工程设计能力培养目标下教学资源改进研究

朱建红 吴晓

摘 要 作为元器件及教学场所需求量较大的电工电子实习对虚拟实验室的需求迫在眉睫，把虚拟实验室开发项目融入毕业设计团体课题内容，可实现高校人才工程设计能力的培养，节省教育经费投入。同时，在实习教学环节通过对虚实实习环境任务分解，学生可根据自己实际情况灵活自由分配实习时间，借助学习视频，预先模拟操作，利用虚拟环境进行自主学习，完成部分实习任务，减少进入实体实验室时间，缓解高校实验室资源紧张问题。学生自学能力提高的同时也增强了教学效果。

关键词 工程设计能力；电工电子实习；教学资源

中图分类号：G642.44 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）04-0063-03

Research on Improvement of Education Resources under Goal of Engineering Design Ability： A Case Study of Electrical and Electronic Practice//ZHU Jianhong， WU Xiao

Abstract It is imminent due to great demand for components and

teaching places in electrical and electronic practice teaching. Project

development of virtual laboratory can be integrated into the commu-

nity graduation project， realizing training in engineering design capabilities， saving education funding. Meanwhile， in the practice procession， task decomposition is done according actual situation and virtual environment. Students are free to allocate study time according to their actual situation. With the help of learning videos，

simulation operation is made in advance and self-learning is per-formed using the virtual environment， part of the task is completed，

reducing time of occupation on real experiment room， thereby cushioning problem of laboratory resource constraints， enhancing self-learning ability the same time improving the effectiveness of teaching.

Key words engineering design ability； electrical and electronic practice； teaching resources

1 前言

随着实体教学资源的日渐紧缺，网上虚拟实验室逐渐成为人们研究和应用的热点。虚拟技术在教学中应用首先借助多媒体技术动画演示；其次是仿真技术中引进电子线路设计；再后来开发建立虚拟实验及虚拟实验室，来缓冲教学中的硬件资源问题。因此，许多虚拟仪器及成熟软件陆续出现。鉴于专业背景及应用领域差异对实验仿真模型和工作运行环境及表现形式等要求不同，虚拟实验设计和应用方面尚未出现完全通用、符合要求的虚拟实验运行平台，需要持续注入研究开发[1]。

电工电子实习教学环节面向专业广，涉及电工方面与电子方面的元件及仪器仪表检测设备繁多，虚拟环境开发既有动画演示操作，又有电路的仿真与调试、故障的报错，需要开发的测试仪器的技术含量及复杂程度参差不齐，开发过程跨多个软件环境，加上电工电子技术领域的新技术、新元件不断出现，电工电子虚拟实验室的开发必将是一个长期积累、不断完善的过程。虚拟实验室的建成迎合少投入多产出、资源共享的全新办学理念，是高校未来发展的必然。

2 电工电子类社会人才需求与高校教学环节设置

电工电子类社会人才能力需求 根据社会对电工电子类人才的职业能力需求，在专业能力方面必须具备计算机操作与应用能力、电气识图与绘图能力、计算机绘图能力、电工基本技能应用能力、电子基本技能应用能力、检测技术与常用电工仪表应用能力、自动化设备与生产线安装调试及操作能力、自动化设备与生产线故障排除与维护管理能力等；在社会能力方面必须具有较强的开拓发展的创新能力；在方法能力方面必须具有较好的对新的技能与知识的学习能力、解决问题的方法能力、制订工作计划的能力以及具备逻辑性、合理性的科学思维方法能力。

电工电子实习教学环节设置的内容与目标 电工电子实习为代表的整周实践教学环节在高校多专业均有设置，实习的主要目的是将理论与实践相结合，使学生加深对理论知识的理解和巩固，激发学生创新意识，培养学生踏实认真的工作作风和严谨的治学态度。通过此环节，学生不仅能够在理论上了解常用低压电器的识别与使用方法、各种电子元器件的识别与测量方法、常用电子仪器的使用方法和原理，以及电子产品的制作流程，更能亲自动手参与到电子产品的装配、焊接与故障检测、调试过程，为以后的课程设计、毕业设计积累必备的知识，达到理论知识与实践动手能力的真正结合。

实习的主要内容是在充分熟悉和掌握低压电器、电子元器件以及相关操作方法的基础上装配一个低压电气设备（如收音机、万用表或其他电气装置），主要由元器件识别、焊接方法和技巧训练、设备工作原理解析及装配与调试等几个环节组成。其中装配与调试是该实践较重要的环节，有助于提高学生动手能力、综合分析能力和解决实际问题的能力，有助于学生问题分析与解决工程师素质的培养。

3 实习环节教学资源需求现状分析

实体教学资源环境供应紧张，设备更新需求强烈 电工电子实习环节传统教学手段基本为全程实体教学、设计与制作，此种教学办法必须首先以实体教学资源环境及师资数量给予保障。高校的招生规模逐年扩大，实验室场地早已超过容限，设备台套数也远不能满足逐年递增的生源需求，烙铁每批次的损坏率极高，调试设备不足，很多都是过时陈旧的设备，教学设备运行保障机制不够完善，维护工作量大，不能满足社会日新月异的变化。另外，由于用于该环节的实验室未全配置多媒体设备，教师只能借用教室统一讲解，学生无法边听边操作。这些都暴露了硬件配置同步问题。

元件供应及设备管理难度增加，影响教学效果 在实习过程中，由于每位学生的元器件都是预先向厂家定制，许多杂散细小的元器件易损、丢失不便保管，整个过程持续有学生索要元器件，部分元器件本地又难以购买，影响实习进度和产品的装配，结合烙铁的管理问题，无形中加大了实验室管理难度。另一方面，为便于教学统一管理，实现成绩评分公正公平，实习内容基本固定，元件材料统一预定，这基本能保证对所学课程知识的巩固，但要满足学生兴趣的多样性及创新性的拓展实习，元件备用需求方面有一定难度。部分自我提高要求较高的学生完成实习任务过程中，本想设计性能更好的电路，也由于缺乏其他类型的元器件及先进的器件而不得不放弃自己的想法。

实习指导教师工作量明显增加，现有师资力量显露不足 学生装配实体对象，如收音机，由于整个过程不熟悉原理，靠元器件外形“依葫芦画瓢”，加上粗心、焊接基础差等原因，直接制造了许多故障，须在教师帮助下解决问题，往往出现排队等候教师帮助的情况，这对实习指导教师的能力及工作强度也提出很高的要求。另外，鉴于收音机类调试设备较昂贵，实验室设备投入无法实现人手一套，因此调试环节一直采用实验室全天开放的形式。这样虽然可提高设备利用率，节省费用，便于学生充分利用课余时间进行调试，避免了固定调试时间学生抢占调试设备及调试效果不好的情况，但同时也加大了教师的指导工作量与管理强度[2]。

4 虚拟教学资源在电工电子实习教学环节改进

基于虚拟教学资源实习实施计划再制订，促进自学潜能培养，缓解实验资源压力 电工电子实习的任务包括电子电路的设计、元件的选择及认识、电路的装配及调试、问题的分析及故障排除。其中电路的装配及调试可安排实体实验室进行，其他环节可借助现代化教学手段，引进虚拟实验室。部分实习任务可在网络上实现，通过虚拟网络首先设计电路、模拟元件装配，学会调试。实体实验室配置只是为了检验锻炼学生的电子电路实体装配及焊接技术，故障的排除也可借助仿真技术解决。因此，在此实习环节，教学环节的内容实施安排及计划中，可针对学生专业的差异，改革同模式、固定实习项目内容、定时间、定要求、定步骤的批量培养方式，努力解决新器件、新设备、新技术的短缺问题，从有利于创新型人才培养的角度，研究新的实习教学手段，促进实践教学水平提高，缓解实验室资源、资金及用地压力。

实习虚拟环境功能灵活多变，资源与时俱进，满足部分实习任务需求 基于虚拟联网的开发平台的新型实验场所可摆脱传统面对面的实体实验室授课模式约束，给学生提供一个含有各类虚拟仪器设备的逼真实验环境。其中的仪器设备有别于商用软件中预先已经定义好的仪器设备，可根据现实技术发展重新“生成”新的仪器设备，保证教学内容的不断更新需求，使实习课题制作及训练能及时跟上测试技术的发展。虚拟实验框架灵活可变，指导教师可以结合电工电子新技术发展持续完善备用元件库及检测仪器设备数据分析功能，实习者可以依据大纲，根据自己的需要和兴趣，利用虚拟实验室的实验模型库，自由搭接、组合、拆装实验框架，自行设计实验步骤和实验方法，自主学习[3]。在此基础上，进行实习内容模块任务分析，预先进行电路设计与调试，完成部分实习任务。

循环开发与教学效果检验，以学生工程设计能力提升引领虚拟实验室建设 虚拟实验室开发建设应为长期渐进过程，为减少仪器设备经费的投入，解决高校实验室经费不足问题，其中的建设模块可划分为若干子课题，利用毕业设计环节鼓励指导高年级学生利用多媒体技术、仿真技术与虚拟技术相结合的方法，开发设计有别于传统实验室的现代化实习平台。设计成果在低年级学生实习环节中进行应用检验，检验发现的不足可作为下一年度学生毕业设计课题的立项来源，如此循环建设开发与检验、信息反馈与再设计，持续推动虚拟实验室建设的更新完善，解决资源陈旧问题。通过此类项目的过程锻炼，学生在校期间的工程综合设计能力明显得到提高，为顺利走向社会打下扎实基础。

建设成果联网，实现资源共享，营造自学环境 为解决实习用地问题，借助互联网，将授课实验室延伸到因特网所覆盖的任何一个场所，处于不同地理位置的学习者可以同时对一个实习项目进行操作，接触最新的仪器[4]。实习者可以在仪器库中提取所需要的实习器材，自由进出实验系统，拓宽实习的时空观，提高实习效率。避免设备的重复购置，减少重复投资，提高办学效益，比传统实习模式更容易挖掘教学潜能[5]。同时，不断设计增加具有高新技术的实习项目，引导学生接触电工电子新知识及新技术，开发学生的潜能，培养学生跨学科自主学习研究的意识。对学生的成果进行分析完善与改进，将制作优秀的作品加入到虚拟实验室中，以达到资源共享。

5 小结

电工电子实习虚拟环境建设作为资源共享平台，在该平台上学生能远程接受多媒体授课，自主学习电工电子电路设计步骤及工作原理，认识元件的外形及功能，初步实现实体项目电路焊接实验之前线路设计测试仿真及调试功能。平台承担整个实习环节的部分任务，减少实体实验室占用时间，缓解了实验室的压力。同时在虚拟环境开发项目工作中融入高年级工程设计能力培养部分元素，总任务拆分成若干子项目，作为毕业设计课题，引导学生进行工程设计开发，熟悉开发步骤，锻炼发现问题与解决问题能力，迎合社会对高校人才培养的需求，增强教学效果。

参考文献

[1]王青.微机接口网上虚拟实验室的研究设计[D].山东：中国海洋大学，2004.

[2]何圣雄，陈晓晖.电工电子实习运行模式初探[J].电气电子教学学报，2002（1）：66-67，70.

[3]刘静.基于X3D的虚拟实验平台研究与实现[D].济南：山东理工大学，2008.

[4]苏丹，穆肃.英国开放大学远程学习工具的应用分析和建议[J].远程教育杂志，2007（6）：32-36.

[5]肖俊.远程教育中的虚拟实验室研究[D].武汉：华中师范大学，2002.