虛實結(jié)合的開放式電類實驗教學模式研究

楊蕊 楊蒙 任繼紅 郭海燕

摘 ? 要：針對我校電工電子實驗中心的現(xiàn)狀和不足，對實驗教學進行如下改革：優(yōu)化教學體系、整合教學內(nèi)容，引入仿真教學，研發(fā)高質(zhì)量教學資源，探索虛實結(jié)合的開放式電類實驗教學模式。實踐表明，新的教學模式可以促進教學水平的提高，培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力，提高高校實驗室在人才培養(yǎng)中的作用。

關(guān)鍵詞：虛實結(jié)合 ?開放教學模式 ?創(chuàng)新能力

中圖分類號：G642.0 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（a）-0192-02

實驗教學是培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新能力的重要手段[1]。電類實驗作為理工科學生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)實驗，具有很強的理論性、實踐性和工程性。然而，由于電工電子技術(shù)更新快，教育投資有限，難以建立與時俱進的電類實驗教學硬件環(huán)境;并且在傳統(tǒng)的實驗教學模式下，學生只能根據(jù)實驗步驟被動地完成實驗，幾乎沒有主動思考，這必然會影響學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[2]。因此，建設(shè)一個虛實結(jié)合的開放式電類實驗教學模式是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和實踐精神的基本條件。

1 ?電工電子實驗中心現(xiàn)狀

電工電子實驗中心承擔著我校7個學院27個專業(yè)的《電工電子技術(shù)實驗》和《模擬及數(shù)字電子實驗》。2017年，我校草堂校區(qū)電工電子實驗中心正式投入使用，更新了實驗設(shè)備，擴大了教學規(guī)模，給實驗教學帶來很大便捷，但教學模式上仍然以傳統(tǒng)封閉式教學為主，存在以幾下方面問題：

（1）實驗教學以課堂教學為主，大大降低了學生主動參與實驗的興趣;實驗項目以驗證性的經(jīng)典實驗為主，教學內(nèi)容缺少更新，與實際脫軌。

（2）我?，F(xiàn)有兩個校區(qū)，會出現(xiàn)跨校區(qū)授課的情況，這給實驗教學帶來諸多不便。

（3）學生的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計多以軟件為主，少有做硬件電路的，缺乏對學生實踐操作能力的培養(yǎng)。

（4）“大學生電子設(shè)計大賽”、“飛思卡爾”等學科競賽對學生的動手能力和創(chuàng)新能力都有很大的鍛煉，但是缺少場地和設(shè)備，我院鮮有人參加。

為了改善我校現(xiàn)狀，本文提出了虛實結(jié)合的開放式電類實驗教學模式。開放式實驗教學模式，讓學生不再拘泥于課堂教學，隨時隨地進行學習，提高了設(shè)備的使用率，解決了專業(yè)選修和跨校區(qū)授課等問題，為課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計以及學科競賽提供基礎(chǔ)保障;虛實結(jié)合的教學模式，能夠鍛煉學生理論聯(lián)系實際的能力，提高學生工程實踐和科研開發(fā)的能力。

2 ?深化實驗教學改革

為了提高學生的實踐精神和創(chuàng)新能力，提出了虛實結(jié)合的開放式電類實驗教學模式。通過建設(shè)多層次、模塊化的實驗教學體系，改革實驗教學內(nèi)容，豐富實驗教學方法，構(gòu)建虛擬仿真實驗教學平臺，多樣化實驗教學手段，增強實驗教學在培養(yǎng)創(chuàng)新型人才中的作用[3]。

2.1 開放式實驗教學體系構(gòu)建

突破傳統(tǒng)實驗教學模式，按照內(nèi)容的難易、掌握的技能以及實現(xiàn)的手段，將開放式實驗教學體系分為4個層次、4個模塊以及5個結(jié)合，如圖1所示，給不同專業(yè)、不同基礎(chǔ)、不同需求的學生提供更多的選擇[4]。

2.2 整合優(yōu)化實驗內(nèi)容

根據(jù)開放式實驗教學體系，對實驗內(nèi)容進行深化改革，將實驗內(nèi)容整合為基礎(chǔ)驗證性實驗、綜合設(shè)計性實驗、學科競賽性實驗和創(chuàng)新研究性實驗，以滿足不同學生的需求，達到因材施教的目的[5]。

（1）基礎(chǔ)驗證性實驗以經(jīng)典驗證性實驗為主，主要面向?qū)W生普及電類基礎(chǔ)知識。如常用電類儀器儀表的使用，基本元器件的用法，電路的連接和焊接能力，解決電路故障的能力等[6]。

（2）綜合設(shè)計性實驗針對簡單的實際問題，讓學生學習工作原理，從電路設(shè)計、制作、焊接、調(diào)試，完成一個系統(tǒng)的設(shè)計過程。

（3）學科競賽性實驗可以將比賽內(nèi)容轉(zhuǎn)化為開放的實驗內(nèi)容，例如大學生電子設(shè)計大賽、挑戰(zhàn)杯、飛思卡爾等學科競賽，比賽內(nèi)容具有前瞻性，能使學生接觸到前沿的知識。

（4）創(chuàng)新研究性實驗可以包括老師科研項目的子課題、學生感興趣并且具有研究價值的內(nèi)容、有專業(yè)特色的課題、“校企合作”引進的內(nèi)容等。

2.3 “虛實結(jié)合”的實驗教學手段

實驗室現(xiàn)有設(shè)備能完成的實驗內(nèi)容比較固定，學生無法自主進行電路的設(shè)計和搭建，不利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。我們把傳統(tǒng)硬件實驗和軟件仿真結(jié)合起來，構(gòu)建虛實結(jié)合的教學方式，讓學生在計算機仿真環(huán)境中開展實驗，既節(jié)約成本又安全，還能加深對實驗的理解。

將Multisim、Protues等仿真軟件引入實驗教學，仿真軟件為硬件電路的實現(xiàn)提供了理論依據(jù)和設(shè)計方案，學生可以通過仿真軟件完成電路的功能設(shè)計、性能分析、程序編制和調(diào)試等。通過虛實結(jié)合的教學方法，既能打破時間空間的限制，又能訓練學生的電子線路開發(fā)能力。

3 ?研發(fā)優(yōu)質(zhì)實驗教學資源

3.1 編寫實驗教材

經(jīng)過多年的實驗教學改革實踐，課題組老師主編出版了“十二五”規(guī)劃教材《電工電子技術(shù)實驗及實訓教程》。為適應(yīng)現(xiàn)代人才培養(yǎng)的需要，教材內(nèi)容安排上逐步推進，集傳統(tǒng)實驗、PLC技術(shù)，仿真實驗為一體，提升了設(shè)計性、研究性實驗的比例，使實驗內(nèi)容緊跟技術(shù)的發(fā)展。實驗教材已在我校使用了4年，學生反響良好。

3.2 研發(fā)實驗教學課件及視頻

課題組研發(fā)了與實驗教材配套的教學課件和操作視頻。實驗課件直觀的介紹了實驗原理、強調(diào)了實驗重點和注意事項;操作視頻介紹了實驗設(shè)備、儀器儀表和元器件的使用，直觀的演示了仿真軟件的操作以及實驗的操作過程。

3.3 研發(fā)自制儀器

2015年，課題組研發(fā)了64套“模電與數(shù)電實驗裝置”，如圖2（a）所示，能夠?qū)崿F(xiàn)模電和數(shù)電的本科實驗教學。2016年，課題組研發(fā)了4套“電氣控制綜合實驗裝置”，如圖2（b）所示，能夠通過手動控制、觸摸屏控制、APP控制以及遠程遙控控制，實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、工頻運行、變頻運行、連續(xù)運行以及間斷運行等。

兩套裝置均已應(yīng)用于實驗教學，并且在2016年及2017年分別獲得校級自制儀器項目一等獎。

4 ?結(jié)語

通過不斷的改革與創(chuàng)新，本次電類實驗教學模式改革已在我校15級、16級學生中進行了實踐。結(jié)果表明，虛實結(jié)合的開放式實驗教學模式更有利于學生的成長，更有助于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。我校學生參加電類項目和競賽的熱情空前高漲，并在電子設(shè)計大賽、智能車大賽、機器人大賽等比賽中取得不錯的成績。

參考文獻

[1] 王香婷，劉濤，張曉春，等.電工技術(shù)與電子技術(shù)實驗教學改革[J].實驗技術(shù)與管理，2013，30（4）：112-115.

[2] 陳巖，高先池，楊桂朋.大學生開放實驗教學的探討[J].實驗科學與技術(shù)，2012，10（3）：138-140.

[3] 李翠超，凌芳.虛實結(jié)合的虛擬仿真技術(shù)在工程訓練中的應(yīng)用[J].實驗室科學，2015，18（2）：128-131.

[4] 蔣力立，彭端，杜宇上，等.電工電子分級分類實驗教學模式研究與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2016，33（5）：201-204.

[5] 韓紹程，羅長杰.基于CDIO工程教育理念的電類基礎(chǔ)實驗教學改革探索[J].實驗室科學，2011，14（4）：46-47，50.

[6] 郝彥爽，魯億方，韓守梅.非電類專業(yè)的電子技術(shù)實驗教學改革[J].實驗技術(shù)與管理，2018，35（1）：238-240.