电工电子开放性实验模式的探索.doc

电工电子开放性实验模式的探索于亚萍作者简介：于亚萍，硕士，河南理工大学电气工程与自动化学院工程师，主要从事电路与系统研究。 张玉均1 钱建平2（1 河南理工大学 电气工程与自动化学院，河南 焦作 454003；2 南京理工大学 自动化学院， 江苏 南京 210094）摘要： 在电工电子实验教学改革中，引入现代化的教学手段，运用现代化的管理体制，建立开放式的实验室，提供丰富多彩的实验内容是高校未来的发展趋势。本文针对以上问题提出了一套切实可行的方案，并在实际运行中取得了良好的效果，提高了学生的创新能力。关键字： 电工电子实验； 开放式； 创新能力实验室是高等学校教学和科研的重要基地，是培养高素质人才，出高水平成果，服务经济建设的主要载体，也是衡量高校办学实力和人才培养质量的重要标志。实验教学是教学活动中一个必不可少的过程，尤其对于理工学科，学生必须在实验室进行测量、分析和设计，实验是加深理论知识的理解和提高动手能力及创新能力的一个重要环节。电工电子类课程是实践性很强的课程，是一般工科类专业的基础与素质教育课程，也是机电信息类专业的重要基础性课程。电工电子类课程的实验内容体现于该课程的理论知识的系统性和实践性，是相关于该课程的基础知识、综合设计、研究创新等环节的有机结合。通过实验教学，不仅可以训练学生的基本实验技能和操作技能，而且可以进行系统的科学实验知识和方法的传授。因此，电工电子实验教学是联接理论知识与工程应用的桥梁，是提高学生实践与创新能力的重要途径，是提高人才培养质量的重要保证。近些年来，提高学生的创新能力，培养高素质人才的需求越来越强烈，实验室建设的迅速发展，实验条件的改善及新设备的引入为满足这种需求提供了必备的物质条件，以学生为中心的，对学生进行开放性实验的教学模式势在必行。一、实验内容的转变要对学生进行开放性实验室教学，实验内容就必须具有多样性和开放性。电工电子课程是专业基础课，传统的实验内容多以验证性实验为主，学生做实验主要是为了验证理论内容，培养学生创新能力，就要多增加综合性和设计性实验。为提高学生的主动性和积极性，这些实验内容的设计尽可能要与学生的日常生活相关。例如，数字电路实验可以让学生设计一个抢答器或者交通灯控制电路，学生既有兴趣又能利用自己所学的理论知识和实验室的硬件设备进行自主实验，并且也能得到实现的结果。这样将与自己密切熟识的电路自己实现了，学生就会很有成就感，就会激发进一步学习的热情。任何事情都有一个起步的过程，高等院校的理工科实验室也就是培养学生迈开科研和创新第一步的摇篮。要在验证性实验的基础上多增加综合性、设计性、创新性实验，让学生有选作的余地，可以找自己感兴趣的实验进行设计，就必须有与之相配套的实验教材。实验教材中实验内容的难度要适中，如果实验内容难以实现，大部分学生根据实验要求设计不出硬件电路，容易挫伤学生的积极性；其次，实验内容要结合实验室的实际情况，如实验设备、元器件的供应等。此外，实验教材要具有先进性，除了要注意理论知识与工艺实践相结合, 还要力求基本知识与现代技术相结合，使学生能触摸到时代高新技术的脉搏。电工电子课程是重要的电学专业基础课，在电工技术和电子技术实验教材中, 如何由验证性实验向综合性、设计性实验过渡,并通过综合性设计性实验锻炼学生的动手能力和创新能力，仍是一个值得思考和讨论的问题。二、实验教学方式转变传统的实验教学方式是每次实验开始时，教师都将实验目的和实验原理及实验内容讲清楚，然后让学生在规定的时间内跟着教师依葫芦画瓢去完成规定的实验内容，结果使学生失去了兴趣、失去了求知和动手的欲望, 认为实验课是一门验证课。这样的教学方式难以提高学生的设计能力和创新能力，更谈不上培养高素质的科技人才。传统的实验过程中，多数实验是多人一组, 在规定时间内完成, 使得有些学生成了旁观者。开放实验室，并不是打开实验室的大门让大家随便做实验。开放实验室，首先要求学生熟悉所使用的实验设备。在第一次实验课开始时，教师要对学生详细介绍实验台的功能、实验仪器、仪表的使用方法。然后让同学们先把要用到的实验仪器和元器件熟悉起来，并学会使用，所谓“工欲善其事，必先砺其器”，实验用到的设备学会了，便能够对实验结果进行观察和分析，做实验难度也就减少很多。一旦观察到了实验结果，就会激发学生做实验的兴趣，并能及时对实验过程中出现的故障和问题进行检查和排除，所以，对实验仪器的了解和熟悉是非常重要的。例如，示波器是工科实验甚至在现场进行分析和研究的一个重要的仪器，但是，根据我上实验课的经验，虽然学生在电路实验课、模拟电路实验课、数字电路实验课上都用到了示波器，但是上完这些实验课后，发现很多学生还是不会使用示波器。在电路实验课上用完示波器后，在模拟电路实验课上还是不会用。这样就会造成一个恶性循环，久而久之，因为不会观察实验波形，而导致兴趣索然。在实验教学中,师生之间、学生之间应进行平等交流。教师要鼓励学生充分自由地发表自己的见解或提出质疑,并通过实验大胆地进行各种探索,不断激发学生的创新意识和创造潜能。教师应尽量培养学生敢于质疑、善于探索、大胆实践的精神, 将实验由被动的验证型实验转变为主动的创新型实验。教师要经常鼓励学生不要因一两次错误而气馁,更不要因一两次失败而放弃,要耐心启发学生认真分析实验错误或失败的成因,使之逐渐形成百折不挠的科学探索精神。实验过程中出现的问题一般由学生独立解决，以锻炼学生独立思考和解决问题的能力。在实验过程中要充分调动学生学习的积极性，以学生为主，只有在学生百思而不得其解的情况下，再由教师指导学生分析原因, 进而排除故障。在辅导过程中，对于普遍出现的问题或者个别同学出现的问题但这个问题具有实际意义时，要及时地给同学们集中讲解。从出现问题到解决问题的过程，是学生能力得到锻炼的一个过程，也是一个经验积累的过程。实验课上出现的问题，能够很直观地让学生认识到错误的产生及其危害。所以，实验教师若能将实验开放中出现的问题及时集中讲解给学生，那么，第一，可以让学生受益多多，避免在以后的实验和科学研究中犯同样的错误；第二，可以减少实验设备的损坏率。三、实验方式的改变传统的电工电子实验都是在实验室里通过连接分立元件和集成块而成的，学生可以利用电压表、电流表、功率表、示波器等进行观测和分析实验结果。有的实验要求的精度比较高，而在实际测量和观察过程中会有较大的误差。例如，经典的RLC串联谐振实验，电路参数确定后，需逐点改变频率读取相关参数，绘制一条频率特性曲线至少需测量20个点，不仅工作量大，而且由于实际元件的非理想参数，导致曲线误差很大，传统的实验方法难以解决。现代技术的引入为解决这类问题创造了条件，在计算机上应用EWB等软件仿真，由于选用的元件理想化，仿真仪表与实际情况接近，一旦在EWB的工作界面上把元件连成实验线路后，用软件中扫频仪，就立刻可得与理论曲线十分吻合的谐振曲线，效率和精度大幅度提高。另外学生也可以通过软件仿真验证设计性实验的正确性，例如，设计一个简易抢答器，同学们可以将实验电路设计出来，然后在MaxPlus中进行仿真，如果仿真结果正确，再根据所设计的电路进行连线测试，有条件的话，学生还可以自己制作电路板，这样在很大程度上能激发学生的实验热情。网上实验，可以在网上进行预约，能更大限度地利用实验资源。将一些实验开发成远程实验，就能够通过网络控制现场实验设备的运行，并将实验数据传送到终端计算机，通过软件对实验数据进行分析，例如，利用LabVIEW软件对实验数据进行显示和分析。这样，不但可以将实验硬件与软件相结合，节省实验硬件资源，而且，学生可以通过一台已经联网的计算机进行实验，提高了实验的灵活度，并且最大限度地利用了实验资源。四、实验教学和理论教学紧密结合鼓励理论课教师多参与和本理论课相关的实验课程。在讲理论课之前，教师要提前动手做一下实验，然后将自己在实验过程中所发现的问题和学生在做实验时要注意的问题，在理论课堂上结合相关的理论知识进行讲解。例如，TTL多余端的处理问题，与门、与非门多余端要接逻辑“1”，或门、或非门的多余端接逻辑“0”，至于为什么？理论课教师可以利用真值表和逻辑关系，使学生在上理论课的时候，弄清楚原因，这样在做实验的过程中遇到类似的问题，学生就不会不知所措，理不出一个头绪来。可见理论课和实验课相结合是非常重要的。五、建立适应开放式实验教学改革要求的实验教学管理模式与办法“没有规矩，无以成方圆”，首先，要制定出开放式实验教学管理办法、开放式实验考核办法等，建立明确的赏罚制度。实验室的开放，让学生可以在开放的时间内，自由地做实验，这样对学生的约束性不强, 有的学生就会做实验不认真, 实验课少来或是不来，抄袭别人的实验报告。为了杜绝这种现象，坚持育人为本的准则，对于开放性实验，要建立一套严明的赏罚制度。实验室要积极开展实验考核方法的研究和改革，建立起多元化的实验考核制度。考核内容包括实际操作、实验数据测试、数据分析处理与实验报告的撰写。分层次递进记分，完成一定比例的基本选作实验，为基本合格；完成大部分综合性设计性实验的，为良好；在设计性实验中有创新和特色的给予奖励分，为优秀。“电路实验”和“电子实验”考试成绩采取424的模式，即平时成绩40%，笔试成绩20%，动手操作成绩(安装、调试、验收) 40%。平时成绩主要包括实验次数、实验报告和实验数据分析的考核。学生来做实验要签到， 做完一个实验要让教师检查实验结果，并对实验结果进行记录。对利用实验台扩展部分做出有创新性实验的同学要加分鼓励，对于实验次数少，没有正常做实验的同学要予以惩罚；笔试成绩主要包括对实验的基本常识和注意事项进行笔试的考核。动手操作成绩主要包括根据抽签内容进行动手操作的实验考试的成绩。此外，还实行考试与作品相结合，考试与总结报告、小论文相结合，平时实验与期终考试相结合的考核方式。这样多样化的考核方式能够全面、客观地考察学生的实验水平，深受学生欢迎。六、建设开放式的教学环境开放式的教学环境由以下三部分组成：一是由软硬件及网络构成的数字化实验教学平台；二是网络课件、视频录像、试题库、实验平台（包括网上虚拟实验）、优秀作业、电子教案等构成的多媒体数字资源，可以供学生课下学习；三是依托“平台”和“资源”开展的设计、实验、答疑、提交报告、测评等教学活动。开放式、信息化的教学环境不仅为学生提供了自主式、合作式学习空间和真实或虚拟的实验环境，也为教师提供了数字式讲台，形成既有利于发挥教师主导作用，又能体现以学生为本的个性化实验教学环境。开放式的教学环境为学生提供一个设计创新的场所, 为学生综合能力和创新能力的培养创造了良好的实践环境和实践条件。总之,实验教学, 就是一个认识、实践、再认识、再实践的教学过程; 开放的实验条件就是提供学生一个大胆思维、不受约束、能够充分发挥自身才智的空间的条件。通过开放式实验教学，使学生自主选择、自由安排实验，使学生逐渐摆脱依赖教师指导的心理，发挥学生的想象力去进行创新实践，去自觉地发现和解决问题。开放性的实验教学模式为学生的自主实验能力的提高和学生独立从事科学研究提供了广阔的空间。参考文献：1 刘庆臻. 电工电子实验教学改革的尝试J. 教育与职业，2006，17：174175.2 尚书旗等. 促进实验教学改革的思路与探索J. 华中农业大学学报，2005，10：128130.Discussion of the Opening Patterns about Electrician and Electronic ExperimentYU Ya-ping1, ZHANG Yu-jun1, QIAN Jian-ping2（1 College of Electrical Engineering and Automation, Henan Polytenic University, Jiaozuo 454003, China; 2 College of automation, Nanjing University of Science and Tecnology, Nanjing 210094, China）Abstract: It is the developing tendency by using modern teaching method, managed mechanism and set up the opening laboratory which provide colorful experiments during electrical & e