許愛(ài)德， 王維剛， 張慧澤

(大連海事大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，遼寧大連116026)

0 引言

電路理論是我校通信、電信、電科、電氣工程、船舶電子、自動(dòng)化、測(cè)控、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、智能等多個(gè)本科專業(yè)開(kāi)設(shè)的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，電路實(shí)驗(yàn)是和電路理論課程一起開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程，其主要任務(wù)是使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論課程后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)加深對(duì)所學(xué)概念、理論、分析方法的理解，學(xué)習(xí)一些基本的實(shí)驗(yàn)方法，掌握基本的實(shí)驗(yàn)技能、測(cè)試方法和測(cè)量技術(shù)，提高運(yùn)用所學(xué)理論獨(dú)立分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，奠定扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ);培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度;提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新與動(dòng)手能力;培養(yǎng)安全用電的意識(shí)，養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣［1］。尤為重要的是，電路實(shí)驗(yàn)是上述各專業(yè)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)課程，電路實(shí)驗(yàn)涉及到電量測(cè)量的基本儀表、儀器的使用、測(cè)量的基本方法等，在此打下良好的基礎(chǔ)，可為后續(xù)的課程乃至畢業(yè)后的科研和工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)［2-3］。

1 我校電路實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題

我校電路實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)建于2003年，當(dāng)時(shí)采用的是天煌電工電子實(shí)驗(yàn)臺(tái)。承擔(dān)了全校電路課程的實(shí)驗(yàn)，包括通信工程、電氣工程等9個(gè)專業(yè)32個(gè)班，每年實(shí)驗(yàn)人數(shù)達(dá)960多人，實(shí)驗(yàn)人次達(dá)到6 720人次。原有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備僅有實(shí)驗(yàn)設(shè)備32臺(tái)，數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足教學(xué)的需要，實(shí)驗(yàn)經(jīng)常按排到中午5、6節(jié)和晚上11、12節(jié)來(lái)完成;并且近10年的循環(huán)往復(fù)使用，設(shè)備已經(jīng)嚴(yán)重老化，故障率高，自帶儀表?yè)p壞嚴(yán)重;封閉式的模塊非常不直觀，固定式的面板導(dǎo)致很多實(shí)驗(yàn)受限開(kāi)展不了;面板式的連線實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力的培養(yǎng)很有限，更談不上創(chuàng)新能力的培養(yǎng)了?？傊?，原有實(shí)驗(yàn)設(shè)備根本不能適應(yīng)新形勢(shì)下教學(xué)的需要。

受實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及內(nèi)容上，多以基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，封閉式的模塊設(shè)計(jì)使學(xué)生完全處于被動(dòng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，沒(méi)有思考，更不用說(shuō)獨(dú)立思考了。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ绞枪潭ǖ?，曾有學(xué)生很形象的描述，實(shí)驗(yàn)課的連線跟在紙上畫(huà)電路圖沒(méi)啥區(qū)別，因?yàn)槟愀究床坏矫姘搴笤O(shè)備是什么樣。久而久之，很多學(xué)生逐漸失去了參與實(shí)驗(yàn)、科研的熱情與探索新實(shí)驗(yàn)、新現(xiàn)象的興趣，感覺(jué)實(shí)驗(yàn)課程就是依葫蘆畫(huà)畫(huà)瓢，能夠獲得學(xué)分就可以了。計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)雖然是作為要求提出來(lái)了，但由于設(shè)備的限制及缺發(fā)有效的引導(dǎo)，根本不能真正貫徹執(zhí)行。實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容陳舊、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較少，學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中缺乏激勵(lì)，考核方式單一，成就感有所缺失。

隨著《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見(jiàn)》、《2003－2007年教育振興行動(dòng)計(jì)劃》、《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見(jiàn)》等文件的相繼出臺(tái)，國(guó)家明確要求“大力加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，切實(shí)提高大學(xué)生的實(shí)踐能力”，“把實(shí)踐教學(xué)作為教學(xué)工作評(píng)估的關(guān)鍵性指標(biāo)”。2005年，教育部為進(jìn)一步推動(dòng)高等學(xué)校加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，加快實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，啟動(dòng)了國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的建設(shè)［4-5］。我校電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心于2008年被遼寧省教育廳批準(zhǔn)為省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，以創(chuàng)建省級(jí)示范實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為契機(jī)，針對(duì)我校當(dāng)時(shí)電路實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題，加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)室規(guī)劃與建設(shè)。通過(guò)電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革及考核體系的完善，在推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量方面，取得了明顯的效果。

2 實(shí)驗(yàn)室硬件平臺(tái)的建設(shè)

國(guó)家在對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行規(guī)劃和評(píng)審時(shí)，認(rèn)為建立注重實(shí)驗(yàn)特色和實(shí)用性的實(shí)驗(yàn)室，有利于全面提高學(xué)生素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用和創(chuàng)新能力，同時(shí)，可以反映最新的教學(xué)和科研成果，體現(xiàn)時(shí)代特征，使學(xué)生成為能夠掌握時(shí)代脈搏、適應(yīng)社會(huì)需要的創(chuàng)新人才［6-7］。

為此，在對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)行購(gòu)置前，我們不僅對(duì)市場(chǎng)上的電路實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了調(diào)研，還對(duì)國(guó)內(nèi)諸多高校的電路實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了考察。調(diào)查研究表明，各高校電路實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備交流強(qiáng)電部分多以組合實(shí)驗(yàn)臺(tái)為主，即儀表、儀器、電源和實(shí)驗(yàn)元器件都裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，最重要的是它的保護(hù)功能比較可靠，如果學(xué)生接錯(cuò)線，誤將電源接成短路，設(shè)備會(huì)自動(dòng)斷電，保護(hù)了電路中的儀表、儀器和實(shí)驗(yàn)器件，設(shè)備的性能和使用安全可靠，大大滿足了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要［8］。而對(duì)于直流弱電部分的實(shí)驗(yàn)，有的學(xué)校跟強(qiáng)電一樣集成在面板上，或采用自主設(shè)計(jì)、廠家定做實(shí)驗(yàn)箱的方式實(shí)現(xiàn)，也有學(xué)校仍然采用將電阻、電感、電容等元器件擺放在桌上，做實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生按照電路圖將各元器件連接起來(lái)。上述無(wú)論哪種方式，都存在著這樣或那樣的問(wèn)題，有的是元器件不直觀，不便于學(xué)生的興趣愛(ài)好和動(dòng)手實(shí)踐能力培養(yǎng);有的是元器件擺放混亂，不便于管理，影響了實(shí)驗(yàn)的效果。

市場(chǎng)調(diào)研過(guò)程中，我們注意到了上海寶徠科技開(kāi)發(fā)有限公司的基本電路實(shí)驗(yàn)裝置。此裝置是以9孔萬(wàn)用插件板(見(jiàn)圖1)為核心、R-L-C元件(見(jiàn)圖2)及各種模擬、數(shù)字電路元件為模塊的系列實(shí)驗(yàn)裝置。其特殊材料和工藝的耐用插腳，保證了良好接觸;其透明、可拆卸塑盒模塊單元使得真實(shí)元件直觀和便于更換;積木式的模塊單元使電路的組合靈活、通用;標(biāo)準(zhǔn)印刷的模塊單元讓實(shí)驗(yàn)電路一目了然。除能夠完成常規(guī)課程的經(jīng)典線路實(shí)驗(yàn)外，還能適用于創(chuàng)新設(shè)計(jì)性電路實(shí)驗(yàn)，特別適用于開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室［9］。顯然，上述實(shí)驗(yàn)裝置很好的為直流弱電部分實(shí)驗(yàn)提供了解決方案，交流強(qiáng)電部分采用多數(shù)高校的解決方案—組合實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

圖1 9孔板

結(jié)合我校電路實(shí)驗(yàn)的情況，適應(yīng)新時(shí)期形勢(shì)的發(fā)展，2010～2011年實(shí)驗(yàn)室對(duì)設(shè)備進(jìn)行了大規(guī)模的更新改造，將舊設(shè)備全部淘汰報(bào)廢，重新購(gòu)置上海寶徠的電路實(shí)驗(yàn)裝置64套，各種測(cè)量?jī)x表儀器200多臺(tái)件，每個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)還配置電腦一臺(tái)，共投入資金約130多萬(wàn)元。新建電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖3所示，在功能方面不僅滿足基礎(chǔ)電工學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，還能滿足創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)的工作臺(tái)要求，裝置可以充分的保障開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室的要求，具有充分的可擴(kuò)展性。

圖2 分立元件盒

圖3 新建電路實(shí)驗(yàn)臺(tái)

3 硬件平臺(tái)下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的性能決定了實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)，是基礎(chǔ);而建立在這個(gè)基礎(chǔ)之上的教學(xué)內(nèi)容和方法則決定了教學(xué)的實(shí)際效果［10］。當(dāng)硬件平臺(tái)搭建完成后，應(yīng)該著手考慮如何將具體的教改要求溶于實(shí)驗(yàn)設(shè)備之中，使依托于新設(shè)備的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目流程設(shè)計(jì)與教材的編寫(xiě)、新教學(xué)方法的開(kāi)展緊密地結(jié)合在一起。在新型實(shí)驗(yàn)設(shè)備下，為實(shí)現(xiàn)對(duì)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的目標(biāo)，主要從以下幾方面進(jìn)行具體的改革。

3.1 完善并優(yōu)化了電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

教學(xué)改革應(yīng)因材施教，要根據(jù)受教育者的知識(shí)基礎(chǔ)、特點(diǎn)，明確教改思路，確定教改方案。應(yīng)該把實(shí)驗(yàn)從以驗(yàn)證理論為主的單一模式改為采取循序漸進(jìn)、分層次教學(xué)，以設(shè)計(jì)性、綜合性為主的多種教學(xué)模式［11］。遵循著這個(gè)指導(dǎo)思想，根據(jù)我校學(xué)生的具體情況，我們主張以傳統(tǒng)操作型實(shí)驗(yàn)為主，引入計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，積極推進(jìn)綜合創(chuàng)新型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

在傳統(tǒng)操作型實(shí)驗(yàn)中，主要目的是使學(xué)生加深對(duì)理論課程的理解，訓(xùn)練學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)的基本技能，熟練使用各種儀器和設(shè)備，調(diào)動(dòng)他們做實(shí)驗(yàn)的積極性，培養(yǎng)他們做實(shí)驗(yàn)的興趣，為設(shè)計(jì)、綜合性實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)［12］。同時(shí)我們充分發(fā)揮分立元件的優(yōu)越性，在實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)有限的情況下，選做能充分發(fā)揮學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力的實(shí)驗(yàn)。如:受控源的研究，以前的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絻H僅是模塊上插幾根線就完了，效果非常不好。新的設(shè)備采用運(yùn)算放大器和外接電阻來(lái)搭建，不僅熟悉了運(yùn)算放大器的應(yīng)用，同時(shí)對(duì)受控源的傳輸特性和負(fù)載特性都有了明確的認(rèn)識(shí)。此外，我們還將部分操作實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容進(jìn)行了整合，如:戴維南定理和直流電路的最大功率傳輸定理，以前是兩次不同的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)閮烧呔o密聯(lián)系，新的實(shí)驗(yàn)體系下，將兩者整合為一個(gè)實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，既節(jié)省時(shí)間還便于學(xué)生概念的加深認(rèn)識(shí)。

通過(guò)仿真軟件PSpice10.5的引入，在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，元器件可隨便調(diào)用，參數(shù)可以隨意修改，一個(gè)設(shè)計(jì)方案不成功可以重新再設(shè)計(jì)，元器件不會(huì)損壞，實(shí)驗(yàn)儀器不會(huì)出現(xiàn)故障，也避免電路實(shí)驗(yàn)中由強(qiáng)電所引發(fā)的安全問(wèn)題，而且不受時(shí)間、地點(diǎn)、人數(shù)的限制，學(xué)生可以不受規(guī)定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的限制，滿足不同層次學(xué)生的需要，大大擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)空間和實(shí)驗(yàn)范圍。實(shí)驗(yàn)過(guò)程不僅充滿樂(lè)趣，而且大大提高設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量和效率，使學(xué)生充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性［13］。同時(shí)，我們對(duì)適合做仿真實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便于實(shí)際實(shí)驗(yàn)的貫徹執(zhí)行。

將綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)落到實(shí)處，多年來(lái)雖然一直在提倡綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，但實(shí)際上限于種種原因，并未真正貫徹執(zhí)行。引進(jìn)新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備后，我們對(duì)綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，針對(duì)不同的內(nèi)容提出具體的設(shè)計(jì)要求，可通過(guò)仿真設(shè)計(jì)后再具體操作，讓學(xué)生在進(jìn)行自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候有目標(biāo)、有方向、可操作。

3.2 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量［14］

采用學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式，第一次驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教師可以作為主體，進(jìn)行詳細(xì)講解、具體指導(dǎo)，之后就要把主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，通過(guò)自學(xué)、相互討論等模式獨(dú)立解決問(wèn)題，教師主要起到一個(gè)引導(dǎo)的作用;變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式為多媒體教學(xué)模式，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)數(shù)有限情況下，利用多媒體教學(xué)系統(tǒng)更加有效地指導(dǎo)學(xué)生完成大綱要求必須做的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)通過(guò)觀看實(shí)驗(yàn)演示，延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)范圍，達(dá)到以點(diǎn)帶面的效果。

3.3 改革評(píng)價(jià)系統(tǒng)，提高學(xué)習(xí)積極性［15］

將實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)總結(jié)等各環(huán)節(jié)全部納入評(píng)價(jià)體系，促使學(xué)生重視每一個(gè)環(huán)節(jié)，養(yǎng)成踏實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)。同時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)難易程度的不同，對(duì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)給予不同的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，勢(shì)必會(huì)調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，使一些綜合素質(zhì)好的優(yōu)秀學(xué)生脫穎而出，為創(chuàng)新能力的培養(yǎng)打下良好的基礎(chǔ)。

3.4 編寫(xiě)適應(yīng)教學(xué)改革的實(shí)驗(yàn)教材［16］

一本好的實(shí)驗(yàn)教材是確保教學(xué)改革的前提。根據(jù)設(shè)備的情況和以往指導(dǎo)書(shū)應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題，我們重新編制了《電路原理實(shí)驗(yàn)》教材。在教材中增加了“電路實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)”和“常用電子儀器和軟件使用常識(shí)”，以便于學(xué)生參考。同時(shí)將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為“基本電路實(shí)驗(yàn)”“仿真實(shí)驗(yàn)”和“綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”三大部分，以滿足不同專業(yè)、不同課程教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)大綱的學(xué)時(shí)數(shù)的要求有選擇的開(kāi)設(shè)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

4 結(jié)語(yǔ)

2年多來(lái)，通過(guò)對(duì)電路實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與教學(xué)改革，實(shí)驗(yàn)室的規(guī)模、儀器設(shè)備的配備得到全面的改善與提高，完全可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)一人一組，充分保證實(shí)驗(yàn)老師的正常工作;規(guī)范和完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和教材建設(shè)，實(shí)驗(yàn)的過(guò)程就是學(xué)生不斷發(fā)展完善的過(guò)程，新的實(shí)驗(yàn)體系有助于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在教材中，明確將電路實(shí)驗(yàn)分為基本電路實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)、綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并且對(duì)每一部分具體內(nèi)容進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，另外還增加電路實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)一部分，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的一些預(yù)備知識(shí)及常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行了歸納總結(jié);將計(jì)算機(jī)模擬仿真實(shí)驗(yàn)引入，學(xué)生可充分發(fā)揮想象力，大膽設(shè)計(jì)，勇于嘗試，為學(xué)習(xí)興趣的提高，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的分析、應(yīng)用和創(chuàng)新能力提供條件;開(kāi)發(fā)電路多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件，生動(dòng)形象的表現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的原理、使用及操作方法，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課的效果，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。

新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)展后，涉及到我校電氣工程、自動(dòng)化、通信、電子科學(xué)與技術(shù)、電信、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)工程、測(cè)控等多個(gè)專業(yè)，每年總計(jì)做實(shí)驗(yàn)的人數(shù)有1 000人，受益學(xué)生的范圍和數(shù)量都是非?？陀^的。目前，該實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ讲粌H得到了本校廣大師生的一致好評(píng)，臨近的大連理工大學(xué)的電路實(shí)驗(yàn)室老師來(lái)參觀后也表示，該模式非常利于學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

［1］ 黃大剛，劉毅平，朱連津.電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2008.

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