電工電子學課程研究性實驗教學模式改革與實踐

王心剛, 賀 利, 張冬至, 任旭虎

(中國石油大學(華東) 信息與控制工程學院， 山東 青島 266580)

電工電子學課程研究性實驗教學模式改革與實踐

王心剛, 賀 利, 張冬至, 任旭虎

(中國石油大學(華東) 信息與控制工程學院， 山東 青島 266580)

提出一種適用于電工電子學課程研究性教學模式的實驗教學方式。該教學方式將實用性或趣味性電路與課程內容融于一體，采用制作的實物電路激發學生學習課程的熱情，引導學生靈活運用所學知識。該實驗教學方式貫穿于整個課程學習期間，實驗內容靈活多樣，成效明顯。實踐證明，這種實驗教學方式有利于培養學生分析問題解決問題的能力、動手實踐能力和自主學習能力。

電工電子學； 研究性教學模式； 實驗教學； 自主學習

0 引 言

對于“電工電子學”這門理論性和實踐性都很強的課程，各高校都在實驗教學方面進行了多方面的改革，來提高學生的創新能力和工程實踐能力，比如提高實驗教學的比重，將實驗內容分類分層次，減少驗證性實驗，增加設計性和綜合性實驗，引入仿真軟件，開放實驗時間等措施，取得了很好的教學效果[1-11]。

我校為了更好地貫徹教育部的“卓越工程師教育培養計劃”，成立了拔尖班和卓越班。拔尖班和卓越班的學生是通過選拔的精英學生，他們吸收知識快、學習積極性高，且采用小班授課。學校鼓勵在這些班開展教學模式改革，因此作者對裝控拔尖班2013級“電工電子學”課程采用研究性教學模式授課。研究性教學模式在培養學生自主學習能力、提高工程實踐和創新實踐能力等方面展現出很大的作用，許多高校在不同課程中進行了實踐，并取得了一定的效果[12-15]。

作者根據多年的授課經驗，針對課程實踐性強的特點，授課過程中強調動手做電路，用電路吸引學生學知識，用電路引導學生運用知識。實驗教學上采取全程實驗模式，實驗時間貫穿課程學習期間，實驗教學與理論教學有機融合，給學生充分的思考、驗證、分析、實踐的時間，學中做，做中學，在學與做中消化吸收運用知識。

1 研究性教學模式中“電工電子學”實驗流程

研究性教學模式中理論教學和實驗教學融為一體，不再細分。理論教學采取精講基礎知識、泛講器件應用電路、微視頻輔助教學等措施，使學生在扎實掌握基礎知識的同時，減少理論教學的學時，并將這部分學時用于實驗教學上。傳統實驗課所占學時約為總學時的20%，研究性教學模式下實驗課學時約為總學時的40%。實驗學時的增多，為學生動手實踐提供了時間保障。實驗教學流程如圖1所示，主要包括選題、確定方案、制作電路、功能展示、提交電路報告等環節。

1.1 選題

開學第一次課給學生詳細講述了本課程學習的要求，給出期末成績評分標準，將電路任務發給學生，讓學生自主選擇，一人一題，一周后確定名單。

1.2 確定方案

方案確定包括查閱資料、篩選方案、電路仿真、PPT答辯、提交設計報告等步驟。學生邊上課邊查資料，選擇實現電路的方案。由于學生是在課程初期選擇方案，所選方案來自查閱的各種資料，學生沒有能力判斷方案是否可行，或者方案在實施時是否難度合適，這就需要和教師反復溝通，最后確定合適的方案。這一環節教師起了引導和決策的角色，非常關鍵。方案確定后，學生自己分析電路原理，并將電路仿真，仿真時學生會發現查閱來的電路并不是很完善，里面存在的諸多問題，需要繼續完善方案。在完善方案期間，學生需要自學一些超出課程范圍的知識。對于這些超綱內容，學生自學無法理解透徹的，教師單獨輔導講解。

理解方案原理并完成電路仿真后，全班分成3組進行PPT答辯，答辯時學生不僅要講清楚電路原理，還要回答教師的問題。

這一環節，教師要付出相當多的時間去和學生進行密切交流，保證學生有問題及時得到解決。

1.3 制作電路

制作電路分3步驟：

(1) 熟悉實驗室環境、儀器儀表和基本元器件的使用。為了讓學生熟悉實驗室環境、儀器儀表和基本元器件的使用，有些理論課內容放在實驗室里進行，比如二極管、三極管、基本放大電路、運算放大器、數字電路芯片等內容，在實驗室學生邊聽理論知識，邊搭建簡單電路并熟悉器件。這里的簡單實驗可以采用實驗書中的常規實驗。每個學生設計的電路不同，里面會用到不同的器件，學生需自主設計實驗電路，熟悉所用到的特殊器件。

(2) 在面包板上搭建、調試電路。這是做電子電路的常規步驟，由于電子元件參數的分散性、偏差、非線性等原因，根據理論計算的參數和仿真的參數制作出的實際電路，總會出現問題，為了便于調試電路參數，先在面包板上搭建電路，調節參數。將方案用元器件搭建出來，看到實物，學生的興趣非常高。當電路中出現問題，總是先自己分析查找，有些故障比較容易查出，有些故障查起來比較困難。由于時間充足，學生并不急于完成電路，能沉下心想辦法排除故障。有些故障排除耗費兩天課余時間，把電路搭建十多遍的都有。還有些故障，教師需自已搭建電路和學生一起分析故障原因，找到解決方案。這一環節要求教師動手能力要強，熟悉一些實用電路。學生在做實物電路中遇到的問題千奇百怪，開始學生能沉下心思考，自己實在解決不了，請同學幫忙，如果還解決不了，求助于教師。如果教師不能及時解決，意味著后續環節就得拖延，學生就會產生焦慮急躁的情緒。因此，采用這種教學模式的教師前期一定要做好準備工作，盡可能多地儲備知識。

(3) 在電路板上焊接電路。很多學生是第一次焊接電路，教師要給學生演示如何使用電烙鐵、如何防止虛焊、器件如何排列、布局、如何走線等。通過這個階段的訓練，學生動手能力有了明顯提高。為后續的電工電子實習或參加電子設計競賽打下了良好的基礎。

1.4 電路功能展示

學生完成電路后，自己準備好講解內容，教師錄制學生電路功能展示視頻。錄制好的視頻可作為教學資料保存，在今后的授課中可以放給學生觀摩。電路功能展示環節不僅督促學生獨立完成電路、熟悉電路的工作原理、熟悉電路的工作過程，還鍛煉學生的口頭表達，增加學生的成就感。

1.5 提交項目報告

電路完成后，學生需要提交項目報告，主要包括電路原理、仿真電路、實際調試出來的電路圖、原理分析、故障排除情況說明、知識點應用的體會等內容。

2 研究性教學模式中“電工電子學”實驗教學的特點

2.1 實驗時間充足

傳統實驗一個實驗通常2個學時。由于學生對實驗課的重視程度不夠，很多學生預習報告敷衍了事，做實驗比著葫蘆畫瓢，不了解實驗電路原理，看到別的同學完成電路，著急浮躁，遇到問題不能靜心解決，甚至抄別人的數據交給老師，實驗老師即使發現數據有問題，也沒有時間和設備讓學生重做。

研究性教學模式下的實驗教學，實驗時間貫穿整個學期。實驗流程中的每一環節都留有充分的時間，每一個學生有問題都可以通過課前課后、QQ群等方式和教師溝通，得到教師及時的指導；教師發現某個學生的問題，及時反饋給學生，督促修改完善電路；同學之間可以交流電路原理，幫忙查找故障原因。提供充足的實驗時間讓學生定心靜氣地研究電路并制作電路。

2.2 過程考核維持學生高漲的學習熱情

有趣的電路引發了學生學習的熱情，如何讓這股熱情一直持續下去,實驗時間充足是研究性教學模式下“電工電子學”實驗教學的一大優點，但如果不加以過程考核，學生很容易由學期初的興趣盎然變成學期末的敷衍了事。

過程考核從實驗流程中的第二個環節起，每一部分在期末總評中都占一定比例，比如確定方案和制作電路中的常規實驗、創新性實驗占20%，制作電路中的面包板調試和電路焊接占30%，功能展示和電路報告10%，另外為督促學生徹底弄清電路原理和制作電路時出現故障的原因，設置電路問題回答環節，該環節占10%。

2.3 實驗教學促進學生的自主學習

學期初，學生要查資料確定電路方案，此時學生對電路原理并不理解，但知道后面要完成它，這就督促學生在課程學習中格外用心，比如在后面實驗電路實例中單相電實現三相電的電路就是理論學習中的一道課后習題，做這個電路的學生會主動地去研究這道題。對于不理解原理的電路，比如需要自學的三相整流電路，要求學生先搭建仿真電路，觀察電路波形或測量電路數據，用現象或數據總結電路功能，進而幫助理解電路原理。因此本課程學習完，學生還自學了Multisim仿真軟件[16]，并能熟練使用它。

2.4 教學相長的實驗模式

在完成電路的過程，學生選擇的方案、遇到的問題都是教師無法預料的，因此需要教師不僅要有扎實的理論知識，還要有過硬的動手能力，否則學生方案是否正確，在做電路過程中遇到的千奇百怪的問題很難及時回答，影響教學進度，甚至會導致學生對完成電路喪失信心。在解決學生問題的過程中，教師不斷地學習、創新、實踐，提高了業務能力。

2.5 實驗成果明顯

課程學習結束后，學生將學期初的任務書做成了可以操作的實用電路，成就感不言而喻。學生完成的電路教師可以作為教學資料保存起來，在今后的教學中使用。

學生完成的部分電路如圖2所示。

圖2 學生完成的實驗電路作品

3 實驗電路實例

研究性教學模式中實驗電路的選擇很關鍵。電路內容除了涉及本學期所學內容外，還有些內容需學生自學完成。

在選擇電路時應遵循下以下幾條：① 電路題目最好有實際含義或工程背景。② 電路所涉及內容盡量包含課程主要知識點。③ 電路難度適中，學生通過自學或答疑能夠理解電路原理。④ 電路具有直觀性、趣味性、實用性。⑤ 電路使用基本器件可以實現。

針對實施班級，筆者設計了相序指示和缺相保護電冰箱多功能保護器、能畫出聲音的鉛筆、精神壓力緩解器、蓄電池過壓過流保護電路、過量程報警的頻率計、汽車前燈自動變光控制電路、花盆缺水告知電路、反應速度測試器、塑料袋封口機等具有實用性或趣味性的、用常規器件可以實現的26個實驗電路。

比如在相序指示和缺相保護電冰箱多功能保護器中，設計完成的電路滿足下列要求：① 將單相交流電轉換成三相交流電；② 檢測三相交流電的相序；③ 三相電源缺相檢測；④ 檢測結果顯示電路。實現該電路，涉及正弦交流電路、半導體器件、比較器、觸發器、直流穩壓電源等課本知識，學生還需自學三相整流的知識。圖3是學生做的缺相檢測及顯示的仿真電路。

4 結 語

研究性教學模式中實驗教學貫穿整個課程學習期間，既有常規實驗幫助學生理解課本知識，又有學生自己設計的個性實驗幫助理解自學的內容，還有綜合性很強的電路引導學生學習運用理論知識，感受學有所用的樂趣。整個實驗過程，學生從查閱資料、動手實踐、口頭表達、報告撰寫、相互協作等方面得到了鍛煉。通過實踐證明，該實驗教學模式有利于培養學生的動手實踐能力和自主學習能力。

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Reform and Practice of Research-Oriented Experiment Teaching Mode in the Course of Electrical and Electronics

WANGXingang，HELi，ZHANGDongzhi，RENXuhu

(College of Information and Control Engineering, China University of Petroleum(East China), Qingdao 266580, Shandong, China)

This paper presents a suitable research-oriented mode in experimental teaching for the course of electrical and electronics. The learning of theory knowledge is combining with the making of practical and interesting circuit in this teaching mode. The fabrication of these circuits is beneficial to stimulate the learning enthusiasm of students, as well as guide students to apply what they have learned. The experimental teaching mode is performed throughout the period of the course learning with facile and diverse experimental content, and effective and obvious results are obtained. It is proved that this way of experimental teaching is good to cultivate students' ability of analyzing and resolving problems, practical ability and autonomous learning ability.

electrical and electronics; research-oriented teaching mode; experimental teaching; autonomous learning

2016-05-30

山東省重點教改項目“基于能力培養的電工電子學課程體系與教學模式的探索與實踐”(2015Z025)，中國石油大學(華東)教改項目(YK201320，YK201411)

王心剛( 1969-) ，男，山東高密人，學士，副教授，研究方向電氣控制及自動化。

Tel.：18266639970; E-mail: wxg7038@ sina.com

G 642.423

A

1006-7167(2017)04-0188-04