周 靜，侯世英，孫 韜，張立群，李 利

（重慶大學(xué) 電氣工程學(xué)院 國(guó)家電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，重慶400044）

0 引言

傳統(tǒng)的電工電子綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為基礎(chǔ)，學(xué)生按實(shí)驗(yàn)教材提供的實(shí)驗(yàn)方法、步驟，在老師的指導(dǎo)下完成指定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)的過(guò)程大多是應(yīng)用必要的基本實(shí)驗(yàn)技能和理論知識(shí)實(shí)現(xiàn)某些簡(jiǎn)單的應(yīng)用。這樣的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ酱嬖谌缦聨讉€(gè)嚴(yán)重不足。

（1）開(kāi)設(shè)的綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容設(shè)置不合理，有的項(xiàng)目涉及的知識(shí)點(diǎn)單一，達(dá)不到綜合訓(xùn)練的目的；有的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)難度偏大學(xué)生不能自主完成，從而導(dǎo)致不能鍛煉學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力；而且，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置缺乏趣味性，缺乏與工程實(shí)際的聯(lián)系，不能有效激發(fā)學(xué)生的興趣；

（2）實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生處于“被動(dòng)學(xué)習(xí)”狀態(tài)，以書(shū)為參照，聽(tīng)從老師的指導(dǎo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)；

（3）實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)教材的編寫(xiě)等都不便于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的擴(kuò)充和拓展，不利于充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性。

因此，有必要以電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革為契機(jī)對(duì)電工電子綜合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改革。

1 PBL教學(xué)法

PBL（Problem Based Learning）教學(xué)法是一種受到國(guó)際社會(huì)普遍認(rèn)同的研究性教學(xué)模式，與傳統(tǒng)的教學(xué)法有很大的不同，是一種以問(wèn)題為核心，以解答問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)力，以分組討論、展示及相互交流為手段，以激發(fā)學(xué)生積極主動(dòng)自學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維為主要目標(biāo)的全新教學(xué)模式［1－2］。強(qiáng)調(diào)以學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)為主，而不是傳統(tǒng)教學(xué)中強(qiáng)調(diào)的以教師講授為主；設(shè)計(jì)真實(shí)性任務(wù)，將學(xué)習(xí)與問(wèn)題掛鉤，使學(xué)習(xí)者投入到問(wèn)題中；鼓勵(lì)自主探究，鼓勵(lì)爭(zhēng)論，鼓勵(lì)對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容和過(guò)程的反思。PBL旨在使學(xué)習(xí)者建構(gòu)起寬厚而靈活的知識(shí)基礎(chǔ)，發(fā)展有效的問(wèn)題解決技能，發(fā)展自主學(xué)習(xí)和終生學(xué)習(xí)的技能，成為有效的合作者，并培養(yǎng)學(xué)習(xí)的內(nèi)部動(dòng)機(jī)。由于PBL對(duì)培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的技能非常有效，因此它越來(lái)越多地受到人們的重視［3－5］。

2 基于PBL教學(xué)法的綜合實(shí)驗(yàn)方案

將PBL教學(xué)法的理念引入電工電子綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)教學(xué)模式進(jìn)行改革。基于PBL教學(xué)法的非電類(lèi)電工電子綜合實(shí)驗(yàn)就是以解決從工程實(shí)際中提取的具體問(wèn)題為基礎(chǔ)，以模塊化組織實(shí)驗(yàn)電路，以層層深入的方式組織實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，最終讓學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中綜合應(yīng)用所學(xué)相關(guān)知識(shí)，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立自學(xué)能力、創(chuàng)新思維能力、資料組織能力以及創(chuàng)新能力的目的?；赑BL教學(xué)法的電工電子學(xué)實(shí)驗(yàn)改革涉及到以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：基于PBL教學(xué)法的電工電子學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置、制定實(shí)驗(yàn)教學(xué)規(guī)程、建設(shè)配套教學(xué)資源、制定考核辦法。

2.1 電工電子綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置

基于PBL的實(shí)驗(yàn)教學(xué)首先要考慮“問(wèn)題的設(shè)置”，即開(kāi)發(fā)合適的綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。事實(shí)上，PBL中的“問(wèn)題”分為兩個(gè)層次［6］：教師提出“問(wèn)題”是第一層次，即教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)定一定的問(wèn)題；學(xué)生根據(jù)“問(wèn)題”提問(wèn)是第二層次，即學(xué)生在分析問(wèn)題的基礎(chǔ)上，提出自己所要研究的問(wèn)題，并在教師的幫助下進(jìn)行思考、分析和討論。因此，基于PBL教學(xué)法的電工電子學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的“第一層次問(wèn)題”需要精心設(shè)置，必須從工程實(shí)際中選擇適當(dāng)?shù)膬?nèi)容作為綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來(lái)源于實(shí)際應(yīng)用，能夠激發(fā)學(xué)生的動(dòng)機(jī)，鼓勵(lì)他們?nèi)ヌ剿鳌W(xué)習(xí)；其次，該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所涉及的內(nèi)容與電工電子理論學(xué)科緊密聯(lián)系：解決問(wèn)題的基本知識(shí)可包括電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)以及繼電器接觸器控制等模塊知識(shí)，能有效激發(fā)學(xué)生提出“第二層次問(wèn)題”并最終解決問(wèn)題。

2.2 制定實(shí)驗(yàn)教學(xué)規(guī)程

PBL教學(xué)的實(shí)施有一定的難度，PBL中 “問(wèn)題”的第二個(gè)層次是在教師的鼓勵(lì)和引導(dǎo)下由學(xué)生自己提出“問(wèn)題”。學(xué)生提出的“問(wèn)題”是非常具體的，是針對(duì)教師“問(wèn)題”的細(xì)化，是在回答“問(wèn)題”過(guò)程中要解決的“問(wèn)題”，無(wú)論什么方式，學(xué)生自己進(jìn)一步提出“問(wèn)題”并解決問(wèn)題的過(guò)程正是PBL教學(xué)理念的成功之處。因此，為了使實(shí)驗(yàn)教學(xué)確實(shí)可行，針對(duì)非電類(lèi)學(xué)生專(zhuān)業(yè)面廣、教學(xué)要求各不相同、學(xué)生基礎(chǔ)參此不齊的實(shí)際情況，以模塊化組織實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)，以便靈活地控制實(shí)驗(yàn)的難度，便于學(xué)生細(xì)化并具體化“問(wèn)題”。

首先按實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所涉及的內(nèi)容把實(shí)驗(yàn)分為若干模塊，合理規(guī)劃每個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)的基本模塊，每個(gè)模塊涉及的知識(shí)點(diǎn)相對(duì)單一，可以作為單個(gè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)，比如放大電路、A／D轉(zhuǎn)換、譯碼驅(qū)動(dòng)與數(shù)字顯示等；同時(shí)也可根據(jù)不同的專(zhuān)業(yè)和不同難度要求，把幾個(gè)不同的模塊綜合起來(lái)開(kāi)設(shè)不同層次的綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，便于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的深化與擴(kuò)展，開(kāi)設(shè)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，第一階段：學(xué)生根據(jù)具體任務(wù)細(xì)化 “問(wèn)題”，這個(gè)過(guò)程就是認(rèn)識(shí)理解各個(gè)基礎(chǔ)電路模塊的過(guò)程；第二階段：學(xué)生根據(jù)所提 “問(wèn)題”應(yīng)用基本模塊電路進(jìn)一步完成綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、調(diào)試和測(cè)試工作；第三階段，要求學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行反思，探討實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題及其解決方法，或者對(duì)電路進(jìn)行改進(jìn)和擴(kuò)展等，進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)過(guò)程。

2.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源準(zhǔn)備

為了能使PBL實(shí)驗(yàn)達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，必須進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)，為學(xué)生營(yíng)造“自主探索、自主學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新”的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生遇到問(wèn)題時(shí)，能找到解決問(wèn)題的途徑和方法。

首先，制作實(shí)驗(yàn)室的詳細(xì)介紹，包括實(shí)驗(yàn)室位置、開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、安全用電等基本知識(shí)；第二，制作必要的實(shí)驗(yàn)課件，詳細(xì)介紹直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字萬(wàn)用表、晶體管毫伏表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙蹤示波器等基本實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的使用方法，在制作課件時(shí)，合理規(guī)劃腳本文件，以事例為范，每種儀器的每一個(gè)操作步驟都拍攝相應(yīng)的照片說(shuō)明，使課件直觀易懂，供學(xué)生自學(xué)或參考；第三，根據(jù)PBL實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的精神，合理組織實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，編寫(xiě)新的實(shí)驗(yàn)教材。教材即要體現(xiàn)一定的引導(dǎo)性，又要給學(xué)生留下足夠的思考空間，同時(shí)，要詳細(xì)地給出各種實(shí)驗(yàn)箱、實(shí)驗(yàn)臺(tái)的使用說(shuō)明、給出相關(guān)電子元器件的說(shuō)明，給出擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)所需要的必要資料，使學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)時(shí)有資料可查。第四，充分利用網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代教育手段拓寬學(xué)習(xí)渠道，把所有的教學(xué)資源均放在網(wǎng)絡(luò)上供學(xué)生下載，并在網(wǎng)絡(luò)上設(shè)立留言板，學(xué)生可以通過(guò)留言的方式和老師進(jìn)行交流。

2.4 制定合理的考核辦法

考核是檢查學(xué)生學(xué)習(xí)效果的手段，也是督促學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力對(duì)學(xué)生綜合能力的評(píng)定是否客觀合理，將影響學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性，而且對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量有較大的影響。因此必須制定與“PBL”教學(xué)相適應(yīng)的考核方式，形成激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的有效機(jī)制。考核著重考察以下三個(gè)方面：第一，學(xué)生獲得的知識(shí)和技能；第二，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的參與狀態(tài)（包括實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)中的討論、動(dòng)手能力、協(xié)作精神等）；第三，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)后的總結(jié)和反思。

3 項(xiàng)目實(shí)例

以溫度測(cè)量、顯示與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)為案例，初步探索基于PBL的綜合實(shí)驗(yàn)開(kāi)展。項(xiàng)目以小組為單位，一般3人一組進(jìn)行。

該測(cè)控系統(tǒng)基本框圖如圖1所示。

圖1 溫度測(cè)量、顯示與控制系統(tǒng)框圖

該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的“第一層次”問(wèn)題來(lái)源于實(shí)際應(yīng)用，包括了電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)以及繼電器接觸器控制等相關(guān)知識(shí)的應(yīng)用，具有較強(qiáng)的綜合性，對(duì)非電類(lèi)學(xué)生來(lái)說(shuō)也有一定的難度。為了能有效激發(fā)學(xué)生提出“第二層次問(wèn)題”并解決問(wèn)題，首先細(xì)化問(wèn)題，按模塊化的思想對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行“解剖”，每個(gè)模塊涉及一個(gè)“第二層次問(wèn)題”，可以作為單個(gè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)；同時(shí)也可把幾個(gè)不同的模塊綜合起來(lái)開(kāi)設(shè)不同層次的綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，比如以上系統(tǒng)就可以分別開(kāi)設(shè)溫度測(cè)量顯示實(shí)驗(yàn)、溫度測(cè)量控制實(shí)驗(yàn)、溫度測(cè)量顯示與控制實(shí)驗(yàn)等。其次，合理的設(shè)計(jì)單元模塊，對(duì)要求不高的模塊可以由老師指導(dǎo)完成；對(duì)重點(diǎn)要求掌握的知識(shí)點(diǎn)，則盡量由學(xué)生自主探索完成，即這些“第二層次問(wèn)題”對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是可以經(jīng)過(guò)探索提出并加以解決的，同時(shí)，對(duì)不同專(zhuān)業(yè)不同程度的學(xué)生可以由指導(dǎo)教師靈活掌握綜合實(shí)驗(yàn)的難度。

以構(gòu)建溫度測(cè)量控制系統(tǒng)為例，系統(tǒng)工作原理為：給系統(tǒng)預(yù)設(shè)工作溫度為T(mén)0，通過(guò)溫度檢測(cè)裝置測(cè)量系統(tǒng)實(shí)際溫度為T(mén)1，若實(shí)際溫度超過(guò)了設(shè)定值（T1＞T0），則控制電路發(fā)出信號(hào)，使繼電器動(dòng)作，斷開(kāi)加熱環(huán)節(jié)，停止加熱；當(dāng)溫度檢查裝置檢測(cè)到系統(tǒng)溫度低于設(shè)定值時(shí)（T1＜T0），控制電路發(fā)出信號(hào)，接通繼電器，使系統(tǒng)通電加熱，如此周而復(fù)始，使系統(tǒng)溫度維持在設(shè)定值附近。首先通過(guò)細(xì)化問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生提出第二層次問(wèn)題，并通過(guò)第二層次問(wèn)題的解決完成單元模塊的設(shè)計(jì)。第一個(gè)問(wèn)題是“怎樣實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量？”，這個(gè)問(wèn)題的解答包含了溫度傳感器選用，測(cè)溫電路設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生充分討論，了解熱電偶、熱敏電阻以及PN結(jié)等常用溫度傳感器的特性及基本應(yīng)用，選擇合適的傳感器并設(shè)計(jì)測(cè)溫電路，比如采用熱敏電阻的測(cè)溫電橋電路。第二個(gè)問(wèn)題是“測(cè)量的電信號(hào)很弱，如何放大？”，這個(gè)問(wèn)題主要涉及到集成運(yùn)算放大器的特性及應(yīng)用，可以采用單運(yùn)放構(gòu)成的同相比例放大電路或者是多運(yùn)放構(gòu)成的精密小信號(hào)放大電路等。第三個(gè)問(wèn)題是“如何實(shí)現(xiàn)溫度的比較？”，這個(gè)問(wèn)題包含了利用基準(zhǔn)電路進(jìn)行溫度預(yù)設(shè)控制和利用比較器實(shí)現(xiàn)溫度的比較，當(dāng)測(cè)量值高于預(yù)設(shè)值則輸出高電平，反之輸出低電平。最后“根據(jù)比較結(jié)果，如何驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)去實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制？”，這個(gè)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是如何控制繼電器的接通和斷開(kāi)，這就驅(qū)使學(xué)生去了解繼電器的工作原理并設(shè)計(jì)其驅(qū)動(dòng)電路。

通過(guò)以上的細(xì)化與探討，僅僅實(shí)現(xiàn)了單個(gè)模塊的功能；進(jìn)一步需要把各個(gè)模塊綜合起來(lái)，設(shè)計(jì)整體的電路，例如圖2所示。然后，還需要對(duì)電路進(jìn)行整體調(diào)試，以完成系統(tǒng)的功能。整體電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試過(guò)程是非常重要的過(guò)程，是深入討論與反思的過(guò)程，考察的是學(xué)生的綜合能力與協(xié)作能力。在這個(gè)過(guò)程中，出現(xiàn)問(wèn)題甚至是錯(cuò)誤都是正常的，鼓勵(lì)學(xué)生小組自由討論，反復(fù)探索，必要時(shí)指導(dǎo)教師適當(dāng)參與問(wèn)題的討論，引導(dǎo)學(xué)生正確解決問(wèn)題。

圖2 溫度檢測(cè)控制實(shí)驗(yàn)電路

最后，小組提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，總結(jié)實(shí)驗(yàn)所得。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生理解最為深刻的環(huán)節(jié)恰恰是犯錯(cuò)誤的環(huán)節(jié)，而且通過(guò)反復(fù)地討論和實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)掌握得更為深入，應(yīng)用也更加靈活自如。

4 問(wèn)題與經(jīng)驗(yàn)

PBL教學(xué)法的理念非常適合用于電工電子綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)，把實(shí)驗(yàn)?zāi)康膹摹氨粍?dòng)驗(yàn)證”向主動(dòng)“設(shè)計(jì)研究”型轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

基于PBL教學(xué)法的非電類(lèi)電工電子綜合實(shí)驗(yàn)是對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革的一種大膽嘗試，各個(gè)環(huán)節(jié)還存在許多問(wèn)題需要深入研究：

（1）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置非常關(guān)鍵，選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的原則為：①來(lái)源于實(shí)際應(yīng)用，具有一定的實(shí)用性或趣味性，以增大學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；②實(shí)驗(yàn)?zāi)K盡量做到可以為多個(gè)不同的綜合實(shí)驗(yàn)共用，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)的復(fù)雜度，也便于節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本；③在已有的硬件平臺(tái)上容易擴(kuò)展并實(shí)現(xiàn)。

（2）資源的建設(shè)非常重要，學(xué)生們是在通過(guò)查詢資料、動(dòng)手做事、相互討論的過(guò)程中解決問(wèn)題的，只有當(dāng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源足夠豐富時(shí)，學(xué)生的自主探索討論才可能進(jìn)行。

［1］ 徐文娟 楊承印.論基于問(wèn)題式學(xué)習(xí)（PBL）的有效實(shí)施［J］.教育學(xué)報(bào).2006，（3）：47－50

［2］ PBL 教 學(xué) ［EB／OL］，http：／／61.144.60.222：8080／0518／PBLWeb／index.htm

［3］ 黃亞玲 馬建輝 崔舜 等.以問(wèn)題為基礎(chǔ)學(xué)習(xí)教學(xué)評(píng)價(jià)體系的研究與實(shí)踐［J］.中國(guó)高等醫(yī)學(xué)教育.2008，（9）：5－6

［4］ 師保國(guó) 申繼亮 許晶晶.論問(wèn)題式學(xué)習(xí)中的“問(wèn)題”［J］.上海教育科研.2005，（7）：55－58

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