基于賽耶模型的電子線路實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

白雪梅，李 哲，張晨潔，湯云琪

（長春理工大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，長春 130022）

0 引言

中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化實(shí)施方案（2018-2022 年）》中明確指出：加快推進(jìn)現(xiàn)代化高等教育內(nèi)涵發(fā)展。在大學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程方面，要落實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力［1］，不走過場，培養(yǎng)學(xué)生在解決問題上的獨(dú)立思考思維與創(chuàng)新思想。電子線路實(shí)驗(yàn)課程是電信類專業(yè)重要的技能基礎(chǔ)課，該課程屬于電子線路理論的配套實(shí)踐環(huán)節(jié)。通過本實(shí)驗(yàn)課程可以提高學(xué)生對電子線路的基本理論知識的理解程度，掌握相關(guān)電子線路工程技術(shù)規(guī)范操作以及科研設(shè)計(jì)可行性分析方法［2］，使學(xué)生加深理解所學(xué)的理論知識，并將理論知識運(yùn)用到實(shí)際電路設(shè)計(jì)過程中［3］，增強(qiáng)基礎(chǔ)知識運(yùn)用能力和電路實(shí)踐能力。

1 實(shí)驗(yàn)方案改革原則

1.1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

傳統(tǒng)的電子線路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的培養(yǎng)與社會需求的發(fā)展出現(xiàn)了不平衡狀態(tài)，傳統(tǒng)教學(xué)滿足不了技術(shù)崗位日益對技術(shù)人才的需求，這些問題都對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式提出了巨大的挑戰(zhàn)［4］。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)更傾向于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)［5］，缺少設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，更多的是學(xué)生按照老師指示，機(jī)械地按照實(shí)驗(yàn)步驟操作，學(xué)生思維得不到鍛煉，也不能培養(yǎng)獨(dú)立思考解決問題的能力。傳統(tǒng)教學(xué)方式和考核方式單一，僅僅根據(jù)提交的實(shí)驗(yàn)報告作為考核依據(jù)，不但忽略了實(shí)驗(yàn)的具體過程，也無法培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)之間的合作意識。教師應(yīng)該提供給學(xué)生更多獨(dú)立解決問題的空間和條件，在培養(yǎng)方法上做到讓學(xué)生通過實(shí)踐掌握技能［6-8］。

1.2 基于賽耶模型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

由希爾瓦努斯·賽耶創(chuàng)建的賽耶模型，是一種使用四步循環(huán)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(xué)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(huán)。通過每一次循環(huán)將重點(diǎn)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(dǎo)的作用。學(xué)生通過賽耶模型，帶著目的解決問題，使學(xué)習(xí)目的明確。學(xué)生通過每一次的問題提出，每一次的循環(huán)，層層漸進(jìn)學(xué)習(xí)?；谫愐Ｐ驮O(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案框架如圖2 所示。

圖2 方案框架設(shè)計(jì)

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例

結(jié)合電子線路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中“數(shù)控直流穩(wěn)壓電源”的案例，完成此次教學(xué)改革的探索。經(jīng)過前期課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了一定的電子線路的知識與相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器的基本操作。因此，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，結(jié)合賽耶模型的教學(xué)理念讓學(xué)生完成“數(shù)控直流穩(wěn)壓電源”的設(shè)計(jì)，綜合所學(xué)的相關(guān)知識，畫出所設(shè)計(jì)電路的原理圖，說明整個分析的過程，并利用電子設(shè)計(jì)仿真軟件驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路，最后完成硬件電路的搭建，提高學(xué)生的獨(dú)立思考與創(chuàng)新實(shí)踐的能力。

2.1 第1 輪循環(huán)

（1）確定問題。首先與學(xué)生一起分析研究整個實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要求，例如，在“數(shù)控直流穩(wěn)壓電源”實(shí)驗(yàn)中，第1 輪循環(huán)應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)要求完成電路原理圖的設(shè)計(jì)，但是對于學(xué)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(jù)所學(xué)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(zhuǎn)換電路是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，那么它可以由什么來構(gòu)成？學(xué)生可以對這些問題進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，積極討論分析。

（2）具體要求。第1 次循環(huán)的要求可以比較低，但是隨著一點(diǎn)點(diǎn)深入探究，逐漸提高和細(xì)化相應(yīng)的要求。例如，教師可以要求學(xué)生4～6 人1 組，根據(jù)提出的問題，做出一系列的分析與研究，了解到需要A/D轉(zhuǎn)換器、直流穩(wěn)壓電源、顯示電路、放大電路、D/A 轉(zhuǎn)換器完成輸出電壓的數(shù)據(jù)控制，并且需要數(shù)碼管顯示電壓的大小等。學(xué)生根據(jù)這些要求設(shè)計(jì)與分析結(jié)果，互相討論研究電路圖每一部分應(yīng)該如何設(shè)計(jì)。

（3）可選擇的解決方案。學(xué)生根據(jù)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(shí)現(xiàn)的功能、部分組成以及如何設(shè)計(jì)進(jìn)行相互探討，教師對小組討論的發(fā)展進(jìn)行引導(dǎo)，使學(xué)生完善電路設(shè)計(jì)圖。

2.2 第2 輪循環(huán)

重新定義問題：由學(xué)生獨(dú)自思考器件的選擇、參數(shù)選擇計(jì)算、分析過程；通過第1 輪循環(huán)，學(xué)生已經(jīng)明確目的，在第2 輪循環(huán)中，學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)層層漸進(jìn)，提出新的問題，為了實(shí)現(xiàn)第1 輪目的，應(yīng)該選擇哪些器件，不同型號器件的不同參數(shù)對整體電路圖有什么影響。經(jīng)過分析，確定最終選擇的器件并計(jì)算選擇的參數(shù)是否能達(dá)到預(yù)期目的。在“數(shù)控直流穩(wěn)壓電源”實(shí)驗(yàn)中，教師將學(xué)生繼續(xù)以小組的形式對實(shí)驗(yàn)器件選擇進(jìn)行分析與探討，例如應(yīng)該用哪種運(yùn)算放大器以及多大的電容與電阻？這些都需要學(xué)生認(rèn)真的思考與計(jì)算，教師應(yīng)做適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，提高學(xué)生積極參與的熱情與自主思考能力。

2.3 第3 輪循環(huán)

提出新的問題：能否實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)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(yàn)證設(shè)計(jì)的電路是否能實(shí)現(xiàn)功能［10］。采用美國NI公司的電路仿真工具M(jìn)ultisim10，通過仿真可以明確了解各器件在電路中起到的功能，參數(shù)選擇是否合理，并驗(yàn)證能否實(shí)現(xiàn)“數(shù)控直流穩(wěn)壓電源”電路功能，電路設(shè)計(jì)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(xué)生電容的極性對整體電路的影響。學(xué)生搭建電路后在教師的檢查下加入交流電源。在實(shí)驗(yàn)完成后，指導(dǎo)學(xué)生填寫實(shí)驗(yàn)報告作為實(shí)驗(yàn)成果考核的一部分。

2.4 教學(xué)考核

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核，依據(jù)實(shí)驗(yàn)報告給出實(shí)驗(yàn)成績，指標(biāo)粗略難以評估學(xué)生專業(yè)技能的掌握程度和個人綜合素質(zhì)。基于賽耶模型的教學(xué)方式中，制定了相應(yīng)的教學(xué)考核要求，細(xì)化學(xué)生的得分標(biāo)準(zhǔn)，能夠更準(zhǔn)確地評判學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的學(xué)習(xí)情況。在第1 輪循環(huán)中由教師拋出問題，引發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的積極性，根據(jù)具體要求，學(xué)生提出可解決的方案，依據(jù)學(xué)生的參與程度得分，此部分權(quán)重為30%；第2 輪循環(huán)，依據(jù)學(xué)生對器件的選擇正確和參數(shù)計(jì)算是否正確，給出相應(yīng)的分?jǐn)?shù)，此部分權(quán)重為20%；第3 輪循環(huán)中依據(jù)電路圖的仿真結(jié)果、電路搭建焊接，此部分權(quán)重為30%；出勤與實(shí)驗(yàn)報告完成情況的權(quán)重為20%。具體的評分策略如表1 所示。

表1 評分策略

3 教學(xué)反思

3.1 注重基礎(chǔ)，正確引導(dǎo)

在教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施的整個過程中，注重學(xué)生對專業(yè)課的掌握情況，了解學(xué)生的基礎(chǔ)［11］，并相應(yīng)導(dǎo)入適合學(xué)生當(dāng)前知識水平和能力發(fā)展的問題［12］。確定問題后，教師扮演揭示者的身份，依據(jù)學(xué)生現(xiàn)有的基礎(chǔ)引導(dǎo)學(xué)習(xí)方向。為了讓學(xué)生更加積極主動地參與整個實(shí)驗(yàn)探究的過程，教師結(jié)合生活中的實(shí)例或者更加通俗易懂的方法引導(dǎo)學(xué)生思考，避免因問題太過抽象而影響了學(xué)生參與的熱情。

3.2 鼓勵思考，開放探究

利用賽耶模型學(xué)習(xí)的過程也是學(xué)生邊提問邊學(xué)習(xí)的過程。大多數(shù)學(xué)生面對實(shí)驗(yàn)課無從下手，不敢提問，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生開放性的思維［13-15］，不局限于書本上的知識內(nèi)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(xué)方式［16］。

3.3 課內(nèi)外相結(jié)合

由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(xué)生圍繞這一部分的知識進(jìn)行充分預(yù)習(xí)，合理安排活動，提高教學(xué)效率，并且課下還可以倡導(dǎo)學(xué)生積極參與一些相關(guān)的電子設(shè)計(jì)比賽，提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力與專業(yè)素質(zhì)。

3.4 充分利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是通過大量的實(shí)驗(yàn)來建立學(xué)生的學(xué)術(shù)素養(yǎng)和實(shí)踐素養(yǎng)，教師應(yīng)調(diào)動學(xué)生積極參與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的積極性，通過“虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)方式提高學(xué)生的創(chuàng)造性和工程意識，不僅僅只是按照電路圖搭建，而是學(xué)生的每一步操作步驟要具有實(shí)際的操作意義。

4 結(jié)語

基于賽耶模型的電子線路實(shí)驗(yàn)課教學(xué)方法相比于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”的理念，不僅鍛煉了學(xué)生自主探索的能力，還增加了自我表達(dá)的機(jī)會，在多次循環(huán)中逐漸完成整個實(shí)驗(yàn)的核心。教師能夠了解學(xué)生的基礎(chǔ)情況，把握實(shí)驗(yàn)操作的難易程度，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的方向。學(xué)生通過主動探索發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)解決方案，不斷提出問題，使學(xué)生專業(yè)技能的學(xué)習(xí)有了更好地提升。同時，基于賽耶模型的教學(xué)實(shí)施能夠培養(yǎng)學(xué)生查閱參考文獻(xiàn)、獨(dú)立思考、設(shè)計(jì)電子線路相關(guān)問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作作風(fēng)與科學(xué)態(tài)度，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識，用心培養(yǎng)專業(yè)素質(zhì)高并且實(shí)踐能力過硬的應(yīng)用型人才。