电类基础实验课项目设计型教学方法初探究

曹 磊， 张亚楠， 史敬灼

(河南科技大学 电气工程学院，河南 洛阳 471023)

0 引言

电类基础实验课是为培养工程应用能力而设置的训练课程。课程以培养学生的工程应用能力、激发学习兴趣、拓展创新思维和培养创新意识为目标。实验内容不仅要验证理论课的知识点，还要着重培养学生的电子技术测试技能和设计电路、调试电路的能力，以及应用理论知识解决实际问题，把理论设计转化为工程实践的能力[1～2]。我校电气工程学院经过几年的探索与实践，初步构建了以项目设计为主导的实验教学新模式。

1 传统实验教学存在的问题

以前的实验教学体系设计，是让学生先熟悉仪器的使用方法，再通过测试来验证理论课的知识点。虽然也设置一些综合设计型的实验项目，但内容多侧重于课程中多个知识点的综合应用。无论是验证性还是综合设计性的实验项目，内容和步骤都是事先拟定好的，在内容的设计和实验过程的组织上，没有多少让学生思考和发挥的空间[3]。导致学生的参与积极性不高，主动性不强，课后能让学生记住的东西也不多，在培养学生综合灵活的运用知识，训练操作技能，启发创新意识上还是略显不足。

实验设备的设计追求通用性，在仪器的测试范围、精度和测试方法上就有所弱化。在实验中，一些电路的特征现象难以突出展现。有些实验设备为了方便操作，把元件隐藏在箱体内，只在面板上引出电路的接口，学生在操作中往往感性认识不足，甚至不认识电子元器件。

电子技术的发展日新月异，电子材料及元件的封装形式不断推陈出新，仿真软件的版本、元件库等不断升级，会带来操作界面的丰富和变化。实验不能跟上这些变化，甚至不接触实际电路，就会使学习的知识与生产实际脱节。

2 总体构想

电类基础实验课项目设计型教学的指导思想，是以培养学生的创新意识、强化工程实践能力为目标。合理增加课程难度、拓展课程深度，以项目设计为主导，扩大课程的可选择性，激发学生的学习动力和专业志趣。利用现代教育手段打破空间和时间的限制，开展开放式实验教学。

(1)转变学习过程中的角色。让学生主导学习过程，把以老师为主导的教学形式转变为以学生为主导的学习形式。在实验项目中，给学生提出具体要求，由学生自己拟定实验方案，设计电路，自己组织实施实验。在实验过程中，学生学，教师教授学习方法，给学生最大的学习自主权[5]。

(2)知识点联系工程应用。让学生明白学习的知识点能解决什么工程实际问题，通过学以致用，来激发学生的学习兴趣。

(3)实验模拟实际生产过程。实验教学模拟电子产品设计开发的过程，最大可能的接近实际。按照应用需求设计电路，通过实验做出调整，出现问题想办法，多种方案选最优的模式，组织实施参与式教学。

(4)在深入了解实际生产过程的情况下，力求取得创新。

3 教学方法的探索和实施

2014年以来，我们针对不同实验课程的特点，按照专业认证体系和陈宝生部长“推进四个回归”的要求[4]，对教学内容和方法进行了大幅度的调整。把传统的实验台测试改成了用元器件在面包板上插接电路的形式，以项目设计为主导，把不同实验项目作为总体设计的相关模块，然后一步步关联起来，最终完成一个项目的总体设计。实验方式更接近实际生产，提高了学生的动手能力和学习兴趣，学生的参与热情很高。

3.1 实验室配置

电路实验室每组配备电路综合实验台、直流稳压电源、数字示波器、计算机、万用表和工具盒。计算机安装Multisim、Pspice软件。

电子技术实验室每个实验台配备计算机、直流稳压电源、数字低频函数信号发生器、数字毫伏表、数字双踪示波器、数字万用表和工具盒。其中计算机安装Multisim、Pspice、Protues、Quartus II等软件。

电子设计自动化EDA(Electronics Design Automation)实验室配置计算机和EDA实验箱。计算机安装软件和电子技术实验室相同。

实验插接板(面包板组)学生每人一套，可以随身携带，电路实验室和电子技术实验室配备电子元件盒和基本元器件。

3.2 课内教学

在实验项目设置上，按照从易到难、逐步深入的原则组织教学。如在电路实验中，一部分认知性的实验采用传统方法测试验证，选取“二阶电路的响应”和“双口网络”等项目，采用基于电子元件的单元电路设计，完成电路实物的组装和测量，实施设计性教学。

指导教师课前布置实验任务，提出设计要求，限定元件的选取范围，要求学生完成电路设计。学生在进入实验室后，先使用Multisim或者Pspice工具进行电路仿真调试，列出元件清单。接下来自取元件，在面包板上插接电路，测量记录实验数据，编写实验报告，分析数据做出总结。

通过对电路的设计和测试，学生掌握了参数的计算方法和测量技术，还通过组装实际电路，认识了电阻、电容、电感等电子元件，学会了元件参数的识别方法和连接电路的基本技巧[5]。学生了解了电路设计的基本方法和一般过程，熟悉了直流电源、示波器等仪器的使用方法，为后续的电子技术实验打下了基础。

表1 电子技术实验项目设置

在电子技术实验中，实验项目设置和学时分配如表1所示。在做“晶体管放大电路”实验时，要求学生设计一个阻容耦合的单级共射极放大电路，具有静态工作点稳定特性，UCC=12V，RL=10KΩ，ICQ≈1.5mA，3V

“抢答器电路的设计”实验中，教师课前提出电路要实现的功能和参数等设计要求，可选择的逻辑芯片、仪器设备以及时间限制。学生在课余时间设计电路，统一进入实验室组装电路并测试。学生分步完成组合逻辑电路、时序逻辑电路、译码显示及发声电路的设计和组装，利用低频函数信号发生器提供的脉冲信号测试电路。在后续的“时基电路设计”实验中，再按照抢答器电路的需要，设计不同频率的脉冲发生电路和抢答器电路相连，从而完成整个实验项目的设计。

“可编程逻辑电路设计”实验，按要求设计一个彩灯控制电路或者小汽车尾灯控制电路，也可以学生的兴趣设计其它电路。电路在课前完成草图设计后，进入EDA实验室，指导教师先以一个简单电路为范例讲解QuartusII软件的操作方法。学生边听边做，按步骤完成电路的输入、仿真、可编程芯片的引脚定义、编译下载，最后在EDA实验箱上测试验证。接下来学生应用该设计环境完成自己的电路设计和芯片测试。通过项目设计，使学生掌握电子设计自动化的手段和可编程逻辑芯片的设计应用方法。

3.3 开放教学

在项目设计型实验中，由于学生的个体差异和设计方案不同，还有根据自己的兴趣增加的内容，使得对时间的要求差别很大，通常会出现课内时间不够用的问题，利用实验室开放可以作为很好的补充。不能在课内完成实验的，可以利用课余时间进入实验室继续实验，实验室在课余时间开放。利用装在保护盒里随身携带的实验插接板，学生不限时间和空间，可以利用课余时间组装电路，进入实验室测试和记录数据。

电路设计过程中出现的问题，学生除了和指导教师交流外，更多的是通过访问慕课平台、雨课堂、百度文库、微信群交流等方式主动寻求答案，学生成为了学习活动中的主角。将现代信息技术深度融入教育教学，利用智慧学习环境，实施精准教育，提升教学效果。

学生的思想活跃，在深刻理解和学会应用一些知识点后，总会产生很多想法，加上在实验中的一些发现和遇到的困惑，就会迫使他们静下心来认真思考。他们利用网络、图书馆寻觅答案，然后通过实验来求证解惑，从而使学生进入实验室形成习惯。以此来引导学生求真学问、练真本领，成为有理想、有学问、有才干的实干家。

4 质量跟踪与成绩评价

在教学活动中，学校建立了校院两级督导听课和学生评教制度，督导和评教成绩与教师的利益关联。电工电子实验中心的教师每月至少听课一次，要求认真记录听课内容，同时提出中肯建议。坚持周四教学研讨例会，把教学中出现的问题和好的做法集中交流。

紧密跟踪教指委组织的高水平教学研讨活动，选派骨干教师参与学习交流，持续提升教学艺术，善于运用现代信息技术，提升改造学习、改造课堂的能力。

按照培养目标和学生的表现，可以把合格以上的成绩分为三个层次。第一层次，是要学生学会，完成实验任务，清楚相关知识点，能解决简单问题；第二层次是在掌握知识点的前提下，激起兴趣，产生想法，并尝试用各种方法去探索；第三层次是还要学生养成严谨、认真的习惯，具有良好的专业素养。专业素养包含敬业精神和合作态度，比如实验中是否按规范接线，桌面是否整洁有序，实验后设备和测试线是否归置整齐，实验报告中的画图和标注是否规范，数据分析是否严谨等[6]。

在学生的实验过程中，指导教师认真填写实验情况登记表，详细记录每个学生的实验情况，结合实验报告做出综合评价。

5 结语

工程教育的目标是培养应用型工程技术人才，实践能力的培养至关重要。把专业技术知识学以致用，紧密联系生产实践，正是激发学生学习兴趣的有效手段。以学生学习为主，教师指导为辅，把学生领进来，以兴趣作引导，是学生加深理解，萌生创新意识的有效途径[7]。给学生提供想象的空间，并以此开拓思维、启发创新，才能实现因材施教，培养个性化工程技术人才，工程教育回归工程的初衷。