电类基础实验课程关联化教学模式的探索

姚缨英，韦 巍，马 皓，樊伟敏，阮秉涛

(浙江大学电气工程学院，浙江杭州310027)

我校电气信息类四个专业开设了八门必修的技术基础类实验课程，它们是：“电路原理实验甲I”、“电路原理实验甲II”，“模拟电子技术基础实验”，“数字电子技术基础实验”，“信号分析与处理实验”(含于理论课)，“电磁场实验”(含于理论课)，“微机原理与应用实验”(含于理论课)和“电子系统综合设计”，全部安排在大二学年。早期，这些基础实验课程都是依附于理论课，没有单独设课。从20世纪80年代起，特别是近些年来，有关高校已经对电子信息类电路系列课程进行建设和改革，但是实验课程还没有大的动作。

我校以电类基础课程改革为背景，开展了电类系列实验课程的关联化建设，旨在有限的学时内，加强工程实践内容，增加综合设计性和研究性实验，以资有效地提高学生处理问题的能力，激发实践创作热情。以满足工程教育背景下创新型人才培养的实验课程建设内涵和教学模式［1］。

1 系列实验课程的教学体系

1)建设目标

电类系列实验课程建设的指导思想是：在复杂的应用背景下进行基础实验。以任务或工程做驱动，在掌握基本实验技能的前提下，能够自主地探索和实践。具体来说，将系列实验课程打通统一安排，沿着电气电路应用系统和电子电路应用系统两条线，通过基本实验技能、单元电路设计与测试、基于课程的小型系统实验、系统级综合实验和系统级设计达到培养工程应用能力的目的。

2)教学体系及课程设置

改革前后实验课程的设置如表1和表2所示。

表1 改革前的实验课程体系

表2 改革后的实验课程体系

表2的“电路与电子实验I”作为电类专业的第一门实验技术基础课程，结合电路原理和模拟电子技术基础知识，在加强基本测量方法和基本实验技能的基础上，着重培养学生的独立实验与数据分析的能力，进一步学习实验方案设计、计算机仿真和实验测量技术，并提高实验报告的撰写能力。实验内容涉及电工、电子的基本测量技能，由基础规范性实验和研究拓展性实验两大部分组成，开始照着做，然后过渡到实验设计，并伴有问题导引的随堂测试。

表2的“电路与电子实验II”侧重于单元功能电路的设计和简单应用。由研究探索性实验和设计性实验两大部分组成。研究探索性实验提供基本原理电路，引导学生分析和改进，然后过渡到功能电路设计，并伴有问题导引的讨论和探索。实验内容包含典型问题和单元电路的功能测试与设计，在实验过程中要求学生自主设计实验并进行测量，要求用实验日志代替实验报告，培养“领会、决策、规划以及自由探索”的意识和能力。

表2的“电气电子电路综合实验”是在学完电工电子类基础课程后的一门综合性实践课程，内容上可以与“信号分析与处理实验”、“微机原理与接口实验”以及“电子技术课程设计”协调统筹设置。课程依托模块化和开放式综合实验项目及其配套的实验平台，以项目的形式组队完成，通过基于系统的功能模块电路的设计，完成系统功能的设计、实现以及测试，最终提交作品和技术报告，并进行口头报告和答辩。着重培养学生综合运用所学知识处理复杂实际问题的能力。

3)系列实验课程建设特点

(1)新的实验课程体系，增加了综合实验的比例，通过新增“电气电子电路综合实验”课程强化应用型实践。

(2)淡化了电路原理实验，但是并没有降低电工电子基本实验技能的要求。电路原理实验与模拟电子技术实验的合并，不但避免了原有两门课程中基本实验技能训练中的重复，而且拓宽了实验内容，增加了单元电路实验和研究探索性实验，提高了电路与电子技术实验课程的层次。

(3)在系列实验课程链末端所加入的“电气电子电路综合实验”，以对象明确的小型应用系统为目标，综合应用所学的知识完成系统功能，不仅可以有效地实施基于系统的模块化综合实验，而且可以使基本实验、单元电路实验、基于课程的综合实验相互关联起来，并与电子技术课程设计、电子系统设计及综合创新实践等课内外活动衔接，形成可持续的电类基础实践。

(4)实验内容和实验方法与传统的实验有较大区别。在基本实验阶段，强调规范严谨，实验内容侧重研究性，重点掌握实验方案的选择和设计，实验结果的分析和处理等基本技能。在单元电路实验阶段，学习简单功能电路的设计，元器件的选择，电路制作，实验方案的拟定以及功能测试。基于课程的综合实验，是在逐步完成一系列单元电路后，最后拼成一个小型系统，比如说基于CPLD和FPGA的数字系统实验，基于单片机的简单系统实验。在这些课程尽可能与“电气电子电路综合实验”的典型应用系统相呼应。

围绕上述系列课程构建统一协调的实验教学体系和内容体系。在强化基本技能的前提下，凝练基础实验项目，体现趣味性、研究性和可拓展性。开发基于复杂应用系统的开放式模块化综合实验系统以及配套的综合实验项目。通过实验项目的规划，引导学生进行讨论，依托案例式等教学方法提高实验内容的工程化和复杂化，并进一步实现开放式的实践活动。

系列课程所依托的电工电子基础教学中心有一支专职的集理论教学和实验教学于一体的教学团队，承担着国家级实验教学示范中心、国家级人才培养模式创新实验区以及2门国家级和2门省级精品课程的建设重担，曾于2008年获得浙江省教学成果一等奖。

2 基于可持续实验项目的教学方法

针对系列实验课程，教学方法也做了改进。在基础实验阶段，采取小班化实验，加大引导式开放的力度，推进课堂测试验收、讨论、答辩、自主学习和探究。围绕复杂应用背景下基础实验的教学，提出“基于系统，问题导引，多重交互”的教学方法。其中，“基于系统”是指按照课程之间有机联系的方式规划各门课程，实验内容包含在具有可感受功能的系统中;“问题导引”是指精心策划的实验内容隐含各种陷阱;“多重交互”则是指多种方式的教、学和考核。

将系列实验课程相互关联起来的关键是开发可持续进行的实验项目。我们需要选择既生动有趣又有拓展可能性的实验项目，通过简单的方法能实现其功能，也能不断加入高级课程的知识和手段改善其性能。

我们开发了“基于复杂应用系统的开放式模块化综合实验系统”以及配套的综合实验项目：内容跨课程，形式上分为两种：①每门课上解决其中的一个模块，在最后一门课上形成一个功能可感受的系统;②在综合性实验的课上，组队完成各模块，拼合成一个系统。

2011年，我们在文献［2］～［5］中连续介绍了该系统以及三个实验项目。

近年来，我们进一步确定了这种基于可持续实验项目的实验教学方法，扩充了应用对象和实验项目。目前已有基于混沌掩盖的保密通讯系统设计，语音信号处理系统系列综合实验和循迹壁障智能小车等多个项目在陆续开发。

以智能循迹小车项目为例，其相关功能的实现可以在“电气电子电路综合实验”课程中组队完成，也可以分散在关联课程中逐步完成，如，在“电路与电子技术实验II”中解决电源模块、直流电机调速驱动模块以及信号的检测模块;还可以在不使用微处理器的前提下，仅用电路和电子技术知识让小车循线行走。在学完数字电子技术课程后，为小车加入各种状态显示，也可利用FPGA开发板实现更为准确的循线功能。而在结束单片机课程后，还可从系统角度综合掌控小车的速度以及复杂循线的能力。

3 开放式管理的教学支撑体系

1)研制开发了自主研究型实验平台。该平台除配置基本仪器设备外，还配备有仿真器、单片机最小应用系统和可编程器件等实验模块。

2)研制开发了综合技术实验系统。我们将电路分析、模电、数电、信号与系统和测控技术等多门课程知识有机地结合在一个实验体系之下。该系统由模拟科研开发平台的仪器屏、系列功能板和应用数字音频处理技术的系列训练模块三部分组成。借助此平台，学生可以进行下述三种层次的实践。

(1)根据目标进行系统选型和实验测试—根据具体的实验要求，选择合适的功能电路，依据各功能电路的技术参数，组成一个目标系统，然后对目标系统进行功能和参数测试，最后完成实验测试报告。

(2)自主设计并制作系统中的某一功能电路—从原理设计，元器件选型，线路板绘制、制作、安装、调试，实现对原有功能电路的替代。

(3)团队合作实现系统功能—多位实验者合作完成一个系统的设计制作和调试。

4 结语

综上所述，我们在电类基础实验课程改革方面做了一些尝试，在开展该实验课程改革的三届爱迪生班的实践表明，本文论及的课程体系对于提高学生动手能力和创新实践能力确有很大帮助。相对于普通班，爱迪生班的学生在大二结束就能参与各类创新实践活动，并取得好成绩。在大学生科研训练项目申报和完成效果方面也明显优于一般学生。但是仍存在一些问题需要进一步解决，比如：相对于普通班，实验课程的总学时数是增加的。理论课程与实验课程的关联还不够紧密等。

［1］郑君里，试谈电工程与信息科学领域基础课程教学改革，［J］南京，电气电子教学学报，2006，Vol.28 No.1，pp.1-5

［2］姚缨英、樊伟敏等，模块化开放式电路综合实验(1)－开发与实践综述，［J］北京，实验技术与管理，2011.vol.28，No.4

［3］姚缨英等，模块化开放式电路综合实验(2)－语音系统功能电路设计，［J］北京，实验技术与管理，2011.vol.28，No.5

［4］姚缨英等，模块化开放式电路综合实验(3)－有源器件应用系统，［J］北京，实验技术与管理，2011.6，vol.28，No.6

［5］姚缨英等，模块化开放式电路综合实验(4)－电能传输系统，［J北京，实验技术与管理，2011.7，vol.28，No.7，pp.10 －13