工程教育专业认证背景下电工电子技术实验教学改革

李建霞+吕宏诗+李艳艳+郑兆兆

[摘要]适应工程教育专业认证要求，进行电工电子技术实验教学改革。首先，建立虚拟—实践相结合的实验教学模式，为学生提供资源丰富的实验学习平台，对学生实践能力的纵向拓展创造了机会。在此基础上，构建纵横交叉多重实验教学内容体系，既培养学生基本实验技能，又促进学生全方位能力的开发，培养学生工程认知能力和分析解决工程问题的能力； 建立师生互评的实验教学质量评价体系，提高学生学习积极性的同时，促进教师进一步完善教学模式，达到双赢的教学效果。最后以教学内容实例为主线，介绍新电工电子实验教学体系的具体实施过程。

[关键词]工程教育专业认证；电工电子实验；虚拟—实践教学平台

[中图分类号]G642.0[文献标识码]A[文章编号]10054634（2017）050110050引言

工程教育专业认证是随着工程科学化运动的深入，工程教育与工程行业实践日趋脱离的情况下出现的[1]。它是以保证与改进高等学校工程技术领域相关专业的教育质量为目的，由专业认证机构对高等学校相关专业进行评估，以确定其是否达到既定的专业最低标准的一种资格认定[24]。實验实践教学作为高等学校培养学生工程能力的一个重要环节，在工程教学专业认证过程中占有举足轻重的位置[5]。

《电工电子技术实验》课程作为非电类学生的一门基础专业课程，包含“电工电路”“模拟电路”“数字电路”三部分实验内容，既可以指导学生进行简单的基础实验，又可以指导学生设计复杂的综合实验[68]。相较于电类学生，非电类学生课时少、课程内容多，电类理论基础薄弱，如何在有限的教学时间内，既能保证非电类学生扎实掌握电工电子技术课程的基础理论和基本实验技能，又能迎合工程教育专业认证的需求，让学生对电工电子课程有一个整体的认识和理解，培养学生一定的工程技能，同时对学有余力和学有兴趣的学生，提供更高的研究学习平台，是值得教师们努力的方向。

针对此问题，燕山大学电工电子国家教学示范中心（下简称教学示范中心）对电工电子技术实验课程进行改革，结合电子信息技术快速发展的时代特点，引进Proteus软件教学，构建网络化实践教学平台，建立虚拟—实践相结合的实验教学模式。在此基础上构建多层次实验内容体系，建立师生互评实验教学质量评价体系，所教授的专业已经有两个顺利通过国际工程教育专业认证。

1电工电子技术实验课程改革

教学示范中心从软硬件结合的教学模式、层次化的教学内容、师生双向互评实验教学质量评价体系三个方面对电工电子技术实验进行改革。

1.1迎合互联网+时代背景，采用虚拟—实践相结合教学模式，为学生提供资源丰富的实验学习平台Proteus软件是由Labcenter Electronics公司开发的嵌入式系统设计与仿真平台，拥有巨大的教学资源，可以用于模拟电路与数字电路、单片机与嵌入式系统、微控制器系统的综合实验、创新实验与毕业设计等[912]。教学示范中心在实验室硬件建设的同时，结合信息技术高速发展，学生普遍拥有电脑的时代特点，引进Proteus软件教学，采用虚拟—实践结合的实验模式，为学生提供新型的、资源更加丰富的实验教学平台。

新型实验教学平台分为虚拟平台和实践平台两个部分，实践部分实在课堂完成，虚拟部分在课前完成。硬件实践平台包括电工实验台、模拟电子实验箱、数字电子实验箱三个实验模块，用于完成学生课堂实验。软件平台主要包括Proteus安装软件源和软件安装方法指南、Proteus软件平台的使用方法和实例介绍、课前软件实验内容模块的实验要求等等，具体见图1。第5期李建霞吕宏诗李艳艳郑兆兆工程教育专业认证背景下电工电子技术实验教学改革

教学研究2017

图1虚拟—实践结合实验平台1.2依托虚拟—实践相结合的实验教学模式，构建多重实验教学内容体系，培养学生全方位能力由于课堂教学学时有限，无法满足工程教育专业认证对学生全方位能力培养的要求，教学示范中心充分利用学生课前空闲时间充足的特点，将每次课的实验内容分为两个部分：课前虚拟仿真学习和课堂硬件操作实践。课堂实验重视学生基础实验技能的培养，在实验室硬件平台上完成；课前虚拟实验部分采用项目—综合式的层次化教学，即拓展实验教学平台，培养学生解决分析问题能力、创新能力和基本的工程能力。课前实验和课堂实验结合的多重实验教学内容体系，既培养学生应必备的基础实验能力，又兼顾学生工程应用能力的拓展。其特点如下。

1） 课堂实验以培养学生基本实验能力为目的，实验内容分为三部分：实验仪器的使用方法和操作规程讲解、验证型实验内容操作、调试实验电路的方法分析及技巧。前两部分内容培养学生的基本实验操作技能和对课本重要基础原理的理解和掌握，第三部分内容培养学生实验过程中分析解决问题的能力。学生在解决分析实验过程中出现的实际问题的时候，结合课本所述基本理论分析解决实验中出现的非正常现象，同时也加深了对理论课堂所讲基础原理的理解；理论实践相互促进，完善学生理论结合实际的能力。

2） 在传统教学内容的基础上增加了虚拟仿真平台实验内容。这部分内容由学生课前在软件实验平台上自主完成，充分发挥了软件设计的优势：直观、简单、排错方便、容易理解，学生可以很容易地把自己的想法付诸软件实现，对于锻炼学生的创造力，提高学生创新能力和解决分析问题的能力，提供了切实可行的实验学习平台。并且，虚拟仿真平台的实验内容采用模块—综合式的层次化实验内容模式，具体结构如图2所示。前三次实验分别对应一个小的实验模块：模块一、模块二和模块三。三个模块分别针对本次实验课涉及的实验内容部分进行设计。第四次课的综合实验内容是前面三个实验模块的结合，前三次软件平台上的操作串接起来就得到了最后的综合实验。综合实验的完成，学生对这门课形成一个整体印象，对于学生工程应用能力的锻炼起到引导作用。有兴趣和学有余力的学生，在完成教师布置任务的基础上，获得进一步拓展学习的平台，也为他们以后参加各类竞赛、进行毕业设计以及就读研究生打下了很好的基础。软硬件结合多层次的实验内容体系，不但教授学生一门课程，重要的是教授了学生如何学习研究电工电子的一个方法，给学生创造了一个简单的实践平台。图2多重实验内容教学体系endprint

1.3面向教师和学生，构建科学量化的师生互评实验教学质量评价体系教学示范中心参考CDIO工程教育模式建立了科学量化的实验教学质量评价体系，在以学生为主要考核对象的基础上，增加了对教师的考核量化标准，双向的考核机制既有助于提高学生学习的积极性，也有助于教师进一步完善教学方法、手段、内容等等，提高教师教学的针对性，进一步提高教学效果。学生的考核包括预习情况、操作情况、实验完成情况、实验分析和总结情况四个方面，作为学生最终实验成绩的依据。对教师的考核针对教学改进工作进行，由学生对教师进行网上评价，主要包括教学内容是否饱和，教学态度是否认真负责，实验教学内容的难易程度是否合适等，学生对教学的建议也可以反馈。双向的教学质量评价体系直接依托于软件教学平台，每次课后，教师和学生在软件平台上相互给出评价，相互反馈，相互督促，相互改进，形成一个良性的教学环境。具体的教学评价模式如表1所示。

表1师生互评实验教学质量评价体系

评价

主/客体评价标准教师评

价学生预习得分（20%）A B C D操作得分（30%）A B C D完成情況（30%）A B C D分析总结（20%）A B C D学生反

馈教师教学态度是否认真负责（50%）A B C D教学内容是否饱和，难易是否合适（50%）A B C D课程建议及意见2电工电子技术教学改革实例分析

基于以上改革理念，教学示范中心建立了一套完善的针对非电类学生的电工电子实验教学体系，表2列出了具体实验内容和操作模式。电工电子技术实验共有10个学时，分4次实验来进行。表2电工电子技术实验课程改革细化表

学时操作平台实验内容能力矩阵分析实验一

（电路）2（课堂）硬件课前软件戴维南定理基础知识点理解掌握、初步分析解决问题能力电工技术实验装置 DGJ3型 的使用方法以及排错步骤方法基本实验技能、初步分析解决实际问题能力单相桥式整流电路分析解决分析问题能力、创新能力、研究学习能力实验二

（模拟电

子技术）2（课堂）硬件课前软件集成运放的比例、求和运算电路基础知识点理解掌握、初步分析解决问题能力模拟学习机、万用表的使用方法及

实验过程中的排错步骤及方法基本实验技能、初步分析解决实际问题能力采用运算放大器产生占空比可调的方波电路解决分析问题能力、创新能力、研究学习能力实验三

（数字电

子技术）2（课堂）硬件课前软件门电路的测试及组合逻辑电路的分析基础知识点理解掌握、初步分析解决问题能力掌握SXJ3C型数字电路学习机使用

方法及数字电路中常见的错误排查方法基本实验技能、初步分析解决实际问题能力采用555定时器产生占空比可调方波解决分析问题能力、创新能力、研究学习能力实验四

（综合

实验）课前软件4（课堂）硬件三相全控整流电路工作原理仿真及控制实现综合分析问题解决问题的能力、研究性

学习的能力、创新能力、工程能力实验一为电路部分实验内容，课堂实验为电工技术实验台的使用以及排错步骤方法的分析和戴维南定理的验证。旨在培养学生使用硬件平台分析验证基础实验理论的实验技能，加深学生对戴维南定理的掌握和理解。课前实验为单相桥式整流电路的分析，在软件平台上操作完成，学生可以在软件平台上任意分析主电路中各个参数对电路性能的影响，有助于学生分析解决能力、创新能力的培养。Proteus软件平台给出单相桥式整流电路原理图，要求：（1）分析主电路的基本工作原理；（2）负载分别为阻性负载、阻感负载、阻容负载时，电路的工作过程分析；（3）采用Proteus软件对步骤二分析的电路工作状态进行软件仿真验证。

实验二为模拟电子技术部分实验内容。课堂实验为模拟学习机和万用表的使用方法，实验过程排错步骤及方法的分析介绍，集成运放的比例、求和运算电路实验。课前实验为采用运算放大器产生占空比可调方波产生电路的设计与仿真，Proteus软件平台给出了采用集成运算放大器产生方波的电路原理图，要求：（1）分析方波产生电路的工作原理；（2）设计电路参数，分别产生占空比为0.5的方波信号和占空比为0.4的方波信号；（3）根据设计参数，采用Proteus软件仿真验证设计正确性。

实验三为数字电子技术部分实验内容。课堂实验为数字电路学习机使用方法以及数字电路中常见的错误排查方法、门电路的测试及组合逻辑电路的分析。课前实验为采用555定时器产生占空比可调方波信号电路的设计及仿真，Proteus软件平台给出采用555定时器产生方波电路原理图，要求：（1）对采用555定时器产生的占空比固定的方波产生电路进行原理分析并采用Proteus软件对进行仿真，设计参数；（2）在内容一的基础上设计占空比可调的方波产生电路，分析其工作原理并进行Proteus软件仿真验证。

实验四为综合实验。综合实验的内容为前三个实验的课前内容串接起来，得到一个简单的综合性的实验题目：用555定时器产生占空比可调的方波脉冲，触发用晶闸管构成的单相桥式可控整流电路，产生不同要求的输出波形。课前实验要求结合前三个实验内容，完成综合实验整个实验题目的设计，软件仿真验证。课堂实验在机房完成。教师查看学生实验结果，解决学生在整个软件实验中遇到的问题，对学生进行答辩评价。同时，学生将综合实验设计过程整理成实验报告，分析并总结实验结果。

前三次实验课为最后一次综合实验的基础。前三次课的课堂实验培养了学生基本的实验技能和解决分析实验中遇到问题的能力，虚拟网络平台实验的实验内容加深了学生对实验四（综合实验）的各个知识点的掌握，加深了学生对知识点的理解。实验四（综合实验）让学生在有限的时间内完成一个简单的工程性项目。四次实验课程的有机结合，网络平台的有效利用，在有限的时间内，既培养了学生基础的实验技能，加深了学生对基本知识点的理解，又让学生具有简单而系统的工程实践学习经历，培养学生简单设计和实施工程实验的能力，掌握基本的创新方法，具有追求创新的态度和意识等，适合工程专业认证的要求。endprint

3结束语

教学示范中心在国际工程教育专业认证大形势下，针对电工电子技术实验的特点，充分利用信息化时代的优势，建立资源丰富的虚拟仿真实验平台，为学生提供丰富的学习资源和更大的学习平台，为学生实践能力的纵向拓展创造了机会，同时也培养了学生的研究能力、创新能力等。依托虚拟仿真—硬件实践相结合的教学平台，构建多重实验教学内容体系，在原有硬件平台实验内容基础上，增加了软件平台实验内容，项目—综合式的实验教学内容，简单易懂，用逐步递进的方式培养了学生的工程认知能力和分析解决工程问题的能力。建立了教师—学生双向的考核体制，提高学生学习积极性的同时，对实验教师的考核结果也给实验教师提供了一个教学结果反馈，便于教师针对教学工程中出现的问题进一步改进和完善，为教学工作的改革提供了很好的参考资源。目前教学示范中心所教授的非电类专业——材料成型专业、化工专业两个专业已经顺利通过了国际工程教育专业认证。实践证明，教学示范中心提出的电工电子技术实验教学改革是合理的，值得进一步推广和完善。

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