性質(zhì)（驗證性實驗和設計綜合性實驗），針對每一項實驗的具體內(nèi)容設計了一套包含課前預習、實驗過程、實驗數(shù)據(jù)處理、課后反思等不同任務的實驗報告模板。

2.1 課前預習

對于驗證性實驗，主要包括儀器使用（一）、儀器使用（二）、元器件識別與測量、直流電路測量、動態(tài)電路測量、正弦電路測量等六個實驗項目[2]。

在頭兩個實驗中，學生對儀器的使用一無所知，因此我們都在課前預習部分都有側(cè)重性的布置了相關(guān)任務幫助學生熟悉儀器設備，引導學生自主學習。例如向?qū)W生提供示波器、信號源、數(shù)字臺式萬用表、毫伏表、直流電源等儀器的學習視頻，并要求學生根據(jù)學習視頻簡單總結(jié)各儀器的基本使用步驟，在此基礎(chǔ)上，閱讀實驗指導書里有關(guān)實驗基本知識的內(nèi)容，對實驗的基本要求，實驗電路的連接及故障處理，實驗數(shù)據(jù)的記錄、分析與處理有一個大概的了解；進一步的，結(jié)合上述的預習內(nèi)容并通過搜索網(wǎng)絡資料回答幾個有關(guān)儀器使用和實驗基本知識的小問題。

在元器件識別與測量實驗中，我們在課前預習部分要求學生先認真復習前兩次實驗學過的儀器，進一步熟悉各種儀器的使用方法，在此基礎(chǔ)上，自學實驗指導書中元器件一章的內(nèi)容，查閱相關(guān)書籍，并在網(wǎng)絡上搜索相關(guān)知識，寫一份某一種元件識別方法地小論文作為預習報告（包括分類、性能、封裝等）。

當實驗教學進行到最后三個驗證性實驗時，往往會出現(xiàn)前文提到的理論教學滯后于實驗教學進度的問題，針對此問題，在預習部分我們要求學生必須掌握實驗中涉及到的相關(guān)理論知識，如果理論課未講到的，應自學完成，并用自己的語言簡練描述相關(guān)實驗原理，不得抄書。例如在直流電路測量預習部分，學生必須畫出實驗用到的具體電路圖，并針對這一電路用一兩句話及數(shù)學公式描述基爾霍夫定理、疊加定理等理論知識，隨后根據(jù)理論知識計算出實驗數(shù)據(jù)的理論值以方便在實驗中立即進行比對。為了考察學生對實驗原理的預習程度，我們還設計了一些預習思考題讓學生回答，例如在動態(tài)電路測量實驗中，共地的接線方法是實驗的重點也是難點，為此，我們在預習部分要求學生自學實驗指導書中共地的原理后，畫出實驗中實際使用電路及其共地接線圖。

對于設計性實驗，需要學生自主確定電路參數(shù)、連接電路并完成測量，為此我們在預習部分提供了電路的設計指標，要求學生在預習時根據(jù)指標計算出電路參數(shù)，寫出具體的計算過程，畫出電路圖，利用Multisim軟件仿真電路并打印仿真電路圖和波形圖，同時設計出實驗數(shù)據(jù)表格。

2.2 實驗過程

對于驗證性實驗，在該部分中，我們除簡明地介紹實驗操作過程外，還提供了實驗數(shù)據(jù)表格，節(jié)省了在課堂上制作表格的時間。同時我們還要求學生將實驗講解過程中提到的注意事項記錄在該部分中。例如在正弦電路測量實驗中，我們以問答題的形式將相關(guān)注意事項呈現(xiàn)給學生：（1）連接電路前是否應該測量導線和探頭好壞？如何測量？（2）雙蹤法測量相位差時示波器設置應該注意什么問題？（3）雙蹤法測量相位差時如何判斷示波器上兩個波形哪個是U總哪個是UR？（4）向量法測量相位差時UC和UR能否同時測量？為什么？這些問題要求當堂回答在實驗過程中并由教師隨機抽查。學生帶著這些任務聽課，明顯有了緊迫感，實驗效率得到大幅度提升。

對于設計性實驗，我們不再提供具體操作過程和實驗數(shù)據(jù)表格，這些內(nèi)容都要求學生在預習時完成。相關(guān)問題和注意事項同樣是以提問的形式留給學生在實驗測量過程中自己思考。例如在RLC并聯(lián)諧振電路的設計與測量實驗中，有如下問題：（1）RLC并聯(lián)諧振電路的阻抗與輸入信號的頻率有什么關(guān)系？（2）電路發(fā)生諧振時，電路中的總電流和總電壓相位關(guān)系如何？（3）如何改變電路的品質(zhì)因數(shù)？（4）電路中的電流如何轉(zhuǎn)化為電壓用示波器測量？

2.3 實驗數(shù)據(jù)處理

對于驗證性實驗，我們要求學生分析整理實驗中測量的數(shù)據(jù)，在坐標紙上做出相關(guān)曲線圖，同時計算誤差，分析誤差原因，判斷實驗結(jié)果的準確性，提出減小誤差的方法。

對于設計性實驗，我們在驗證性實驗數(shù)據(jù)處理要求的基礎(chǔ)上，還要求學生根據(jù)測量數(shù)據(jù)判斷設計的電路是否滿足指標要求，若不滿足需要分析原因，若滿足則鼓勵學生思考設計出實現(xiàn)更高指標要求的電路。

2.4 課后反思

對于驗證性實驗，我們要求學生在課后完成與實驗內(nèi)容有關(guān)的思考題，若實驗中對同一參數(shù)有多種測量方法的必須比較分析其優(yōu)缺點。例如在直流電路測量實驗中“戴維南定理”部分，分別利用了網(wǎng)絡的外特性測量法和直接測量法兩種方法得到一個有源二端網(wǎng)絡的等效電阻和電壓源，這兩種方法我們要求學生從難易度、誤差率、所需條件等各方面進行對比，得出相關(guān)結(jié)論。

對于設計性實驗，我們要求學生在課后查找資料，寫出實驗電路在工程上的應用實例，讓學生了解自己學到的知識有什么用處，對“學以致用”有更深的體會[3]。

3 試用效果

我們將設計的實驗報告在我校通信、電子等少數(shù)幾個專業(yè)的學生中進行了小范圍的試用，教學效果良好。學生普遍反映在整個實驗學習過程中，不再像以前那樣茫然，不論是預習、聽課、做實驗還是課后總結(jié)都有了清晰明確的目標，知道該做什么，怎么做；他們發(fā)現(xiàn)新的實驗報告很多任務或問題在課本上無法找到現(xiàn)成的答案，需要通過查找資料，深度思考，反復操作練習才有可能完成，在一系列任務的壓力驅(qū)動下，帶著問題聽課，帶著問題做實驗，效率提高了，對所學知識的理解更加透徹，激發(fā)了學生對電路分析基礎(chǔ)課程的學習興趣。同時授課教師也反映，學生的預習質(zhì)量有了明顯提高，授課時能更好地跟上教學進程，因而，教師可以根據(jù)學生在預習部分反映出的問題有針對性的講解關(guān)鍵性內(nèi)容，其余內(nèi)容只需點到為止，節(jié)省了寶貴的實驗時間；學生對實驗數(shù)據(jù)的處理更加規(guī)范；不論課前預習還是課后反思都能有效地將實驗教學延伸到課外，大大拓展了課程學習時間，實驗課時短的問題得以有效解決。

4 結(jié)語

基于任務驅(qū)動的實驗報告的使用，改善了電路分析基礎(chǔ)實驗教學過程中長期存在的種種問題，降低了學生對教師的依賴性，有利于培養(yǎng)學生主動學習、實驗、思考，提高了教學效果。

【參考文獻】

[1]李曉冬，李淑明.電路分析基礎(chǔ)實驗教材中引入工程應用的探索[J].大眾科技，2015（9）：193-194.

[2]黃品高，李曉冬，陳震華.電路分析基礎(chǔ)實驗·設計·仿真[M].成都：電子科技大學出版社，2008，9.

[3]王源.談在電路課程教學中的工程應用范例[J].考試周刊，2014（67）：171-171.

[責任編輯：楊玉潔]