电工电子学课程研究性实验教学模式改革与实践

王心刚, 贺 利, 张冬至, 任旭虎

(中国石油大学(华东) 信息与控制工程学院， 山东 青岛 266580)

电工电子学课程研究性实验教学模式改革与实践

王心刚, 贺 利, 张冬至, 任旭虎

(中国石油大学(华东) 信息与控制工程学院， 山东 青岛 266580)

提出一种适用于电工电子学课程研究性教学模式的实验教学方式。该教学方式将实用性或趣味性电路与课程内容融于一体，采用制作的实物电路激发学生学习课程的热情，引导学生灵活运用所学知识。该实验教学方式贯穿于整个课程学习期间，实验内容灵活多样，成效明显。实践证明，这种实验教学方式有利于培养学生分析问题解决问题的能力、动手实践能力和自主学习能力。

电工电子学； 研究性教学模式； 实验教学； 自主学习

0 引 言

对于“电工电子学”这门理论性和实践性都很强的课程，各高校都在实验教学方面进行了多方面的改革，来提高学生的创新能力和工程实践能力，比如提高实验教学的比重，将实验内容分类分层次，减少验证性实验，增加设计性和综合性实验，引入仿真软件，开放实验时间等措施，取得了很好的教学效果[1-11]。

我校为了更好地贯彻教育部的“卓越工程师教育培养计划”，成立了拔尖班和卓越班。拔尖班和卓越班的学生是通过选拔的精英学生，他们吸收知识快、学习积极性高，且采用小班授课。学校鼓励在这些班开展教学模式改革，因此作者对装控拔尖班2013级“电工电子学”课程采用研究性教学模式授课。研究性教学模式在培养学生自主学习能力、提高工程实践和创新实践能力等方面展现出很大的作用，许多高校在不同课程中进行了实践，并取得了一定的效果[12-15]。

作者根据多年的授课经验，针对课程实践性强的特点，授课过程中强调动手做电路，用电路吸引学生学知识，用电路引导学生运用知识。实验教学上采取全程实验模式，实验时间贯穿课程学习期间，实验教学与理论教学有机融合，给学生充分的思考、验证、分析、实践的时间，学中做，做中学，在学与做中消化吸收运用知识。

1 研究性教学模式中“电工电子学”实验流程

研究性教学模式中理论教学和实验教学融为一体，不再细分。理论教学采取精讲基础知识、泛讲器件应用电路、微视频辅助教学等措施，使学生在扎实掌握基础知识的同时，减少理论教学的学时，并将这部分学时用于实验教学上。传统实验课所占学时约为总学时的20%，研究性教学模式下实验课学时约为总学时的40%。实验学时的增多，为学生动手实践提供了时间保障。实验教学流程如图1所示，主要包括选题、确定方案、制作电路、功能展示、提交电路报告等环节。

1.1 选题

开学第一次课给学生详细讲述了本课程学习的要求，给出期末成绩评分标准，将电路任务发给学生，让学生自主选择，一人一题，一周后确定名单。

1.2 确定方案

方案确定包括查阅资料、筛选方案、电路仿真、PPT答辩、提交设计报告等步骤。学生边上课边查资料，选择实现电路的方案。由于学生是在课程初期选择方案，所选方案来自查阅的各种资料，学生没有能力判断方案是否可行，或者方案在实施时是否难度合适，这就需要和教师反复沟通，最后确定合适的方案。这一环节教师起了引导和决策的角色，非常关键。方案确定后，学生自己分析电路原理，并将电路仿真，仿真时学生会发现查阅来的电路并不是很完善，里面存在的诸多问题，需要继续完善方案。在完善方案期间，学生需要自学一些超出课程范围的知识。对于这些超纲内容，学生自学无法理解透彻的，教师单独辅导讲解。

理解方案原理并完成电路仿真后，全班分成3组进行PPT答辩，答辩时学生不仅要讲清楚电路原理，还要回答教师的问题。

这一环节，教师要付出相当多的时间去和学生进行密切交流，保证学生有问题及时得到解决。

1.3 制作电路

制作电路分3步骤：

(1) 熟悉实验室环境、仪器仪表和基本元器件的使用。为了让学生熟悉实验室环境、仪器仪表和基本元器件的使用，有些理论课内容放在实验室里进行，比如二极管、三极管、基本放大电路、运算放大器、数字电路芯片等内容，在实验室学生边听理论知识，边搭建简单电路并熟悉器件。这里的简单实验可以采用实验书中的常规实验。每个学生设计的电路不同，里面会用到不同的器件，学生需自主设计实验电路，熟悉所用到的特殊器件。

(2) 在面包板上搭建、调试电路。这是做电子电路的常规步骤，由于电子元件参数的分散性、偏差、非线性等原因，根据理论计算的参数和仿真的参数制作出的实际电路，总会出现问题，为了便于调试电路参数，先在面包板上搭建电路，调节参数。将方案用元器件搭建出来，看到实物，学生的兴趣非常高。当电路中出现问题，总是先自己分析查找，有些故障比较容易查出，有些故障查起来比较困难。由于时间充足，学生并不急于完成电路，能沉下心想办法排除故障。有些故障排除耗费两天课余时间，把电路搭建十多遍的都有。还有些故障，教师需自已搭建电路和学生一起分析故障原因，找到解决方案。这一环节要求教师动手能力要强，熟悉一些实用电路。学生在做实物电路中遇到的问题千奇百怪，开始学生能沉下心思考，自己实在解决不了，请同学帮忙，如果还解决不了，求助于教师。如果教师不能及时解决，意味着后续环节就得拖延，学生就会产生焦虑急躁的情绪。因此，采用这种教学模式的教师前期一定要做好准备工作，尽可能多地储备知识。

(3) 在电路板上焊接电路。很多学生是第一次焊接电路，教师要给学生演示如何使用电烙铁、如何防止虚焊、器件如何排列、布局、如何走线等。通过这个阶段的训练，学生动手能力有了明显提高。为后续的电工电子实习或参加电子设计竞赛打下了良好的基础。

1.4 电路功能展示

学生完成电路后，自己准备好讲解内容，教师录制学生电路功能展示视频。录制好的视频可作为教学资料保存，在今后的授课中可以放给学生观摩。电路功能展示环节不仅督促学生独立完成电路、熟悉电路的工作原理、熟悉电路的工作过程，还锻炼学生的口头表达，增加学生的成就感。

1.5 提交项目报告

电路完成后，学生需要提交项目报告，主要包括电路原理、仿真电路、实际调试出来的电路图、原理分析、故障排除情况说明、知识点应用的体会等内容。

2 研究性教学模式中“电工电子学”实验教学的特点

2.1 实验时间充足

传统实验一个实验通常2个学时。由于学生对实验课的重视程度不够，很多学生预习报告敷衍了事，做实验比着葫芦画瓢，不了解实验电路原理，看到别的同学完成电路，着急浮躁，遇到问题不能静心解决，甚至抄别人的数据交给老师，实验老师即使发现数据有问题，也没有时间和设备让学生重做。

研究性教学模式下的实验教学，实验时间贯穿整个学期。实验流程中的每一环节都留有充分的时间，每一个学生有问题都可以通过课前课后、QQ群等方式和教师沟通，得到教师及时的指导；教师发现某个学生的问题，及时反馈给学生，督促修改完善电路；同学之间可以交流电路原理，帮忙查找故障原因。提供充足的实验时间让学生定心静气地研究电路并制作电路。

2.2 过程考核维持学生高涨的学习热情

有趣的电路引发了学生学习的热情，如何让这股热情一直持续下去,实验时间充足是研究性教学模式下“电工电子学”实验教学的一大优点，但如果不加以过程考核，学生很容易由学期初的兴趣盎然变成学期末的敷衍了事。

过程考核从实验流程中的第二个环节起，每一部分在期末总评中都占一定比例，比如确定方案和制作电路中的常规实验、创新性实验占20%，制作电路中的面包板调试和电路焊接占30%，功能展示和电路报告10%，另外为督促学生彻底弄清电路原理和制作电路时出现故障的原因，设置电路问题回答环节，该环节占10%。

2.3 实验教学促进学生的自主学习

学期初，学生要查资料确定电路方案，此时学生对电路原理并不理解，但知道后面要完成它，这就督促学生在课程学习中格外用心，比如在后面实验电路实例中单相电实现三相电的电路就是理论学习中的一道课后习题，做这个电路的学生会主动地去研究这道题。对于不理解原理的电路，比如需要自学的三相整流电路，要求学生先搭建仿真电路，观察电路波形或测量电路数据，用现象或数据总结电路功能，进而帮助理解电路原理。因此本课程学习完，学生还自学了Multisim仿真软件[16]，并能熟练使用它。

2.4 教学相长的实验模式

在完成电路的过程，学生选择的方案、遇到的问题都是教师无法预料的，因此需要教师不仅要有扎实的理论知识，还要有过硬的动手能力，否则学生方案是否正确，在做电路过程中遇到的千奇百怪的问题很难及时回答，影响教学进度，甚至会导致学生对完成电路丧失信心。在解决学生问题的过程中，教师不断地学习、创新、实践，提高了业务能力。

2.5 实验成果明显

课程学习结束后，学生将学期初的任务书做成了可以操作的实用电路，成就感不言而喻。学生完成的电路教师可以作为教学资料保存起来，在今后的教学中使用。

学生完成的部分电路如图2所示。

图2 学生完成的实验电路作品

3 实验电路实例

研究性教学模式中实验电路的选择很关键。电路内容除了涉及本学期所学内容外，还有些内容需学生自学完成。

在选择电路时应遵循下以下几条：① 电路题目最好有实际含义或工程背景。② 电路所涉及内容尽量包含课程主要知识点。③ 电路难度适中，学生通过自学或答疑能够理解电路原理。④ 电路具有直观性、趣味性、实用性。⑤ 电路使用基本器件可以实现。

针对实施班级，笔者设计了相序指示和缺相保护电冰箱多功能保护器、能画出声音的铅笔、精神压力缓解器、蓄电池过压过流保护电路、过量程报警的频率计、汽车前灯自动变光控制电路、花盆缺水告知电路、反应速度测试器、塑料袋封口机等具有实用性或趣味性的、用常规器件可以实现的26个实验电路。

比如在相序指示和缺相保护电冰箱多功能保护器中，设计完成的电路满足下列要求：① 将单相交流电转换成三相交流电；② 检测三相交流电的相序；③ 三相电源缺相检测；④ 检测结果显示电路。实现该电路，涉及正弦交流电路、半导体器件、比较器、触发器、直流稳压电源等课本知识，学生还需自学三相整流的知识。图3是学生做的缺相检测及显示的仿真电路。

4 结 语

研究性教学模式中实验教学贯穿整个课程学习期间，既有常规实验帮助学生理解课本知识，又有学生自己设计的个性实验帮助理解自学的内容，还有综合性很强的电路引导学生学习运用理论知识，感受学有所用的乐趣。整个实验过程，学生从查阅资料、动手实践、口头表达、报告撰写、相互协作等方面得到了锻炼。通过实践证明，该实验教学模式有利于培养学生的动手实践能力和自主学习能力。

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Reform and Practice of Research-Oriented Experiment Teaching Mode in the Course of Electrical and Electronics

WANGXingang，HELi，ZHANGDongzhi，RENXuhu

(College of Information and Control Engineering, China University of Petroleum(East China), Qingdao 266580, Shandong, China)

This paper presents a suitable research-oriented mode in experimental teaching for the course of electrical and electronics. The learning of theory knowledge is combining with the making of practical and interesting circuit in this teaching mode. The fabrication of these circuits is beneficial to stimulate the learning enthusiasm of students, as well as guide students to apply what they have learned. The experimental teaching mode is performed throughout the period of the course learning with facile and diverse experimental content, and effective and obvious results are obtained. It is proved that this way of experimental teaching is good to cultivate students' ability of analyzing and resolving problems, practical ability and autonomous learning ability.

electrical and electronics; research-oriented teaching mode; experimental teaching; autonomous learning

2016-05-30

山东省重点教改项目“基于能力培养的电工电子学课程体系与教学模式的探索与实践”(2015Z025)，中国石油大学(华东)教改项目(YK201320，YK201411)

王心刚( 1969-) ，男，山东高密人，学士，副教授，研究方向电气控制及自动化。

Tel.：18266639970; E-mail: wxg7038@ sina.com

G 642.423

A

1006-7167(2017)04-0188-04