基于賽耶模型的電子線路實驗教學改革

白雪梅，李 哲，張晨潔，湯云琪

（長春理工大學電工電子實驗教學中心，長春 130022）

0 引言

中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發的《加快推進教育現代化實施方案（2018-2022 年）》中明確指出：加快推進現代化高等教育內涵發展。在大學生的實驗課程方面，要落實培養學生的實踐能力［1］，不走過場，培養學生在解決問題上的獨立思考思維與創新思想。電子線路實驗課程是電信類專業重要的技能基礎課，該課程屬于電子線路理論的配套實踐環節。通過本實驗課程可以提高學生對電子線路的基本理論知識的理解程度，掌握相關電子線路工程技術規范操作以及科研設計可行性分析方法［2］，使學生加深理解所學的理論知識，并將理論知識運用到實際電路設計過程中［3］，增強基礎知識運用能力和電路實踐能力。

1 實驗方案改革原則

1.1 傳統實驗教學存在的問題

傳統的電子線路實驗教學的培養與社會需求的發展出現了不平衡狀態，傳統教學滿足不了技術崗位日益對技術人才的需求，這些問題都對傳統實驗教學方式提出了巨大的挑戰［4］。傳統實驗教學更傾向于驗證性實驗［5］，缺少設計性實驗，更多的是學生按照老師指示，機械地按照實驗步驟操作，學生思維得不到鍛煉，也不能培養獨立思考解決問題的能力。傳統教學方式和考核方式單一，僅僅根據提交的實驗報告作為考核依據，不但忽略了實驗的具體過程，也無法培養團隊之間的合作意識。教師應該提供給學生更多獨立解決問題的空間和條件，在培養方法上做到讓學生通過實踐掌握技能［6-8］。

1.2 基于賽耶模型的實驗教學改革

由希爾瓦努斯·賽耶創建的賽耶模型，是一種使用四步循環模型解決問題的模型［9］（見圖1）。

圖1 賽耶模型

賽耶模型需要教師先對學生提出一個問題，描述具體要求，確定解決問題的方法，然后再提出新的問題，這就又開始了新的循環。通過每一次循環將重點范圍不斷縮小，這樣能夠更加明確問題的最好解決方案。通過問題的不斷提出，教師起到揭示與引導的作用。學生通過賽耶模型，帶著目的解決問題，使學習目的明確。學生通過每一次的問題提出，每一次的循環，層層漸進學習。基于賽耶模型設計的實驗教學改革方案框架如圖2 所示。

圖2 方案框架設計

2 實驗教學案例

結合電子線路實驗教學中“數控直流穩壓電源”的案例，完成此次教學改革的探索。經過前期課程的學習，學生已經掌握了一定的電子線路的知識與相關實驗儀器的基本操作。因此，實驗內容選擇以學生自主學習為主，結合賽耶模型的教學理念讓學生完成“數控直流穩壓電源”的設計，綜合所學的相關知識，畫出所設計電路的原理圖，說明整個分析的過程，并利用電子設計仿真軟件驗證所設計的電路，最后完成硬件電路的搭建，提高學生的獨立思考與創新實踐的能力。

2.1 第1 輪循環

（1）確定問題。首先與學生一起分析研究整個實驗設計的基本要求，例如，在“數控直流穩壓電源”實驗中，第1 輪循環應該根據設計要求完成電路原理圖的設計，但是對于學生來說難度比較大，所以可以先拋出一個簡單的問題，比如根據所學知識，基于需要完成的具體功能，這個電路圖需要哪些部分組成？或者D/A轉換電路是將數字量轉換成模擬量，那么它可以由什么來構成？學生可以對這些問題進行頭腦風暴，積極討論分析。

（2）具體要求。第1 次循環的要求可以比較低，但是隨著一點點深入探究，逐漸提高和細化相應的要求。例如，教師可以要求學生4～6 人1 組，根據提出的問題，做出一系列的分析與研究，了解到需要A/D轉換器、直流穩壓電源、顯示電路、放大電路、D/A 轉換器完成輸出電壓的數據控制，并且需要數碼管顯示電壓的大小等。學生根據這些要求設計與分析結果，互相討論研究電路圖每一部分應該如何設計。

（3）可選擇的解決方案。學生根據列出的要求提出解決方案，小組與小組之間互相匯報討論，將每個小組分析研究出的電路實現的功能、部分組成以及如何設計進行相互探討，教師對小組討論的發展進行引導，使學生完善電路設計圖。

2.2 第2 輪循環

重新定義問題：由學生獨自思考器件的選擇、參數選擇計算、分析過程；通過第1 輪循環，學生已經明確目的，在第2 輪循環中，學生學習目標層層漸進，提出新的問題，為了實現第1 輪目的，應該選擇哪些器件，不同型號器件的不同參數對整體電路圖有什么影響。經過分析，確定最終選擇的器件并計算選擇的參數是否能達到預期目的。在“數控直流穩壓電源”實驗中，教師將學生繼續以小組的形式對實驗器件選擇進行分析與探討，例如應該用哪種運算放大器以及多大的電容與電阻？這些都需要學生認真的思考與計算，教師應做適當的引導，提高學生積極參與的熱情與自主思考能力。

2.3 第3 輪循環

提出新的問題：能否實現所設計的電路功能。為了減少器件損耗，在搭建電路之前，合理利用仿真軟件驗證設計的電路是否能實現功能［10］。采用美國NI公司的電路仿真工具Multisim10，通過仿真可以明確了解各器件在電路中起到的功能，參數選擇是否合理，并驗證能否實現“數控直流穩壓電源”電路功能，電路設計是否可行等問題。在仿真成功后，完成電路的搭建和焊接。搭建電路時要注意元器件的擺放，考慮三極管的各端接入電路后的功能，提醒學生電容的極性對整體電路的影響。學生搭建電路后在教師的檢查下加入交流電源。在實驗完成后，指導學生填寫實驗報告作為實驗成果考核的一部分。

2.4 教學考核

傳統的實驗教學考核，依據實驗報告給出實驗成績，指標粗略難以評估學生專業技能的掌握程度和個人綜合素質。基于賽耶模型的教學方式中，制定了相應的教學考核要求，細化學生的得分標準，能夠更準確地評判學生在實驗過程中的學習情況。在第1 輪循環中由教師拋出問題，引發學生參與實驗學習的積極性，根據具體要求，學生提出可解決的方案，依據學生的參與程度得分，此部分權重為30%；第2 輪循環，依據學生對器件的選擇正確和參數計算是否正確，給出相應的分數，此部分權重為20%；第3 輪循環中依據電路圖的仿真結果、電路搭建焊接，此部分權重為30%；出勤與實驗報告完成情況的權重為20%。具體的評分策略如表1 所示。

表1 評分策略

3 教學反思

3.1 注重基礎，正確引導

在教學設計和實施的整個過程中，注重學生對專業課的掌握情況，了解學生的基礎［11］，并相應導入適合學生當前知識水平和能力發展的問題［12］。確定問題后，教師扮演揭示者的身份，依據學生現有的基礎引導學習方向。為了讓學生更加積極主動地參與整個實驗探究的過程，教師結合生活中的實例或者更加通俗易懂的方法引導學生思考，避免因問題太過抽象而影響了學生參與的熱情。

3.2 鼓勵思考，開放探究

利用賽耶模型學習的過程也是學生邊提問邊學習的過程。大多數學生面對實驗課無從下手，不敢提問，教師應鼓勵學生開放性的思維［13-15］，不局限于書本上的知識內容，積極參加討論，敢于提出問題。不怕出錯，勇于思考，大膽提問才符合賽耶模型的教學方式［16］。

3.3 課內外相結合

由于實驗教學時間和條件的限制，教師可以提前布置課堂上所提出的問題，并讓學生圍繞這一部分的知識進行充分預習，合理安排活動，提高教學效率，并且課下還可以倡導學生積極參與一些相關的電子設計比賽，提高學生的實踐操作能力與專業素質。

3.4 充分利用虛擬仿真實驗

實驗教學是通過大量的實驗來建立學生的學術素養和實踐素養，教師應調動學生積極參與虛擬仿真實驗的積極性，通過“虛實結合”的教學方式提高學生的創造性和工程意識，不僅僅只是按照電路圖搭建，而是學生的每一步操作步驟要具有實際的操作意義。

4 結語

基于賽耶模型的電子線路實驗課教學方法相比于傳統的實驗教學設計體現了“以學生為中心”的理念，不僅鍛煉了學生自主探索的能力，還增加了自我表達的機會，在多次循環中逐漸完成整個實驗的核心。教師能夠了解學生的基礎情況，把握實驗操作的難易程度，引導學生發現問題的方向。學生通過主動探索發現，設計解決方案，不斷提出問題，使學生專業技能的學習有了更好地提升。同時，基于賽耶模型的教學實施能夠培養學生查閱參考文獻、獨立思考、設計電子線路相關問題的能力，培養學生嚴謹認真的工作作風與科學態度，提高學生的創新意識，用心培養專業素質高并且實踐能力過硬的應用型人才。