工程教育认证背景下电路实验教学改革

摘 要 为达到工程教育认证对学生毕业要求的标准，对电路实验课程的内涵要求、教学内容设计、考核评价机制进行探索和实践，运行成果表明，学生各项能力得到提高并达到工程教育认证标准。

关键词 工程教育认证；电路实验；实验室；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）02-0127-03

1 前言

由中国工程教育认证协会组织实施的工程教育专业认证是针对高校本科工程类专业开展的人才合格评价工作，是能够在国际工程教育质量保证体系中认可和通行的评价机制[1]。工程教育专业认证的核心教育理念是以产出为导向，把学生作为社会需求的、能够解决复杂工程问题的“产品”来确定培养目标，制订培养方案，实施教学活动[2]。因此，在工程认证背景下，许多传统的教学理念、教学模式已经无法适应这种趋势，需要围绕对学生培养的输出成果和毕业要求进行改革。

工程教育认证对专业考查的重点是实践教学环节，而实验是高校实践教学环节的基础，是培养学生动手实践能力和独立解决问题能力的重要途径[3]。作为电类专业的学生，电路基础实验课是一门承上启下的必修工程类基础课程，其肩负着对学生实验规范操作能力、实验故障排除能力、实验方案设计能力、实验报告撰写能力等的初步培养，同时为以后专业实验课程所需的能力培养打下基础，因此在工程教育认证过程中占据重要地位。本文以常熟理工学院自动化专业（卓越计划）的“电路与电子实验（A1）”课程为例，阐述在工程认证背景下的教学改革理念和教学体系设计。

2 工程教育认证对电路实验课程内涵要求

为符合工程教育认证的标准，实验课程需要重新评价其所在专业课程体系中的地位和作用，并按照工程教育认证对培养学生工程知识能力的要求进行能力分解，根据能力与毕业要求关系矩阵，得到这门课程所支撑的所有毕业要求指标点，从而有针对性地进行教学设计改革。

课程在所属专业课程体系中的地位和作用 “电路与电子实验（A1）”即电路基础实验课程，是高等学校本科自动化类专业的第一门重要的专业基础实践课，主要任务是帮助学生学习和掌握正确使用各类电子仪器仪表、基本测量和研究方法以及电路电子技术基础知识及其运用，并通过工程性和功能性相结合的实践研究环节，培养学生积极思考、主动学习、自主动手和独立解决复杂工程问题的研究能力和创新意识，为后续专业课程和从事工程技术奠定基础。

课程培养学生的工程知识能力和支撑的毕业要求指标 根据课程所处地位和主要作用，并对照工程教育认证标准，“电路与电子实验（A1）”课程重点培养学生以下工程知识能力。

知识能力1：掌握基尔霍夫定律、叠加原理、戴维南定理和诺顿定理的基本原理及其验证方法，掌握受控源控制特性和负载特性及其测试方法，掌握一阶电路、二阶动态电路的响应规律及其测试方法和RLC串联谐振电路特性的研究方法，掌握阻抗参数测量和功率因素改善方法等。

知识能力2：熟练地掌握示波器、函数信号发生器、交流毫伏表、万用表等常用电子仪器的使用方法，并能够运用自动化工程仿真软件或技术。

知识能力3：能够根据实验要求和任务，综合运用所学电路知识和相关文献研究，独立选择实验所需元器件，并能够设计多种可行的实验方案，对实验结果进行分析，得出实验过程的影响因素和实验结论。

知识能力4：能够针对特定的电路电子系统，运用电路知识进行建模并计算元器件参数，根据系统指标合理地制订实验方案，方案应具有可行性和创新性，搭建实验系统并安全地开展实验。

对照2015版认证标准的毕业要求内容，上述四个知识能力所对应和支撑的毕业要求指标[4]如图1所示。通过对工程知识能力的分解和所支撑的毕业要求指标的一一对应关系，就可以对电路实验课程进行教学设计，在实验过程中体现和实现相关毕业要求，以此达到培养学生工程能力的目的。

如图1所示，在工程教育认证下，课程对应和支撑的毕业要求更加清晰和明确，而且往往围绕解决复杂工程问题的相关指标数量较多，这不同于以往实验课程的教学要求。传统实验教学以验证性实验为主，主要培养学生动手实践能力；而在工程教育背景下，课程更加注重学生独立思考能力，运用所学知识、先进自动化技术和通过查阅搜集相关文献，设计有创新性的多种实验方案，并能够解决具有一定复杂性的工程问题。这就要求对传统的教学设计进行改革。

3 电路实验课程教学设计改革

为达到工程教育认证的要求标准，电路实验室从实验内容和要求、教学方式、考核评价机制三个方面，对电路基础实验进行教学改革。

实验内容和要求 本文以综合性、设计性实验项目“RC选频网络特性的测试”为例，阐述电路实验课程教学内容改革。

1）建立RC选频网络特性数学模型，主要包括RC低通和高通滤波器、文氏电桥、双T选频网络的幅频特性、相频特性和各电路频率特性固有频率的数学表达式。

2）利用已有知识和仿真软件，对数学模型相关参数和内容中相互关联的子问题进行分析并得到初步结论，主要包括各电路频率特性曲线及其固有频率关系、不同RC参数与预选频率关系、不同电路测试时频率数值选择的差异性、幅频特性和相频特性测试原理的差异性。

3）进一步分析相关工程问题并得到初步结论，主要包括解决信号源内阻影响、消除电路内外干扰、仪表和电路如何共地效果更好等。

4）通過以上分析结论，自拟RC选频网络特性的测试实验方案，主要包括各电路频率特性测试时RC参数的选择方案和依据、各电路频率特性测试时频率测试数值的选择方案和依据、各电路幅频特性和相频特性测试时两者测试方法选择的方案和依据、利用已有数据绘制各电路幅频特性和相频特性曲线的方案和依据、实验过程中解决相关工程问题的方案和依据。

5）撰写预习报告，主要包括数学模型、初步结论、多种供选择的实验方案和可行性分析、待讨论和实验操作解决的工程问题等。

6）小组讨论，主要包括多种实验方案的可行性和待解决的工程问题的讨论，形成小组结论，确定实验方案。

7）实验操作，按照实验方案实施，在实验过程中不仅要记录相关数据和验证相关结论，而且要针对工程问题逐一实践解决。

8）实验结果和分析，主要包括实验数据处理、实验方案合理性分析、实验过程中出现问题的解决情况、预期需要解决的工程问题的完成情况等，并撰写实验报告。

对照工程认证标准，上述实验内容和要求主要体现解决复杂工程问题有以下几个特征：

1）需要通过建立合适的抽象模型才能解决（实验内容和要求1、5体现）；

2）具有较高的综合性，包含多个相互关联的子问题，因此导致有多种方案可供选择（实验内容和要求2、4、5、6体现）；

3）必须运用深入的工程原理，经过分析才可能得到解决（实验内容和要求3、5、6、7、8体现）。

教学方式改革 教学方式以预习预约、小组讨论、课堂提问和实验操作相结合。

1）预习预约。实验室建设了毕博网络课程平台和实验预约平台，一方面将课程资源发布到网络课程平台上供学生自主学习，包括仿真软件、课件视频、项目实例等，学生可以尽快进入项目思考和设计阶段，利用课余时间对实验项目进行实验方案设计和软件仿真验证，提高学习效率和自学能力，激发学习兴趣。

另一方面，实验室采取开放预约模式，学生通过网络预约平台提前预约实验时间和项目，然后到实验室进行实验操作；教师可以后台把控每天的实验时间和批次，避免实验人数扎堆和传统死板的实验进度模式，合理安排实验项目和提高实验开展的灵活性。

2）小组讨论。实验前，学生就软件仿真结果、多种实验方案的可行性和其中待解决的工程问题进行分组讨论，激发思考、讨论和创新的主动性。

3）课堂提问。教师通过对小组讨论问题的梳理，形成关键问题群，以关键问题为主线、个别提问方式为辅助的探究式学习教学过程，让学生思考和探究实验中存在哪些关联的子问题，如何合理地设计实验方案，如何正确地验证实验结果。

4）实验操作。通过实验操作来验证所选方案的正确性和合理性，并对实验现象和结果详细分析相关工程问题，撰写实验报告。

考核评价机制和运行情况 为了实现毕业要求达成度指标，电路实验开设八个实验项目，其中包括四个基础实验项目、三个综合性实验项目和一个设计性实验项目，每个项目考核的侧重点针对各个毕业要求指标设定。对于每个实验项目的考核，根据预习报告（20%）、小组讨论（10%）、课堂表现（5%）、实验操作（40%）和实验报告（25%）这五个方面来综合评定学生的实验成绩，体现了教学设计的各个环节，激发了学生对自主学习、讨论思考、创新实践的积极性[5]。

该教学设计体系在2014—2015学年第一学期开始针对自动化（卓越计划）专业进行试点，表1为近三年该课程目标各项达成度情况。其中可以看出，课程教学改革取得明显效果，学生的各项能力水平都达到工程认证标准。但是从表1中也可以看到，2015年毕业要求指标2.3和3.2有所下降，这体现出学生对于文献资料研究能力和创新意识缺乏。通过在这两个方面的加强，2016年课程目标达成度得到提高。

4 结语

本文在工程教育认证背景下，针对“电路与电子实验（A1）”（电路基础实验）课程进行教学改革，主要从课程培养学生的工程知识能力分解，所支撑的毕业要求指标对应，相关的课程教学内容、教学方式、考核评价机制的改革等方面实施开展，结合自动化（卓越计划）专业近三年的课程目标达成度情况，说明改革促成学生各项能力的提高，达到工程教育认证的标准，对同类课程建设有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]张恩旭，李祖明，封莹，等.基于工程教育认证的教学管理改革与探索[J].中国教育技术装备，2017（4）：99-100.

[2]贾卫平.工程教育认证背景下的应用型机械类人才工程能力培养体系的构建[J].实验技术与管理，2015，32（1）：38-40.

[3]李建霞，闫朝阳.工程教育专业认证背景下数字电子技术实验改革[J].实验室研究与探索，2017，36（1）：156-159.

[4]湯敏，王敬时.电路实验教学改革的思考与探索[J].中国教育技术装备，2016（2）：162-163.

[5]陈勇.应用型人才培养目标下的数字逻辑实验教学探索[J].实验科学与技术，2016，14（3）：99-103.