工程教育認證背景下電路實驗教學改革

摘 要 為達到工程教育認證對學生畢業要求的標準，對電路實驗課程的內涵要求、教學內容設計、考核評價機制進行探索和實踐，運行成果表明，學生各項能力得到提高并達到工程教育認證標準。

關鍵詞 工程教育認證；電路實驗；實驗室；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）02-0127-03

1 前言

由中國工程教育認證協會組織實施的工程教育專業認證是針對高校本科工程類專業開展的人才合格評價工作，是能夠在國際工程教育質量保證體系中認可和通行的評價機制[1]。工程教育專業認證的核心教育理念是以產出為導向，把學生作為社會需求的、能夠解決復雜工程問題的“產品”來確定培養目標，制訂培養方案，實施教學活動[2]。因此，在工程認證背景下，許多傳統的教學理念、教學模式已經無法適應這種趨勢，需要圍繞對學生培養的輸出成果和畢業要求進行改革。

工程教育認證對專業考查的重點是實踐教學環節，而實驗是高校實踐教學環節的基礎，是培養學生動手實踐能力和獨立解決問題能力的重要途徑[3]。作為電類專業的學生，電路基礎實驗課是一門承上啟下的必修工程類基礎課程，其肩負著對學生實驗規范操作能力、實驗故障排除能力、實驗方案設計能力、實驗報告撰寫能力等的初步培養，同時為以后專業實驗課程所需的能力培養打下基礎，因此在工程教育認證過程中占據重要地位。本文以常熟理工學院自動化專業（卓越計劃）的“電路與電子實驗（A1）”課程為例，闡述在工程認證背景下的教學改革理念和教學體系設計。

2 工程教育認證對電路實驗課程內涵要求

為符合工程教育認證的標準，實驗課程需要重新評價其所在專業課程體系中的地位和作用，并按照工程教育認證對培養學生工程知識能力的要求進行能力分解，根據能力與畢業要求關系矩陣，得到這門課程所支撐的所有畢業要求指標點，從而有針對性地進行教學設計改革。

課程在所屬專業課程體系中的地位和作用 “電路與電子實驗（A1）”即電路基礎實驗課程，是高等學校本科自動化類專業的第一門重要的專業基礎實踐課，主要任務是幫助學生學習和掌握正確使用各類電子儀器儀表、基本測量和研究方法以及電路電子技術基礎知識及其運用，并通過工程性和功能性相結合的實踐研究環節，培養學生積極思考、主動學習、自主動手和獨立解決復雜工程問題的研究能力和創新意識，為后續專業課程和從事工程技術奠定基礎。

課程培養學生的工程知識能力和支撐的畢業要求指標 根據課程所處地位和主要作用，并對照工程教育認證標準，“電路與電子實驗（A1）”課程重點培養學生以下工程知識能力。

知識能力1：掌握基爾霍夫定律、疊加原理、戴維南定理和諾頓定理的基本原理及其驗證方法，掌握受控源控制特性和負載特性及其測試方法，掌握一階電路、二階動態電路的響應規律及其測試方法和RLC串聯諧振電路特性的研究方法，掌握阻抗參數測量和功率因素改善方法等。

知識能力2：熟練地掌握示波器、函數信號發生器、交流毫伏表、萬用表等常用電子儀器的使用方法，并能夠運用自動化工程仿真軟件或技術。

知識能力3：能夠根據實驗要求和任務，綜合運用所學電路知識和相關文獻研究，獨立選擇實驗所需元器件，并能夠設計多種可行的實驗方案，對實驗結果進行分析，得出實驗過程的影響因素和實驗結論。

知識能力4：能夠針對特定的電路電子系統，運用電路知識進行建模并計算元器件參數，根據系統指標合理地制訂實驗方案，方案應具有可行性和創新性，搭建實驗系統并安全地開展實驗。

對照2015版認證標準的畢業要求內容，上述四個知識能力所對應和支撐的畢業要求指標[4]如圖1所示。通過對工程知識能力的分解和所支撐的畢業要求指標的一一對應關系，就可以對電路實驗課程進行教學設計，在實驗過程中體現和實現相關畢業要求，以此達到培養學生工程能力的目的。

如圖1所示，在工程教育認證下，課程對應和支撐的畢業要求更加清晰和明確，而且往往圍繞解決復雜工程問題的相關指標數量較多，這不同于以往實驗課程的教學要求。傳統實驗教學以驗證性實驗為主，主要培養學生動手實踐能力；而在工程教育背景下，課程更加注重學生獨立思考能力，運用所學知識、先進自動化技術和通過查閱搜集相關文獻，設計有創新性的多種實驗方案，并能夠解決具有一定復雜性的工程問題。這就要求對傳統的教學設計進行改革。

3 電路實驗課程教學設計改革

為達到工程教育認證的要求標準，電路實驗室從實驗內容和要求、教學方式、考核評價機制三個方面，對電路基礎實驗進行教學改革。

實驗內容和要求 本文以綜合性、設計性實驗項目“RC選頻網絡特性的測試”為例，闡述電路實驗課程教學內容改革。

1）建立RC選頻網絡特性數學模型，主要包括RC低通和高通濾波器、文氏電橋、雙T選頻網絡的幅頻特性、相頻特性和各電路頻率特性固有頻率的數學表達式。

2）利用已有知識和仿真軟件，對數學模型相關參數和內容中相互關聯的子問題進行分析并得到初步結論，主要包括各電路頻率特性曲線及其固有頻率關系、不同RC參數與預選頻率關系、不同電路測試時頻率數值選擇的差異性、幅頻特性和相頻特性測試原理的差異性。

3）進一步分析相關工程問題并得到初步結論，主要包括解決信號源內阻影響、消除電路內外干擾、儀表和電路如何共地效果更好等。

4）通過以上分析結論，自擬RC選頻網絡特性的測試實驗方案，主要包括各電路頻率特性測試時RC參數的選擇方案和依據、各電路頻率特性測試時頻率測試數值的選擇方案和依據、各電路幅頻特性和相頻特性測試時兩者測試方法選擇的方案和依據、利用已有數據繪制各電路幅頻特性和相頻特性曲線的方案和依據、實驗過程中解決相關工程問題的方案和依據。

5）撰寫預習報告，主要包括數學模型、初步結論、多種供選擇的實驗方案和可行性分析、待討論和實驗操作解決的工程問題等。

6）小組討論，主要包括多種實驗方案的可行性和待解決的工程問題的討論，形成小組結論，確定實驗方案。

7）實驗操作，按照實驗方案實施，在實驗過程中不僅要記錄相關數據和驗證相關結論，而且要針對工程問題逐一實踐解決。

8）實驗結果和分析，主要包括實驗數據處理、實驗方案合理性分析、實驗過程中出現問題的解決情況、預期需要解決的工程問題的完成情況等，并撰寫實驗報告。

對照工程認證標準，上述實驗內容和要求主要體現解決復雜工程問題有以下幾個特征：

1）需要通過建立合適的抽象模型才能解決（實驗內容和要求1、5體現）；

2）具有較高的綜合性，包含多個相互關聯的子問題，因此導致有多種方案可供選擇（實驗內容和要求2、4、5、6體現）；

3）必須運用深入的工程原理，經過分析才可能得到解決（實驗內容和要求3、5、6、7、8體現）。

教學方式改革 教學方式以預習預約、小組討論、課堂提問和實驗操作相結合。

1）預習預約。實驗室建設了畢博網絡課程平臺和實驗預約平臺，一方面將課程資源發布到網絡課程平臺上供學生自主學習，包括仿真軟件、課件視頻、項目實例等，學生可以盡快進入項目思考和設計階段，利用課余時間對實驗項目進行實驗方案設計和軟件仿真驗證，提高學習效率和自學能力，激發學習興趣。

另一方面，實驗室采取開放預約模式，學生通過網絡預約平臺提前預約實驗時間和項目，然后到實驗室進行實驗操作；教師可以后臺把控每天的實驗時間和批次，避免實驗人數扎堆和傳統死板的實驗進度模式，合理安排實驗項目和提高實驗開展的靈活性。

2）小組討論。實驗前，學生就軟件仿真結果、多種實驗方案的可行性和其中待解決的工程問題進行分組討論，激發思考、討論和創新的主動性。

3）課堂提問。教師通過對小組討論問題的梳理，形成關鍵問題群，以關鍵問題為主線、個別提問方式為輔助的探究式學習教學過程，讓學生思考和探究實驗中存在哪些關聯的子問題，如何合理地設計實驗方案，如何正確地驗證實驗結果。

4）實驗操作。通過實驗操作來驗證所選方案的正確性和合理性，并對實驗現象和結果詳細分析相關工程問題，撰寫實驗報告。

考核評價機制和運行情況 為了實現畢業要求達成度指標，電路實驗開設八個實驗項目，其中包括四個基礎實驗項目、三個綜合性實驗項目和一個設計性實驗項目，每個項目考核的側重點針對各個畢業要求指標設定。對于每個實驗項目的考核，根據預習報告（20%）、小組討論（10%）、課堂表現（5%）、實驗操作（40%）和實驗報告（25%）這五個方面來綜合評定學生的實驗成績，體現了教學設計的各個環節，激發了學生對自主學習、討論思考、創新實踐的積極性[5]。

該教學設計體系在2014—2015學年第一學期開始針對自動化（卓越計劃）專業進行試點，表1為近三年該課程目標各項達成度情況。其中可以看出，課程教學改革取得明顯效果，學生的各項能力水平都達到工程認證標準。但是從表1中也可以看到，2015年畢業要求指標2.3和3.2有所下降，這體現出學生對于文獻資料研究能力和創新意識缺乏。通過在這兩個方面的加強，2016年課程目標達成度得到提高。

4 結語

本文在工程教育認證背景下，針對“電路與電子實驗（A1）”（電路基礎實驗）課程進行教學改革，主要從課程培養學生的工程知識能力分解，所支撐的畢業要求指標對應，相關的課程教學內容、教學方式、考核評價機制的改革等方面實施開展，結合自動化（卓越計劃）專業近三年的課程目標達成度情況，說明改革促成學生各項能力的提高，達到工程教育認證的標準，對同類課程建設有一定的借鑒意義。

參考文獻

[1]張恩旭，李祖明，封瑩，等.基于工程教育認證的教學管理改革與探索[J].中國教育技術裝備，2017（4）：99-100.

[2]賈衛平.工程教育認證背景下的應用型機械類人才工程能力培養體系的構建[J].實驗技術與管理，2015，32（1）：38-40.

[3]李建霞，閆朝陽.工程教育專業認證背景下數字電子技術實驗改革[J].實驗室研究與探索，2017，36（1）：156-159.

[4]湯敏，王敬時.電路實驗教學改革的思考與探索[J].中國教育技術裝備，2016（2）：162-163.

[5]陳勇.應用型人才培養目標下的數字邏輯實驗教學探索[J].實驗科學與技術，2016，14（3）：99-103.