電子電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革探索

王芳　張燕　喬澤鵬

摘要：大學(xué)理工科專業(yè)的電路知識(shí)包括電路分析、數(shù)字電路、模擬電路等內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于學(xué)生消化理解理論知識(shí)，提高動(dòng)手實(shí)踐能力，本文根據(jù)筆者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，主要分析了電子與電路課程改革的背景，闡述了電子電路教學(xué)中存在的問(wèn)題，以及面向工程教育的電子電路教學(xué)改革的主要措施、教學(xué)手段的改革及創(chuàng)新：對(duì)課程的設(shè)計(jì)進(jìn)行改革，擴(kuò)充知識(shí)點(diǎn)，提升學(xué)生的綜合能力;合理利用實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，注重實(shí)踐操作，完善實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將教材枯燥的理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性及創(chuàng)新性。

關(guān)鍵詞：電子電路? 實(shí)驗(yàn)改革? 課程設(shè)計(jì)

1 引言

電路是理工科許多專業(yè)（電子、通信、機(jī)電、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)等等）的基礎(chǔ)理論課。實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)與專業(yè)理論教學(xué)是該課程相輔相成的不可分割的兩個(gè)部分，實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于學(xué)生消化理解理論知識(shí)，提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新，但傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)較為機(jī)械刻板，難以達(dá)到教學(xué)目的。

在新時(shí)期新工科的背景要求下，電路課程的教學(xué)重點(diǎn)不可逆轉(zhuǎn)地向?qū)嶒?yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)傾斜，在應(yīng)用型本科院校中尤為如此，因此勢(shì)必要對(duì)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行改革，同時(shí)不論是專業(yè)課教師還是專職實(shí)驗(yàn)員，提高自身實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)素養(yǎng)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)勢(shì)在必行。知識(shí)內(nèi)容廣而難，如果僅僅是進(jìn)行理論教學(xué)，學(xué)生對(duì)電路知識(shí)進(jìn)行全面的掌握和應(yīng)用，需要通過(guò)電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)訓(xùn)結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)技能和知識(shí)內(nèi)容的理解和掌握。本文通過(guò)對(duì)電路實(shí)驗(yàn)進(jìn)行講解、設(shè)計(jì)和實(shí)訓(xùn)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)教學(xué)-實(shí)驗(yàn)-實(shí)訓(xùn)一體化的電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

2 電子電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題

在實(shí)驗(yàn)課程的長(zhǎng)期教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)對(duì)象、時(shí)間和方式的分析，發(fā)現(xiàn)主要存在以下幾方面問(wèn)題：

（1）電路實(shí)驗(yàn)在教學(xué)大綱中，一般安排在大一學(xué)期開(kāi)設(shè)，是大一新生入校后進(jìn)入專業(yè)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始學(xué)習(xí)的第一門實(shí)驗(yàn)課程，同樣也是學(xué)生接觸到的第一個(gè)與工程實(shí)踐相關(guān)的課程，由于各地高中教育水平和應(yīng)試要求的不同，導(dǎo)致大一學(xué)生的文化基礎(chǔ)水準(zhǔn)參差不齊。相同教的學(xué)內(nèi)容，有的學(xué)生輕松接受，有的學(xué)生遲遲無(wú)法完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。同時(shí)，不同專業(yè)對(duì)課程需求不同，會(huì)安排出不同課時(shí)的實(shí)驗(yàn)課，有的專業(yè)課時(shí)為24學(xué)時(shí)，有的僅為8學(xué)時(shí)。針對(duì)不同專業(yè)學(xué)生的需求，如何安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以方便與其后續(xù)專業(yè)課程銜接，以及如何培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、自主設(shè)計(jì)能力和工程思維尤為重要。

（2）傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，所使用試驗(yàn)箱電路設(shè)計(jì)基本已經(jīng)完成，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)原理圖或者實(shí)驗(yàn)步驟，輕松的接幾根線，記錄一下數(shù)據(jù)就算完成實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)面板后的基本器件缺少直觀了解，更缺乏自我設(shè)計(jì)電路原理圖，自行搭建電路的鍛煉能力。同時(shí)由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)較少，管理較寬，學(xué)生往往認(rèn)為只有理論課才需要提前預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)課只是用來(lái)驗(yàn)證一下所學(xué)的理論，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課的過(guò)程變成走過(guò)場(chǎng)。且大多數(shù)學(xué)生對(duì)課后實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)的態(tài)度也不認(rèn)真。預(yù)習(xí)的效果一般，導(dǎo)致缺少預(yù)習(xí)報(bào)告，對(duì)實(shí)驗(yàn)中的理論計(jì)算和原理往往忽視，這樣就達(dá)不到以實(shí)驗(yàn)來(lái)鞏固理論知識(shí)，以實(shí)驗(yàn)來(lái)帶動(dòng)自主學(xué)習(xí)，以實(shí)驗(yàn)來(lái)活躍學(xué)生思維的目的。因而導(dǎo)致學(xué)生中存在不同程度重課堂輕實(shí)驗(yàn)的傾向。

（3）目前，電路實(shí)驗(yàn)依靠購(gòu)買的集成的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，而實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)箱過(guò)于追求“一箱多功能”，即同一個(gè)實(shí)驗(yàn)箱可以完成多種課程的實(shí)驗(yàn)，這雖然提高了實(shí)驗(yàn)箱的利用效率，但過(guò)度使用，導(dǎo)致設(shè)備的損壞概率增加。實(shí)驗(yàn)箱的各種按鈕和大小插孔在多次使用后會(huì)出不同程度的損壞，導(dǎo)致學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)或?qū)嶒?yàn)失敗等問(wèn)題。

3 創(chuàng)新一體化的電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

針對(duì)以上存在的問(wèn)題，電路類實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以采用由淺入深、由基礎(chǔ)到綜合、由理論到創(chuàng)新的漸進(jìn)式教學(xué)方案，引導(dǎo)學(xué)生從基礎(chǔ)入手，在“做中學(xué)”的實(shí)踐學(xué)習(xí)教學(xué)模式。開(kāi)發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生為主體，教師組織引導(dǎo)學(xué)生，學(xué)生選擇時(shí)間段自主完成實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程的靈活性、減輕教師負(fù)擔(dān)的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)手能力和自我約束能力。

3.1 分層次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為驗(yàn)證型、綜合、設(shè)計(jì)型和開(kāi)放實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次：

（1）驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)對(duì)于學(xué)生在鞏固基礎(chǔ)理論知識(shí)、培養(yǎng)基本實(shí)驗(yàn)技能、鍛煉嚴(yán)謹(jǐn)科研作風(fēng)等方面發(fā)揮了重要的基礎(chǔ)性作用。通過(guò)本階段學(xué)習(xí)使學(xué)生學(xué)會(huì)如何發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、總結(jié)規(guī)律，并對(duì)實(shí)驗(yàn)感興趣、渴望進(jìn)實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手實(shí)踐。此部分實(shí)驗(yàn)應(yīng)重視實(shí)驗(yàn)儀器的使用指導(dǎo)。在日常教學(xué)活動(dòng)中，可由學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)自行完成，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)上通過(guò)觀看視頻演示，掌握好相關(guān)的實(shí)驗(yàn)技能與儀器使用方式，進(jìn)行電路連接，在線填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)的仿真等自主靈活的在課下完成。

（2）設(shè)計(jì)型、綜合型實(shí)驗(yàn)：學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能后，即可進(jìn)入設(shè)計(jì)型、綜合型實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)。對(duì)于這類實(shí)驗(yàn)課題，我們可以采用問(wèn)題情境的教學(xué)方法，將問(wèn)題拋給學(xué)生。教師給出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位進(jìn)行試驗(yàn)、思考、分析與總結(jié)，由學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路、擬定實(shí)驗(yàn)步驟、選擇儀器設(shè)備、自行完成實(shí)驗(yàn)，記錄相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果等。該類型實(shí)驗(yàn)過(guò)程能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主觀能動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生的獨(dú)立思維，鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力。

（3）開(kāi)放實(shí)驗(yàn)：開(kāi)放實(shí)驗(yàn)一般針對(duì)高年級(jí)的學(xué)生的課程設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)室盡可能提供各類實(shí)驗(yàn)器材;學(xué)生可以選擇自己感興趣的課題進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐探索，通過(guò)組隊(duì)協(xié)作，一起探討、研究、解決問(wèn)題，這種模式既培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力，又鍛煉了學(xué)生組織協(xié)調(diào)、綜合設(shè)計(jì)能力。

3.2 完善和充實(shí)實(shí)驗(yàn)教材

實(shí)驗(yàn)教材的編寫(xiě)也是電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革工作中的一項(xiàng)內(nèi)容，以前的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的內(nèi)容比較老套，而且實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目種類也比較少，并不能滿足學(xué)生的實(shí)踐學(xué)習(xí)需求，應(yīng)針對(duì)不同專業(yè)學(xué)生需求，對(duì)不同類型的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行進(jìn)一步的分類和設(shè)計(jì)，在教學(xué)過(guò)程中要有不同的側(cè)重，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目適當(dāng)增添一些創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，豐富電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

4 結(jié)論

電路在理工科院校中具有非常重要的地位，在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，讓學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行靈活的運(yùn)用，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)及動(dòng)手能力是我們教學(xué)的目標(biāo)。

對(duì)理論知識(shí)的融會(huì)貫通，需要通過(guò)各層次實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，來(lái)促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)技能和知識(shí)內(nèi)容的理解和掌握。本文通過(guò)對(duì)電路實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分層次設(shè)計(jì)，將實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)教學(xué)-實(shí)驗(yàn)-實(shí)訓(xùn)一體化的電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在教學(xué)過(guò)程中，教師需要根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知情況制訂實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)的指導(dǎo)，并引導(dǎo)其進(jìn)行討論，學(xué)生選擇好實(shí)驗(yàn)器材，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路圖，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的評(píng)估，實(shí)現(xiàn)課堂的翻轉(zhuǎn)。這樣不僅讓學(xué)生學(xué)會(huì)了知識(shí)，同時(shí)還有利于提高學(xué)生的邏輯能力、觀察能力以及表達(dá)能力，引導(dǎo)其積極地參與教學(xué)活動(dòng)。從教學(xué)實(shí)踐中體會(huì)到，翻轉(zhuǎn)課堂為課堂教學(xué)“增加”學(xué)時(shí)、拓展更多的知識(shí)提供了可能。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目

全國(guó)高等院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育研究會(huì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育教學(xué)研究項(xiàng)目（ 編號(hào)：2018-AFCEC-171）。

作者簡(jiǎn)介

王芳，女，1985年3月11日出生，天津人，信息工程學(xué)院教師，講師，碩士研究生，主要研究方向?yàn)橛布O(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)通信，2009年9月至今在北京科技大學(xué)天津?qū)W院工作。張燕，女，1989年10月出生，河北邢臺(tái)人，信息工程學(xué)院教師，助教，碩士研究生畢業(yè)，主要研究方向?yàn)殡娮优c通信工程，2016年3月至今在北京科技大學(xué)天津?qū)W院工作。喬澤鵬，男，1995年出生，山西大同人，電工電子實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)員，助教，本科畢業(yè)，主要研究方向?yàn)殡妼W(xué)，2019年8月至今在北京科技大學(xué)天津?qū)W院工作。