“电工学”综合实验教学的改革探索

张晓春

（中国矿业大学 信息与电气工程学院，江苏 徐州221006）

0 引言

“电工学”实验课是一门实践性、应用性较强的课程。此课程在培养学生的实验技能、分析和解决实际问题的能力，以及工程实践能力和创新意识等方面，发挥着积极的作用，也为学生学习后续课程及从事本专业的工程技术工作和科学研究打下了坚实的电工与电子技术基础［1］。而其中的综合实验部分是以模拟、数字等理论课程的基础知识综合应用的实验，它锻炼学生在电工电子设计综合应用这些知识的能力。多年实践过程暴露了一些问题，如学时数限制、可利用资源少、实验任务多而杂、设计方案单一、学生基础和兴趣程度差异大等。因此，对原有综合实验的教学模式和结构进行探索成为本科教学中的一项当务之急，从原来分立、单一验证性的综合实验转变为开放式设计性综合实验是非常必要的。针对这一情况，结合各专业的应用性、专业知识和EDA技术发展迅速的特点，我们在实验中试行改革电工学综合实验，主要强调学生自主设计、老师引导学生开展讨论、提高学生分析和解决问题的能力，加强学生撰写总结报告的技巧，强化学生综合能力和知识点的融合。

1 “电工学”综合实验改革的思路

着力培养“厚基础、重实践、强能力、高素质”的应用型创新人才是目前各个高校致力发展的目标［2］。基于此，我们将实验教学改革定位于以全面培养学生综合能力为目的、以完整的电路系统级设计为核心、以EDA软件为辅助，由学生自主设计并实现一个完整的电子系统设计全流程。具体的实验内容是，在给出系统基本要求后，由学生自主完成包括模块级设计、数字模块仿真、模拟模块仿真、系统仿真、系统综合、设计验证等步骤在内的电子系统设计全流程。实践证明，这种综合实验的安排大力提高了基础实验的质量，强化了工程技能训练，强化了大型设计性实验的训练，培养了学生的实际动手能力和创新精神。为充分发挥学生的主观能动性，培养学生的动手、创新能力，力争在以下实验要求、实验流程、实验考核等方面体现出实验教学改革的思路和目标。

（1）实验要求

要求学生对综合实验内容进行讨论，在查阅相关资料的前提下自行提出电子系统的设计方案，方案经教师审查通过后方可进入实验设计。对于实验中所遇到的未学过的知识，要求学生在教师引导下自行熟悉和掌握。这种学生自行设计方案、学习知识的要求激发了学生的主动性和创造性，教师的引导则保证了教学的质量。

“电工学”综合设计实验安排了数字钟电路设计、篮球比赛24s计时器设计、数字电压表设计、步进电动机驱动控制系统设计、彩灯控制电路设计［3］等综合实验内容，学生可任选其一完成，也可自拟题目进行设计。总的原则是将电工部分、模拟电子技术与数字电子技术的内容结合起来，锻炼学生的综合应用能力。

（2）实验流程

在实验流程的把握上，我们的原则是把学习知识、动手实践、分析思考三者有机结合起来，从而提高学生的实践、创新能力。

在实验的进行过程中，学生还会遇到很多具体困难，主要表现在对有些实验现象不理解，仪器的使用方法不熟悉，遇到故障不知该如何解决等。对于这些问题，指导教师应及时抓住典型给予集体分析、讲解使绝大多数学生能在短时间内解决问题，否则会影响实验的正常进行。在调试过程中，要积极引导学生如何用理论知识分析问题，要提醒学生要先分析故障原因，然后再加以解决。

例如，在“篮球比赛24s计时器设计”的综合实验中，最后一个功能要求计时器递减计时到0时，计时器自动停止工作，显示器显示00。很多学生都会遇到这样的故障：计时器计到00后不能停止下来，而是一直继续减到99，98…。这时学生一般第一个反应就是计数器192有问题，就要求教师更换芯片，结果换了芯片后，故障仍然存在。这时教师就可以利用这个机会，讲授大家一些基本的故障排除方法。首先，要从原理上分析可能产生故障的原因是清零端没有置1或者是减计数脉冲输入端仍有脉冲输入，然后再利用万用表依次从后往前逐级测量各个管脚的电压是否在正常的范围之内，从而最终可以查出故障的原因，然后加以排除。

（3）实验考核

为达到公平地评定实验成绩，将最后的总成绩分成三部分：平时操作占30%，综合实验占20%，实验考试占50%。其中综合实验评分标准的制定，又包括三部分的内容：预习报告及原理设计图、实验过程中分析问题和解决问题的能力、总结报告的撰写。在实验及整个过程中指导教师应在每个阶段对每个学生的实验进程，学习态度，组织纪律，实验质量等方面有计划、有阶段地进行严格考核，教师对每个学生的情况要有记录，作为成绩考核的依据。

2 “电工学”综合实验的特点

（1）综合实验的设计性

在实验的全流程中，从查阅资料、提出初步方案到完善方案、实施和完成设计，到写出总结报告的整个过程都要求学生自己动手。教师定期组织学生们进行讨论，给学生找问题、指方向，让学生充分体会发现问题、解决问题的难度，进一步培养学生分析、解决问题的能力，培养学生团结协作精神。

（2）实验方案的多样性

实验方案是在统一要求下自己设计的，因此，每个学生的具体设计实现方法多种多样。教师对实验方案认可后，学生可任意选择电路的形式、所用元器件的种类和尺寸。教师组织讨论会对各种方案进行比较，并选取有一定水平和特点的方案加以讲解和推广，鼓励学生的创新性。

（3）实验内容的实用性

对于《电工学》综合设计实验，设计内容与实际应用密切相关。这样可以全方位地提高学生对所学基础知识和专业知识的综合理解，增强学生的实际动手能力。学生对这种学以致用的综合实验非常欢迎，实验态度也非常认真。

（4）实验室的开放性

实验室采用网上预约的模式，学生根据自己的情况和时间预约进入实验室。这种从空间、时间、内容等的开放为学生自主学习和创新提供了条件［4］。

3 实验教学效果

（1）激发了学生的主动性、积极性

作为一个电路设计性的综合实验，从实验方案的确定、具体实验设计的实现到实验问题的分析、实验报告的撰写均由学生在教师的指引下自行制订与完成，实验中所涉及到的一些未在课堂上讲授过的知识和技能也需要学生自行学习和熟练。这种充分赋予学生自主权的实验方式大大地激发了学生的主动性和积极性。

（2）培养了学生的创新精神

培养学生的创新精神是设计性综合实验的一个重要目的。从实验效果来看，学生能自行设计实验实施方案，例如在“篮球比赛24s计时器设计”的综合实验中，其中计时结束后报警2s电路的设计，学生设计出的电路丰富多样，体现出了很大的创新意识。

（3）提高了学生的实践动手能力

综合性设计实验充分考虑了实际应用的需要，从实验题材的选取与实际应用情况相吻合。学生在这种“真实”环境下的实验所获得的实践动手经验无论是对其所学知识体系的串联还是对其将来在科研、工作岗位上的发展都是大有裨益的。

4 结语

面对应用性较强的学科中如何提高学生实践能力的问题，我们在《电工学》设计性综合实验的教学方面做出了探索，力求建设具有设计上的自主性、方案上的多样性、内容上的实用性、时间上的连续性和开放性的设计性综合实验。实践证明，设计性综合实验的探索取得了很好的效果，激发了学生的主动性、积极性，培养了学生的创新精神，提高了学生的实践动手能力。

［1］ 秦曾煌.《电工学》.高等教育出版社，2004

［2］ 冯根良，郑青根：多层次电子电工实验教学体系建设与实践.实验室研究与探索，2009，3

［3］ 王香婷，刘涛.《电工技术与电子技术实验》.高等教育出版社，2009

［4］ 丁守成等.开放式电工电子综合实验教学模式的探讨.实验科学与技术，2005，6