工程教育專業認證背景下電工電子技術實驗教學改革

李建霞+呂宏詩+李艷艷+鄭兆兆

[摘要]適應工程教育專業認證要求，進行電工電子技術實驗教學改革。首先，建立虛擬—實踐相結合的實驗教學模式，為學生提供資源豐富的實驗學習平臺，對學生實踐能力的縱向拓展創造了機會。在此基礎上，構建縱橫交叉多重實驗教學內容體系，既培養學生基本實驗技能，又促進學生全方位能力的開發，培養學生工程認知能力和分析解決工程問題的能力； 建立師生互評的實驗教學質量評價體系，提高學生學習積極性的同時，促進教師進一步完善教學模式，達到雙贏的教學效果。最后以教學內容實例為主線，介紹新電工電子實驗教學體系的具體實施過程。

[關鍵詞]工程教育專業認證；電工電子實驗；虛擬—實踐教學平臺

[中圖分類號]G642.0[文獻標識碼]A[文章編號]10054634（2017）050110050引言

工程教育專業認證是隨著工程科學化運動的深入，工程教育與工程行業實踐日趨脫離的情況下出現的[1]。它是以保證與改進高等學校工程技術領域相關專業的教育質量為目的，由專業認證機構對高等學校相關專業進行評估，以確定其是否達到既定的專業最低標準的一種資格認定[24]。實驗實踐教學作為高等學校培養學生工程能力的一個重要環節，在工程教學專業認證過程中占有舉足輕重的位置[5]。

《電工電子技術實驗》課程作為非電類學生的一門基礎專業課程，包含“電工電路”“模擬電路”“數字電路”三部分實驗內容，既可以指導學生進行簡單的基礎實驗，又可以指導學生設計復雜的綜合實驗[68]。相較于電類學生，非電類學生課時少、課程內容多，電類理論基礎薄弱，如何在有限的教學時間內，既能保證非電類學生扎實掌握電工電子技術課程的基礎理論和基本實驗技能，又能迎合工程教育專業認證的需求，讓學生對電工電子課程有一個整體的認識和理解，培養學生一定的工程技能，同時對學有余力和學有興趣的學生，提供更高的研究學習平臺，是值得教師們努力的方向。

針對此問題，燕山大學電工電子國家教學示范中心（下簡稱教學示范中心）對電工電子技術實驗課程進行改革，結合電子信息技術快速發展的時代特點，引進Proteus軟件教學，構建網絡化實踐教學平臺，建立虛擬—實踐相結合的實驗教學模式。在此基礎上構建多層次實驗內容體系，建立師生互評實驗教學質量評價體系，所教授的專業已經有兩個順利通過國際工程教育專業認證。

1電工電子技術實驗課程改革

教學示范中心從軟硬件結合的教學模式、層次化的教學內容、師生雙向互評實驗教學質量評價體系三個方面對電工電子技術實驗進行改革。

1.1迎合互聯網+時代背景，采用虛擬—實踐相結合教學模式，為學生提供資源豐富的實驗學習平臺Proteus軟件是由Labcenter Electronics公司開發的嵌入式系統設計與仿真平臺，擁有巨大的教學資源，可以用于模擬電路與數字電路、單片機與嵌入式系統、微控制器系統的綜合實驗、創新實驗與畢業設計等[912]。教學示范中心在實驗室硬件建設的同時，結合信息技術高速發展，學生普遍擁有電腦的時代特點，引進Proteus軟件教學，采用虛擬—實踐結合的實驗模式，為學生提供新型的、資源更加豐富的實驗教學平臺。

新型實驗教學平臺分為虛擬平臺和實踐平臺兩個部分，實踐部分實在課堂完成，虛擬部分在課前完成。硬件實踐平臺包括電工實驗臺、模擬電子實驗箱、數字電子實驗箱三個實驗模塊，用于完成學生課堂實驗。軟件平臺主要包括Proteus安裝軟件源和軟件安裝方法指南、Proteus軟件平臺的使用方法和實例介紹、課前軟件實驗內容模塊的實驗要求等等，具體見圖1。第5期李建霞呂宏詩李艷艷鄭兆兆工程教育專業認證背景下電工電子技術實驗教學改革

教學研究2017

圖1虛擬—實踐結合實驗平臺1.2依托虛擬—實踐相結合的實驗教學模式，構建多重實驗教學內容體系，培養學生全方位能力由于課堂教學學時有限，無法滿足工程教育專業認證對學生全方位能力培養的要求，教學示范中心充分利用學生課前空閑時間充足的特點，將每次課的實驗內容分為兩個部分：課前虛擬仿真學習和課堂硬件操作實踐。課堂實驗重視學生基礎實驗技能的培養，在實驗室硬件平臺上完成；課前虛擬實驗部分采用項目—綜合式的層次化教學，即拓展實驗教學平臺，培養學生解決分析問題能力、創新能力和基本的工程能力。課前實驗和課堂實驗結合的多重實驗教學內容體系，既培養學生應必備的基礎實驗能力，又兼顧學生工程應用能力的拓展。其特點如下。

1） 課堂實驗以培養學生基本實驗能力為目的，實驗內容分為三部分：實驗儀器的使用方法和操作規程講解、驗證型實驗內容操作、調試實驗電路的方法分析及技巧。前兩部分內容培養學生的基本實驗操作技能和對課本重要基礎原理的理解和掌握，第三部分內容培養學生實驗過程中分析解決問題的能力。學生在解決分析實驗過程中出現的實際問題的時候，結合課本所述基本理論分析解決實驗中出現的非正常現象，同時也加深了對理論課堂所講基礎原理的理解；理論實踐相互促進，完善學生理論結合實際的能力。

2） 在傳統教學內容的基礎上增加了虛擬仿真平臺實驗內容。這部分內容由學生課前在軟件實驗平臺上自主完成，充分發揮了軟件設計的優勢：直觀、簡單、排錯方便、容易理解，學生可以很容易地把自己的想法付諸軟件實現，對于鍛煉學生的創造力，提高學生創新能力和解決分析問題的能力，提供了切實可行的實驗學習平臺。并且，虛擬仿真平臺的實驗內容采用模塊—綜合式的層次化實驗內容模式，具體結構如圖2所示。前三次實驗分別對應一個小的實驗模塊：模塊一、模塊二和模塊三。三個模塊分別針對本次實驗課涉及的實驗內容部分進行設計。第四次課的綜合實驗內容是前面三個實驗模塊的結合，前三次軟件平臺上的操作串接起來就得到了最后的綜合實驗。綜合實驗的完成，學生對這門課形成一個整體印象，對于學生工程應用能力的鍛煉起到引導作用。有興趣和學有余力的學生，在完成教師布置任務的基礎上，獲得進一步拓展學習的平臺，也為他們以后參加各類競賽、進行畢業設計以及就讀研究生打下了很好的基礎。軟硬件結合多層次的實驗內容體系，不但教授學生一門課程，重要的是教授了學生如何學習研究電工電子的一個方法，給學生創造了一個簡單的實踐平臺。圖2多重實驗內容教學體系endprint

1.3面向教師和學生，構建科學量化的師生互評實驗教學質量評價體系教學示范中心參考CDIO工程教育模式建立了科學量化的實驗教學質量評價體系，在以學生為主要考核對象的基礎上，增加了對教師的考核量化標準，雙向的考核機制既有助于提高學生學習的積極性，也有助于教師進一步完善教學方法、手段、內容等等，提高教師教學的針對性，進一步提高教學效果。學生的考核包括預習情況、操作情況、實驗完成情況、實驗分析和總結情況四個方面，作為學生最終實驗成績的依據。對教師的考核針對教學改進工作進行，由學生對教師進行網上評價，主要包括教學內容是否飽和，教學態度是否認真負責，實驗教學內容的難易程度是否合適等，學生對教學的建議也可以反饋。雙向的教學質量評價體系直接依托于軟件教學平臺，每次課后，教師和學生在軟件平臺上相互給出評價，相互反饋，相互督促，相互改進，形成一個良性的教學環境。具體的教學評價模式如表1所示。

表1師生互評實驗教學質量評價體系

評價

主/客體評價標準教師評

價學生預習得分（20%）A B C D操作得分（30%）A B C D完成情況（30%）A B C D分析總結（20%）A B C D學生反

饋教師教學態度是否認真負責（50%）A B C D教學內容是否飽和，難易是否合適（50%）A B C D課程建議及意見2電工電子技術教學改革實例分析

基于以上改革理念，教學示范中心建立了一套完善的針對非電類學生的電工電子實驗教學體系，表2列出了具體實驗內容和操作模式。電工電子技術實驗共有10個學時，分4次實驗來進行。表2電工電子技術實驗課程改革細化表

學時操作平臺實驗內容能力矩陣分析實驗一

（電路）2（課堂）硬件課前軟件戴維南定理基礎知識點理解掌握、初步分析解決問題能力電工技術實驗裝置 DGJ3型 的使用方法以及排錯步驟方法基本實驗技能、初步分析解決實際問題能力單相橋式整流電路分析解決分析問題能力、創新能力、研究學習能力實驗二

（模擬電

子技術）2（課堂）硬件課前軟件集成運放的比例、求和運算電路基礎知識點理解掌握、初步分析解決問題能力模擬學習機、萬用表的使用方法及

實驗過程中的排錯步驟及方法基本實驗技能、初步分析解決實際問題能力采用運算放大器產生占空比可調的方波電路解決分析問題能力、創新能力、研究學習能力實驗三

（數字電

子技術）2（課堂）硬件課前軟件門電路的測試及組合邏輯電路的分析基礎知識點理解掌握、初步分析解決問題能力掌握SXJ3C型數字電路學習機使用

方法及數字電路中常見的錯誤排查方法基本實驗技能、初步分析解決實際問題能力采用555定時器產生占空比可調方波解決分析問題能力、創新能力、研究學習能力實驗四

（綜合

實驗）課前軟件4（課堂）硬件三相全控整流電路工作原理仿真及控制實現綜合分析問題解決問題的能力、研究性

學習的能力、創新能力、工程能力實驗一為電路部分實驗內容，課堂實驗為電工技術實驗臺的使用以及排錯步驟方法的分析和戴維南定理的驗證。旨在培養學生使用硬件平臺分析驗證基礎實驗理論的實驗技能，加深學生對戴維南定理的掌握和理解。課前實驗為單相橋式整流電路的分析，在軟件平臺上操作完成，學生可以在軟件平臺上任意分析主電路中各個參數對電路性能的影響，有助于學生分析解決能力、創新能力的培養。Proteus軟件平臺給出單相橋式整流電路原理圖，要求：（1）分析主電路的基本工作原理；（2）負載分別為阻性負載、阻感負載、阻容負載時，電路的工作過程分析；（3）采用Proteus軟件對步驟二分析的電路工作狀態進行軟件仿真驗證。

實驗二為模擬電子技術部分實驗內容。課堂實驗為模擬學習機和萬用表的使用方法，實驗過程排錯步驟及方法的分析介紹，集成運放的比例、求和運算電路實驗。課前實驗為采用運算放大器產生占空比可調方波產生電路的設計與仿真，Proteus軟件平臺給出了采用集成運算放大器產生方波的電路原理圖，要求：（1）分析方波產生電路的工作原理；（2）設計電路參數，分別產生占空比為0.5的方波信號和占空比為0.4的方波信號；（3）根據設計參數，采用Proteus軟件仿真驗證設計正確性。

實驗三為數字電子技術部分實驗內容。課堂實驗為數字電路學習機使用方法以及數字電路中常見的錯誤排查方法、門電路的測試及組合邏輯電路的分析。課前實驗為采用555定時器產生占空比可調方波信號電路的設計及仿真，Proteus軟件平臺給出采用555定時器產生方波電路原理圖，要求：（1）對采用555定時器產生的占空比固定的方波產生電路進行原理分析并采用Proteus軟件對進行仿真，設計參數；（2）在內容一的基礎上設計占空比可調的方波產生電路，分析其工作原理并進行Proteus軟件仿真驗證。

實驗四為綜合實驗。綜合實驗的內容為前三個實驗的課前內容串接起來，得到一個簡單的綜合性的實驗題目：用555定時器產生占空比可調的方波脈沖，觸發用晶閘管構成的單相橋式可控整流電路，產生不同要求的輸出波形。課前實驗要求結合前三個實驗內容，完成綜合實驗整個實驗題目的設計，軟件仿真驗證。課堂實驗在機房完成。教師查看學生實驗結果，解決學生在整個軟件實驗中遇到的問題，對學生進行答辯評價。同時，學生將綜合實驗設計過程整理成實驗報告，分析并總結實驗結果。

前三次實驗課為最后一次綜合實驗的基礎。前三次課的課堂實驗培養了學生基本的實驗技能和解決分析實驗中遇到問題的能力，虛擬網絡平臺實驗的實驗內容加深了學生對實驗四（綜合實驗）的各個知識點的掌握，加深了學生對知識點的理解。實驗四（綜合實驗）讓學生在有限的時間內完成一個簡單的工程性項目。四次實驗課程的有機結合，網絡平臺的有效利用，在有限的時間內，既培養了學生基礎的實驗技能，加深了學生對基本知識點的理解，又讓學生具有簡單而系統的工程實踐學習經歷，培養學生簡單設計和實施工程實驗的能力，掌握基本的創新方法，具有追求創新的態度和意識等，適合工程專業認證的要求。endprint

3結束語

教學示范中心在國際工程教育專業認證大形勢下，針對電工電子技術實驗的特點，充分利用信息化時代的優勢，建立資源豐富的虛擬仿真實驗平臺，為學生提供豐富的學習資源和更大的學習平臺，為學生實踐能力的縱向拓展創造了機會，同時也培養了學生的研究能力、創新能力等。依托虛擬仿真—硬件實踐相結合的教學平臺，構建多重實驗教學內容體系，在原有硬件平臺實驗內容基礎上，增加了軟件平臺實驗內容，項目—綜合式的實驗教學內容，簡單易懂，用逐步遞進的方式培養了學生的工程認知能力和分析解決工程問題的能力。建立了教師—學生雙向的考核體制，提高學生學習積極性的同時，對實驗教師的考核結果也給實驗教師提供了一個教學結果反饋，便于教師針對教學工程中出現的問題進一步改進和完善，為教學工作的改革提供了很好的參考資源。目前教學示范中心所教授的非電類專業——材料成型專業、化工專業兩個專業已經順利通過了國際工程教育專業認證。實踐證明，教學示范中心提出的電工電子技術實驗教學改革是合理的，值得進一步推廣和完善。

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