主页 > 技术文章 > 浅议电工电子实验研究型教学体系和方法探索 2024-09-30

浅议电工电子实验研究型教学体系和方法探索

摘要：电工电子实验是电气工程相关专业的实践性教学课程，在实验教学实践中，开展研究型实验教学模式，在巩固基础理论知识的同时，能很好的培养学生的创新性思维和创新能力。提出了电工电子实验研究型教学体系的概念，分析了研究型实验教学体系的三个层次，综合性实验的开展，以及实验室的开放与创新，并对电工电子实验教学方法的改进与实践方案进行了探讨。
　　为适应现代教育的需要，高校迫切需要建立启发式、研究型的教学体系，注重培养大学生解决实际问题的能力、开拓精神与创新能力[1-2]。而在以培养应用型、创新型人才为目标的研究型教学体系中，课程体系以及教学内容的更新和优化，尤其是研究型实验教学体系的建立与完善，直接关系到人才培养的质量。“电工电子实验”课程是理论性和实践性都很强的一门学科。开展研究型实验教学模式，在巩固基础理论知识的同时，能很好的锻炼学生的实践动手、分析和解决问题，以及电路的设计能力，加强其开拓意识和创新能力。本文对“电工电子实验”课程的研究型教学体系进行了深入地研究，并将研究型实验教学原理运用于大学电气工程学院（以下简称“我院”）“电工电子实验”教学环节，对建立研究型实验教学体系进行探索。
一、电工电子实验研究型教学体系：
　　研究型教学体系中，学生是主体，教师以问题为主线，调动学生的积极主动性，引导学生逐步深入、分析和解决问题。在加深理论知识理解的同时，增强学生的创新能力。
　　“电工电子实验”是电类相关专业的实践性教学课程，它以电工、应用物理为基础，以电子技术、仪表技术、测试技术为指导，侧重于理论指导下的实践、技能培训及综合能力的提高。通过电工电子实验研究型教学体系，在加深学生对理论知识理解的同时，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，提高学生创造性和创新能力。
　　1.多层次的电工电子实验教学体系：
　　电工电子实验研究型教学体系将实验划分为由低到高的三个层次：基础性实验，设计型实验，创新研究实验。
　　基础性实验主要为电工电路基本理论的验证性实验，如叠加定理与替代定理的验证、三相交流电路电压、电流、相序的测量等，配合理论教学，培养学生使用仪器、连接调试电路、数据分析处理等方面的基本技能，加深学生对理论知识的理解和掌握。此类实验的实验内容固定，教师要注重激发学生学习的兴趣，积极开创新的实验教学方式，引导学生运用理论知识分析实验现象和数据，并在教师与学生、学生与学生之间的研讨中积累知识和培养能力。
　　设计型实验是教师事先给定实验要求和任务，学生自主设计课题实现方案的实验。如设计一个电路将方波信号转换成三角波信号，用单级晶体管设计小信号放大器等。在设计型实验教学中，教师对学生提出的实验方案进行讨论和引导，确定最优实验方案。然后学生根据实验方案进行电路连接和调试，分析实验结果。设计型实验需要学生查阅相关的文献，自主设计实验方案和电路，有利于培养学生的自主学习和独立设计能力。
　　创新研究实验基于创新实验室，为学生开展研究性实验项目，体现个性化和创新性的培养教学思想。创新研究实验的平台可以是实验装置或者是计算机仿真平台。学院为学生提供实验场所和设备等，并有专业的教师队伍作为技术支持。学生可以根据自己的兴趣和能力自主选择某一实验项目进行创新性研究。学生也可以以大学生电子竞赛为契机，选择与大赛相关的基础技术研究课题进行实践研究，为今后从事工程设计和科学研究奠定基础。
　　2.多层次的电工电子实验教学内容：
　　学生在掌握了一定的电工电子理论知识，并完成基础性实验后，需要开展一些综合性实验，将实验内容向以设计性、综合性方向为主的综合实验发展，形成多层次的实验教学内容。
　　综合性实验的实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验[3-4]。综合实验通常由多项任务组成，且各项任务间遵循一定的先后顺序。如对于电子类的综合实验，可以要求学生设计一个小电压信号的信号调理电路，对信号进行放大和滤波处理等，将信号转换为便于数据采集和处理的电压信号。
　　综合性实验既要体现内容的综合性与创新性，又要体现知识能力素质培养。通过综合性实验的开展，引导学生运用综合的观点和创造性思维去思考现实中的复杂问题，使学生有更多的组织、判断与选择的机会，可有效的培养学生综合分析问题和解决问题的能力。
　　3.电工电子实验室开放与创新：
　　我院电子电路实验中心积极创造条件，设立实验室开放与创新项目。部分实验室采取了全方位的开放模式，开放性实验室对学生实行实验时间开放，实验器材开放，突出了实验教学以学生为中心的开放模式。学生可以自主选择实验项目和实验时间，独立设计实验方案并完成实验内容，同时值班教师负责安全及提供必要的帮助和技术指导。为学生自主学习、自主发展、研究性学习和实践创新提供条件。
　　创新实验室拥有更多、更高档的仪器设备、实验器材、工具等，主要针对经过开放实验室锻炼并表现优秀的学生。学生们可组成创新活动小组，开展复杂的创新性实验。学生根据自身兴趣和能力，并结合实际申报课题，指导教师们审定后，组织学生进行讲解并答辩，确认方案可行后立项，给予一定经费资助。
　　进行实验室开放与创新教学以后，学生可自主设计实验，对电工电子类理论知识进行反复操作和论证，也可进行创新性实践活动，使大学生的动手能力和创新创业意识才能得到全面提升。
二、电工电子研究型实验教学方法探索：
建立电工电子实验研究型的教学体系后，重点转向如何对原有的实验教学方法进行改进和完善，即采用合理的教学方法激发学生的学习兴趣和能动性，促使学生掌握基本电工电子理论知识和技能，并发展其独立思考和创新能力。
1.提高教师的业务能力：
　　实验指导教师不仅要讲授基本理论和实验技能，更重要的是要培养学生分析问题与解决问题的能力。这就要求实验指导教师具有很强的业务能力、责任心和科研意识。因此，实验教师的业务能力和综合素养的高低，是实现研究型实验教学体系的根本保证，也是培养创新性人才的关键。
　　提高实验教师的综合能力可以从以下几个方面入手：首先实验指导教师要不断地学习进取，提高自身的理论知识以及业务水平与熟练程度；其次要积极探索新的有效的实验教学方法，激发学生的学习兴趣，引导学生在试验中发现问题、分析问题并解决问题；最后还要拓展综合性、应用性、研究性、创新性为主要内容的实训活动，并加强兄弟院校之间的交流与合作，全面提高实验指导教师的整体素养和业务能力。
　　2.运用多样化实验教学方法：
　　采用灵活多样化的教学方法，可有效的加深学生对实验的理解和知识的掌握，起到事半功倍的作用。
　　（1）采用先进的教学手段，如多媒体、网络浏览器等，将书本枯燥的原理知识可视化，更加生动形象地体现在学生面前。如可将动画加入日光灯工作电路中，使学生更直观地了解启辉器的工作原理和时限，以及日光灯启辉前、启辉过程、启辉后不同阶段，电路中电流的流向等。实验教师制作多媒体的实验课电子课件，连同相关的计算机仿真实验软件，结合校园网络，建立完整的电工电子技术实验教学系统。让学生对实验电路、仪器、仪表、电子元器件、集成电路元器件的功能和使用方法等有更全面和清晰地了解，从而更好地实现互动教学，使实验教学方法向启发式、形象化、开放式的方向发展。
　　（2）借助先进的现代教育手段，采用将实际电路实验操作与计算机仿真相结合的实验教学方式。如可将电子电路仿真（EDA）、可编程逻辑器件（CPLD）、集成电路设计（PCB）、MATLAB等电子设计自动化的知识逐步引入到实验教学中，进行更为灵活的电工电子实验电路的设计和分析。
　　（3）电工电子实验中传统的实验仪器功能比较单一，扩展性能差，可实验的实验项目偏少。将虚拟仪器引入到电工电子的实验教学中，采用其图形化系统设计平台，可方便地构造电工电子实验元件和仪器仪表，如电压电流表、示波器等，且所构造的仪器之间具备数据通道和控制通道，能实现对多个参量的测量、显示和控制。实验教师能以动手实践的方式教授电工电子实验电路概念，便于学生进行电路设计和原型开发，动态系统仿真等。
　　3.加强实验教学监督：
　　实验教学不仅涉及实验教学和操作过程、培养学生创新精神和动手能力，而且与仪器设备、场地等实验教学条件紧密相关，需要进行多方面的协调与监控。建立和健全科学、完善的实验教学质量监控体系，加强教学质量监督，是确保实验教学质量稳步提高，健全实验研究型教学体系的重要管理环节和基础性工作。
　　研究性教学模式体现了以学生为本的教学理念，能充分发挥学生的学习自主性，培养学生的研究习惯，锻炼学生分析和解决问题的能力，为创新意识和创造能力的培养奠定基础。对于“电工电子实验”这类实践性很强的实验课程，运用研究性教学模式，建立研究性实验教学体系，并加强实验教学方法的改进和完善，对提高实验教学质量，培养学生实践能力和创新精神具有重大的意义。

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