“电路实验”教学方法的改革与实践

陈桂真 刘晓文 薛雪

摘要：针对“电路实验”在高校工科电类专业课程中的基础地位，结合教育培养卓越工程师的要求，采取“夯实基础、循序渐进、拓展视野”的教学方式，通过对“电路实验”教学方法进行改革与实践，改进验证性实验教学方法、增加综合性、设计性实验比例，逐步提高学生的实验技能和创新设计能力，全面提高学生综合素质，为后续课程奠定扎实的基础。

关键词：电路实验;创新实践能力;实验教学与改革;教学方法

中图分类号：G647 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）33-0102-02

“电路实验”是各高校工科电类相关专业第一门专业基础实验课，在整个电类专业课程体系中起着承上启下的重要作用。通过对本课程的学习，使学生掌握基本实验方法，使他们能够正确观察和分析实验现象，能够运用所学理论知识设计实现简单的电路，培养基本实验技能。随着教育部“卓越工程师教育培养计划”的提出，对工科学生的综合能力及创造性思维提出更高的要求。因此，如何在有限的学时内更好的提高学生综合运用能力、实践能力以及创新能力，是“电路实验”课程改革的方向。

我校历来重视实验教学的效果，教研组在“电路实验”的教学方法、教学计划和教学模式的改革上不断摸索。改革主要体现在实验设计中注意理论与实际相结合，学生的实际能力与课程的特点相结合。在掌握基本实验技能的基础上，增加了综合性和设计性实验内容，综合性、设计性实验使教学的形式和内容多样化，学生从简单地模仿者变为实验的设计者和执行者，让学生成为实验的主导者，大大调动了学生的学习积极性，受到学生的广泛欢迎，取得良好的教学效果。

一、电路实验改革的必要性

我校的“电路实验”课程是面向电气自动化、电子信息类学生开设的第一门专业实验课程，多年来已形成一套传统的教学模式。实验内容与理论内容联系紧密，以验证性实验为主，实验的主要目的是对相关理论知识点的验证，各个实验间的关联度差，且缺乏具体的工程实际应用场景。随着学生人数的增加，也造成师资的紧张，由原来的两个教师变为一个教师指导一个班，一名老师实验课上要同时指导30名同学进行实验，因此不可能兼顾到每个人，再加上实验室使用的大型综合实验台集成了各类仪表，设备故障率高。为了使得学生都能完成实验，教师只能提前将实验中的注意事项、测量方法等问题讲解，这就会使学生的课前预习流于形式，简单地按照老师的讲解机械地模仿来完成实验，学生缺少独立思考问题的锻炼，通过实验，学生的实际动手能力有了相应的提高，但还远远不能满足卓越工程师实验技能的培养需求。

二、电路实验改革与实践[1-6]

“电路实验”课程安排在大二第一学期，学生刚从高等数学、大学物理等工科类的基础课程转到专业课程的学习，对专业课的概念和认识还很模糊，对实际生活中各类电路充满憧憬。电路课程的特点是强调基础理论，通过对该门课程的学习还不具备设计和实现复杂电路的能力，如何让学生保持高昂的学习兴趣一直是“电路实验”改革的方向。

结合“电路实验”课程基础性的特点，抓住我校电路理论课程申报国家级精品资源共享课的契机，2012年新修订的教学计划将电路实验学时增加至32学时，从时间上为课程的改革创造条件。在保证基础实验的同时，增加了综合设计实验;允许学生自拟题目，自主实践。将实验教学体系分为三个层次：验证性、综合性和设计性实验;采取由浅入深，循序渐进的原则;因材施教，翻转课堂，转换教学理念，还学生学习的主动权。

1.夯实基础，转变验证性实验教学理念

本课程的核心任务是帮助学生正确使用各类电子仪器、测量仪表的使用方法，能根据待测电路选择测量仪器设备、确定测量和分析方法。因此，在课程开始阶段开设基础的验证性实验，实验内容的设置与同期进行的电路理论课程紧密结合，主要包括直流电路、正弦交流电路、网络函数、动态电路、二端口网络等理论知识点。

学生在验证性实验中扮演的角色由单纯的模仿变为半自主。由原来通过指定线路、严格按照指导教师讲解的步骤测量数据来得到实验结论，转变为在知识点的限制条件下由学生独立设计实验线路参数及测量数据方法，教师在实验指导过程中的作用主要是指导学生解决设计中、测量时出现的问题。例如，在第一个“电源元件伏安特性的测试”实验中，指导学生重点解决理想电流源和理想电压源源测量电路中时正确选择电压表和电流表的内接和外接，电流源的测试电路中当负载电阻过大时会使得电流源器件输出饱和等问题。学生通过半自主验证性实验的训练，不仅巩固了理论知识、还学会了基本常用仪器仪表的使用、常用的测量方法，具备了初步分析问题、解決问题等实验技能，为后续的综合设计性实验打下基础。

2.循序渐进，加强综合性实验

在学生掌握了基本测量技能的基础上，与验证性实验交叉设置开设综合性实验，实验内容主要为直流电路故障的诊断、三相电路、负阻抗变换器及回转器的应用等，每个实验项目涉及到多个电路理论知识点或多种测量方法，在综合性实验中进一步扩大学生的自主性。先布置实验题目，提出实验具体要求，学生需要根据实验要求先设计实验线路、实验步骤和测量方法，然后进入实验室自主完成。实验的顺利完成首先需要学生理解理论知识点并按要求设计实验线路，掌握仪器仪表的测量内容及使用方法，结合实验的技术手段和测量方法设计实验步骤和测量表格，最后到实验室完成实验。以负阻抗实验为例，在这个实验中以电流反向型负阻抗为核心模块，先在直流激励下实现负电阻，再由负电阻构成具有负内阻的电压源，最后将具有负内阻的方波电压源接入RLC串联电路中，实验内容逐级深入，循序渐进，涉及到直流电路中元件伏安特性的测试，又有动态电路响应的研究方法。通过综合性实验的训练培养了学生的综合分析问题和处理问题的能力以及简单电路的设计能力。

3.拓展视野，开设综合设计性实验

在本课程的最后阶段设置有课内4学时的实用电路设计实验。设计性实验完全放开限制，从题目到最后的报告全部由学生独立完成。学生自由组合，2～3个人一组，通过查阅资料，确定实验题目。先将设计电路在EWB或Muitisim软件上仿真实现，边仿真边修改以完善设计，仿真通过后进入实验室进行实验操作，根据实验结果完成实验报告及总结。

从2012届学生的实验来看，大多学生可设计完成可调电源电路、断电报警电路、温度控制电路、热控电路、光控电路等与实际结合密切的实用电路。由于学生的专业理论知识水平有限的实际情况，许多实际电路中常用到的集成芯片、晶体管电路、控制器件等还没有接触到。还有一些器件不是实验室常备的，需要查找资料，研究元件功能并寻找其他元件进行替换。教师在实验过程中起到了引导和辅导的作用，从器件选择上和实验方案上和学生共同探讨，启发学生思考，完善并实现实验方案。通过设计实验的训练，培养了学生积极思考、主动学习、自主动手和独立解决工程问题的研究能力和创新的意识，为后续专业课程和从事工程技术奠定基础。

结合学生实验所出现的实际情况，2013年年底课题组老师设计完成了综合设计实验箱，包括基本元器件、控制模块、声光显示模块、扩展模块、电源模块等12个模块，基本可以涵盖学生设计过程中用到的所有芯片和器件，使得实验设计实现更便捷。

4.建设立体化教材资源，为学生的自主学习提供平台支持

为了更好地满足电路实验的教学改革要求，建设立体化教材资源。在我校电路教研组全体教师多年实验经验总结的基础上编写了“电路实验”教材，2009年已由机械工业出版社出版。随着实验改革的不断深入，计划对教材进行改版修订并已在校教材建设立项。

在纸质教材不断完善的同时开发了实验教学课件以及实验教学网站，电路实验多媒体课件内容丰富，包括实验教学内容，实验教学参考资料，常用实验设备使用动画演示、设备使用讲解录像、数据处理、优秀报告选登、师生交互等模块，课件设计先进、合理，得到专家同行的一致认可，并先后获得教育部多媒体课件大赛二等奖和声多媒体课件大赛一等奖。课程的网络辅助教学资源共享，进一步拓展教学空间和时间，促进了学生自主学习。为学生实验提供立体化、全方位的学习内容。

5.实验成绩的评定

我校“电路实验”课程独立设课，成绩是学生实验动手能力的最终反映，是对学生能力水平的鉴定。如何客观地给出实验成绩也是我们一直在探讨的问题，考虑到具体的实验内容，根据每一个实验项目制订了相应的评分标准。主要分为三部分：预习情况、实际操作和实验报告，并设置有考察性实验，在考查性实验中主要是检验具体的电路设计和设备的选择与使用能力，在强调实际动手能力的同时，加强学生撰写报告的能力。

三、实验教学方法的改革效果

“电路实验”课程坚持“夯实基础、循序渐进、拓展视野”的教学理念，以提高学生综合素质和创新能力为目标。作为专业基础实践课程的入门，适用于电气、信息类专业的学生。通过对电气2012级学生进行教改实践，学生对实验保持了浓厚的兴趣，加深了学生对理论知识的理解，更好地将抽象的理论应用于实际中，大大提高了学生独立性解决问题的能力。

在教学实践中通过学生的不断创新也督促教师的不断进步，跟上学科发展的前沿，教学相长。如何进一步对实验教学的模式和教学方法进行改革，不断提高实践教学中学生的主动性和能动性，努力发挥实践教学对于学生动手能力和创新意识培养的更大效果和效率。

参考文献：

[1]刘晓文，石超，陈桂真.电路实验[M].机械工业出版社，2009.

[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].实验技术与管理，2011，（4）：12-15.

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[5]田健仲，吳敏华，张俊方，等.电路原理实验课程建设与教学改革实践[J].实验技术与管理，2010，（10）：142-145.

[6]李琰，吴建强，齐凤艳.开放与自主学习模式下的实验教学体系[J].实验室研究与探索，2012，31（1）：134-137.

（责任编辑：刘翠枝）