主頁 > 技術(shù)文章 > 淺議電工電子實驗研究型教學(xué)體系和方法探索 2024-09-30

淺議電工電子實驗研究型教學(xué)體系和方法探索

摘要：電工電子實驗是電氣工程相關(guān)專業(yè)的實踐性教學(xué)課程，在實驗教學(xué)實踐中，開展研究型實驗教學(xué)模式，在鞏固基礎(chǔ)理論知識的同時，能很好的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維和創(chuàng)新能力。提出了電工電子實驗研究型教學(xué)體系的概念，分析了研究型實驗教學(xué)體系的三個層次，綜合性實驗的開展，以及實驗室的開放與創(chuàng)新，并對電工電子實驗教學(xué)方法的改進(jìn)與實踐方案進(jìn)行了探討。
　　為適應(yīng)現(xiàn)代教育的需要，高校迫切需要建立啟發(fā)式、研究型的教學(xué)體系，注重培養(yǎng)大學(xué)生解決實際問題的能力、開拓精神與創(chuàng)新能力[1-2]。而在以培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才為目標(biāo)的研究型教學(xué)體系中，課程體系以及教學(xué)內(nèi)容的更新和優(yōu)化，尤其是研究型實驗教學(xué)體系的建立與完善，直接關(guān)系到人才培養(yǎng)的質(zhì)量。“電工電子實驗”課程是理論性和實踐性都很強的一門學(xué)科。開展研究型實驗教學(xué)模式，在鞏固基礎(chǔ)理論知識的同時，能很好的鍛煉學(xué)生的實踐動手、分析和解決問題，以及電路的設(shè)計能力，加強其開拓意識和創(chuàng)新能力。本文對“電工電子實驗”課程的研究型教學(xué)體系進(jìn)行了深入地研究，并將研究型實驗教學(xué)原理運用于大學(xué)電氣工程學(xué)院（以下簡稱“我院”）“電工電子實驗”教學(xué)環(huán)節(jié)，對建立研究型實驗教學(xué)體系進(jìn)行探索。
一、電工電子實驗研究型教學(xué)體系：
　　研究型教學(xué)體系中，學(xué)生是主體，教師以問題為主線，調(diào)動學(xué)生的積極主動性，引導(dǎo)學(xué)生逐步深入、分析和解決問題。在加深理論知識理解的同時，增強學(xué)生的創(chuàng)新能力。
　　“電工電子實驗”是電類相關(guān)專業(yè)的實踐性教學(xué)課程，它以電工、應(yīng)用物理為基礎(chǔ)，以電子技術(shù)、儀表技術(shù)、測試技術(shù)為指導(dǎo)，側(cè)重于理論指導(dǎo)下的實踐、技能培訓(xùn)及綜合能力的提高。通過電工電子實驗研究型教學(xué)體系，在加深學(xué)生對理論知識理解的同時，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，提高學(xué)生創(chuàng)造性和創(chuàng)新能力。
　　1.多層次的電工電子實驗教學(xué)體系：
　　電工電子實驗研究型教學(xué)體系將實驗劃分為由低到高的三個層次：基礎(chǔ)性實驗，設(shè)計型實驗，創(chuàng)新研究實驗。
　　基礎(chǔ)性實驗主要為電工電路基本理論的驗證性實驗，如疊加定理與替代定理的驗證、三相交流電路電壓、電流、相序的測量等，配合理論教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生使用儀器、連接調(diào)試電路、數(shù)據(jù)分析處理等方面的基本技能，加深學(xué)生對理論知識的理解和掌握。此類實驗的實驗內(nèi)容固定，教師要注重激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，積極開創(chuàng)新的實驗教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生運用理論知識分析實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，并在教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的研討中積累知識和培養(yǎng)能力。
　　設(shè)計型實驗是教師事先給定實驗要求和任務(wù)，學(xué)生自主設(shè)計課題實現(xiàn)方案的實驗。如設(shè)計一個電路將方波信號轉(zhuǎn)換成三角波信號，用單級晶體管設(shè)計小信號放大器等。在設(shè)計型實驗教學(xué)中，教師對學(xué)生提出的實驗方案進(jìn)行討論和引導(dǎo)，確定最優(yōu)實驗方案。然后學(xué)生根據(jù)實驗方案進(jìn)行電路連接和調(diào)試，分析實驗結(jié)果。設(shè)計型實驗需要學(xué)生查閱相關(guān)的文獻(xiàn)，自主設(shè)計實驗方案和電路，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和獨立設(shè)計能力。
　　創(chuàng)新研究實驗基于創(chuàng)新實驗室，為學(xué)生開展研究性實驗項目，體現(xiàn)個性化和創(chuàng)新性的培養(yǎng)教學(xué)思想。創(chuàng)新研究實驗的平臺可以是實驗裝置或者是計算機仿真平臺。學(xué)院為學(xué)生提供實驗場所和設(shè)備等，并有專業(yè)的教師隊伍作為技術(shù)支持。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和能力自主選擇某一實驗項目進(jìn)行創(chuàng)新性研究。學(xué)生也可以以大學(xué)生電子競賽為契機，選擇與大賽相關(guān)的基礎(chǔ)技術(shù)研究課題進(jìn)行實踐研究，為今后從事工程設(shè)計和科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。
　　2.多層次的電工電子實驗教學(xué)內(nèi)容：
　　學(xué)生在掌握了一定的電工電子理論知識，并完成基礎(chǔ)性實驗后，需要開展一些綜合性實驗，將實驗內(nèi)容向以設(shè)計性、綜合性方向為主的綜合實驗發(fā)展，形成多層次的實驗教學(xué)內(nèi)容。
　　綜合性實驗的實驗內(nèi)容涉及本課程的綜合知識或與本課程相關(guān)課程知識的實驗[3-4]。綜合實驗通常由多項任務(wù)組成，且各項任務(wù)間遵循一定的先后順序。如對于電子類的綜合實驗，可以要求學(xué)生設(shè)計一個小電壓信號的信號調(diào)理電路，對信號進(jìn)行放大和濾波處理等，將信號轉(zhuǎn)換為便于數(shù)據(jù)采集和處理的電壓信號。
　　綜合性實驗既要體現(xiàn)內(nèi)容的綜合性與創(chuàng)新性，又要體現(xiàn)知識能力素質(zhì)培養(yǎng)。通過綜合性實驗的開展，引導(dǎo)學(xué)生運用綜合的觀點和創(chuàng)造性思維去思考現(xiàn)實中的復(fù)雜問題，使學(xué)生有更多的組織、判斷與選擇的機會，可有效的培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力。
　　3.電工電子實驗室開放與創(chuàng)新：
　　我院電子電路實驗中心積極創(chuàng)造條件，設(shè)立實驗室開放與創(chuàng)新項目。部分實驗室采取了全方位的開放模式，開放性實驗室對學(xué)生實行實驗時間開放，實驗器材開放，突出了實驗教學(xué)以學(xué)生為中心的開放模式。學(xué)生可以自主選擇實驗項目和實驗時間，獨立設(shè)計實驗方案并完成實驗內(nèi)容，同時值班教師負(fù)責(zé)安全及提供必要的幫助和技術(shù)指導(dǎo)。為學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主發(fā)展、研究性學(xué)習(xí)和實踐創(chuàng)新提供條件。
　　創(chuàng)新實驗室擁有更多、更高檔的儀器設(shè)備、實驗器材、工具等，主要針對經(jīng)過開放實驗室鍛煉并表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生。學(xué)生們可組成創(chuàng)新活動小組，開展復(fù)雜的創(chuàng)新性實驗。學(xué)生根據(jù)自身興趣和能力，并結(jié)合實際申報課題，指導(dǎo)教師們審定后，組織學(xué)生進(jìn)行講解并答辯，確認(rèn)方案可行后立項，給予一定經(jīng)費資助。
　　進(jìn)行實驗室開放與創(chuàng)新教學(xué)以后，學(xué)生可自主設(shè)計實驗，對電工電子類理論知識進(jìn)行反復(fù)操作和論證，也可進(jìn)行創(chuàng)新性實踐活動，使大學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識才能得到全面提升。
二、電工電子研究型實驗教學(xué)方法探索：
建立電工電子實驗研究型的教學(xué)體系后，重點轉(zhuǎn)向如何對原有的實驗教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)和完善，即采用合理的教學(xué)方法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和能動性，促使學(xué)生掌握基本電工電子理論知識和技能，并發(fā)展其獨立思考和創(chuàng)新能力。
1.提高教師的業(yè)務(wù)能力：
　　實驗指導(dǎo)教師不僅要講授基本理論和實驗技能，更重要的是要培養(yǎng)學(xué)生分析問題與解決問題的能力。這就要求實驗指導(dǎo)教師具有很強的業(yè)務(wù)能力、責(zé)任心和科研意識。因此，實驗教師的業(yè)務(wù)能力和綜合素養(yǎng)的高低，是實現(xiàn)研究型實驗教學(xué)體系的根本保證，也是培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的關(guān)鍵。
　　提高實驗教師的綜合能力可以從以下幾個方面入手：首先實驗指導(dǎo)教師要不斷地學(xué)習(xí)進(jìn)取，提高自身的理論知識以及業(yè)務(wù)水平與熟練程度；其次要積極探索新的有效的實驗教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生在試驗中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題；最后還要拓展綜合性、應(yīng)用性、研究性、創(chuàng)新性為主要內(nèi)容的實訓(xùn)活動，并加強兄弟院校之間的交流與合作，全面提高實驗指導(dǎo)教師的整體素養(yǎng)和業(yè)務(wù)能力。
　　2.運用多樣化實驗教學(xué)方法：
　　采用靈活多樣化的教學(xué)方法，可有效的加深學(xué)生對實驗的理解和知識的掌握，起到事半功倍的作用。
　　（1）采用先進(jìn)的教學(xué)手段，如多媒體、網(wǎng)絡(luò)瀏覽器等，將書本枯燥的原理知識可視化，更加生動形象地體現(xiàn)在學(xué)生面前。如可將動畫加入日光燈工作電路中，使學(xué)生更直觀地了解啟輝器的工作原理和時限，以及日光燈啟輝前、啟輝過程、啟輝后不同階段，電路中電流的流向等。實驗教師制作多媒體的實驗課電子課件，連同相關(guān)的計算機仿真實驗軟件，結(jié)合校園網(wǎng)絡(luò)，建立完整的電工電子技術(shù)實驗教學(xué)系統(tǒng)。讓學(xué)生對實驗電路、儀器、儀表、電子元器件、集成電路元器件的功能和使用方法等有更全面和清晰地了解，從而更好地實現(xiàn)互動教學(xué)，使實驗教學(xué)方法向啟發(fā)式、形象化、開放式的方向發(fā)展。
　�。�2）借助先進(jìn)的現(xiàn)代教育手段，采用將實際電路實驗操作與計算機仿真相結(jié)合的實驗教學(xué)方式。如可將電子電路仿真（EDA）、可編程邏輯器件（CPLD）、集成電路設(shè)計（PCB）、MATLAB等電子設(shè)計自動化的知識逐步引入到實驗教學(xué)中，進(jìn)行更為靈活的電工電子實驗電路的設(shè)計和分析。
　�。�3）電工電子實驗中傳統(tǒng)的實驗儀器功能比較單一，擴展性能差，可實驗的實驗項目偏少。將虛擬儀器引入到電工電子的實驗教學(xué)中，采用其圖形化系統(tǒng)設(shè)計平臺，可方便地構(gòu)造電工電子實驗元件和儀器儀表，如電壓電流表、示波器等，且所構(gòu)造的儀器之間具備數(shù)據(jù)通道和控制通道，能實現(xiàn)對多個參量的測量、顯示和控制。實驗教師能以動手實踐的方式教授電工電子實驗電路概念，便于學(xué)生進(jìn)行電路設(shè)計和原型開發(fā)，動態(tài)系統(tǒng)仿真等。
　　3.加強實驗教學(xué)監(jiān)督：
　　實驗教學(xué)不僅涉及實驗教學(xué)和操作過程、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和動手能力，而且與儀器設(shè)備、場地等實驗教學(xué)條件緊密相關(guān)，需要進(jìn)行多方面的協(xié)調(diào)與監(jiān)控。建立和健全科學(xué)、完善的實驗教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系，加強教學(xué)質(zhì)量監(jiān)督，是確保實驗教學(xué)質(zhì)量穩(wěn)步提高，健全實驗研究型教學(xué)體系的重要管理環(huán)節(jié)和基礎(chǔ)性工作。
　　研究性教學(xué)模式體現(xiàn)了以學(xué)生為本的教學(xué)理念，能充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，培養(yǎng)學(xué)生的研究習(xí)慣，鍛煉學(xué)生分析和解決問題的能力，為創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。對于“電工電子實驗”這類實踐性很強的實驗課程，運用研究性教學(xué)模式，建立研究性實驗教學(xué)體系，并加強實驗教學(xué)方法的改進(jìn)和完善，對提高實驗教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新精神具有重大的意義。

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