林 紅,陳雪勤，孫 兵，李富華

(蘇州大學(xué) 電子信息學(xué)院，江蘇 蘇州 215006)

電路與信號(hào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過程化教學(xué)改革

林 紅,陳雪勤，孫 兵，李富華

(蘇州大學(xué) 電子信息學(xué)院，江蘇 蘇州 215006)

為滿足人才分類培養(yǎng)和卓越工程師計(jì)劃的要求，對(duì)電路與信號(hào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行改革與探索。圍繞實(shí)驗(yàn)過程和考核體系的過程化教學(xué)改革方案，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容也進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整。文中闡述了該實(shí)驗(yàn)課程在教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)流程及評(píng)價(jià)方法等方面的具體改革措施。實(shí)踐表明，教學(xué)改革取得了明顯的實(shí)際效果，提升了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

電路；信號(hào)系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)；過程化；教學(xué)改革

電路分析基礎(chǔ)、信號(hào)與系統(tǒng)是我國高等院校電子信息類專業(yè)的兩門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有理論應(yīng)用性與技術(shù)實(shí)踐性相結(jié)合的特點(diǎn)。電路與信號(hào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是整個(gè)教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)，不僅為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，更主要是培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本素質(zhì)、科學(xué)的思維方法及創(chuàng)新能力[1]。為了滿足人才分類培養(yǎng)和卓越工程師計(jì)劃的要求，在以培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才為目標(biāo)的教學(xué)體系中，課程體系和教學(xué)內(nèi)容在不斷地更新與優(yōu)化。結(jié)合蘇州大學(xué)電子信息學(xué)院 “以教學(xué)科研為依托，以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為平臺(tái)，以信息技術(shù)為手段，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)總體改革思路，我們對(duì)電路與信號(hào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了深度的改革，注重培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)的能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)過程、考核方式進(jìn)行了改革，突出了過程化考核的時(shí)效與標(biāo)準(zhǔn)。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育和創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神方面起著不可替代的作用[2]。為適應(yīng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改革的需要，我們重新編訂了實(shí)驗(yàn)教材，出版了《電路與信號(hào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程》。該教材將電路與信號(hào)系統(tǒng)兩門課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容融會(huì)貫通，對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法作了較大的改革，將傳統(tǒng)內(nèi)容與新技術(shù)有機(jī)融合[3]。具體實(shí)驗(yàn)由過去以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐跃C合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)為主，內(nèi)容上分為軟件部分(Multisim仿真軟件和Altium designer電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)軟件)、電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、信號(hào)系統(tǒng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)四個(gè)板塊，將軟件仿真和實(shí)際設(shè)計(jì)相結(jié)合，注重培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力、分析和解決問題的能力、創(chuàng)新能力。

1.1 軟件部分

Multisim軟件相當(dāng)于一個(gè)設(shè)備先進(jìn)、功能完備的大型電子實(shí)驗(yàn)室[4]。電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)引入Multisim軟件，能夠克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)受實(shí)驗(yàn)室客觀條件限制的局限性， 拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率[5]。Altium Designer作為一款完整的電子產(chǎn)品開發(fā)解決方案，其功能涵蓋了電子設(shè)計(jì)過程中的各個(gè)方面[6]。我們將其融入設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)部分，引導(dǎo)大二的學(xué)生掌握其元件庫的基本使用方法、原理圖和PCB的設(shè)計(jì)，為后續(xù)的電子電路課程及各類電子設(shè)計(jì)競賽打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

1.2 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是為了使學(xué)生掌握正確的實(shí)驗(yàn)方法，加深學(xué)生對(duì)電路與信號(hào)基本原理的理解。我們在實(shí)驗(yàn)教材中注重對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的介紹，詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)需要做什么、如何去做，并闡述它們之間的關(guān)系。通過給出一個(gè)完整的案例示范，即二階電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，將學(xué)生引入一個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的軌道。

仿真實(shí)驗(yàn)為電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念的更新和教學(xué)手段的改革提供了條件[7]?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)中增加的仿真部分采用Multisim軟件完成。利用Multisim軟件的儀器儀表與實(shí)際情況非常接近、仿真手段切合實(shí)際的特點(diǎn)，輔助學(xué)生更好地理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，先行掌握實(shí)驗(yàn)在較理想條件下的結(jié)果，還可方便觀測到開路、短路和漏電等不同故障條件下電路的工作狀況。這些結(jié)果可以指導(dǎo)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際制作與測量，讓學(xué)生能主動(dòng)判斷實(shí)驗(yàn)狀態(tài)是否正確以及是否需要調(diào)整，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和分析問題的能力。

1.3 綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)

綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)采用Altium Designer軟件進(jìn)行仿真和制版，綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的完成需要結(jié)合多門相關(guān)學(xué)科?？紤]到學(xué)生的興趣和能力的差異，我們設(shè)定了若干備選課題。題目的選擇可與電子設(shè)計(jì)大賽相聯(lián)系，如各類信號(hào)源的制作，電容、電感測試儀的制作等，僅給出設(shè)計(jì)要求和基本元器件。學(xué)生可以自行分組，選擇感興趣的課題，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的綜合分析問題能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

2 實(shí)驗(yàn)過程的改革

實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法應(yīng)靈活多樣，以增強(qiáng)學(xué)生的主體意識(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，開發(fā)創(chuàng)造性思維，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立實(shí)驗(yàn)?zāi)芰8]。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師的主要角色是定目標(biāo)、指導(dǎo)和幫助解決問題，而將操作權(quán)交給學(xué)生。具體實(shí)驗(yàn)實(shí)施流程如圖1所示。

2.1 實(shí)驗(yàn)前

在開課前讓學(xué)生清楚該課程過程化考核的時(shí)間節(jié)點(diǎn)與考核目標(biāo)。在實(shí)驗(yàn)前，我們都對(duì)學(xué)生提出明確的預(yù)習(xí)要求：(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，查閱資料，掌握實(shí)驗(yàn)原理；(2)確定實(shí)驗(yàn)電路和實(shí)驗(yàn)步驟；(3)分析可能遇到的問題。實(shí)驗(yàn)的效果與學(xué)生主觀能動(dòng)性的發(fā)揮密切相關(guān)。有關(guān)實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)進(jìn)程的確定，不再對(duì)每個(gè)學(xué)生提出相同的要求，讓學(xué)生體會(huì)到自己是實(shí)驗(yàn)的主體，教師僅僅是一位引導(dǎo)者。

2.2 實(shí)驗(yàn)中

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中，我們放棄現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)箱，所有實(shí)驗(yàn)電路均由學(xué)生自行焊接，以訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手操作能力。在實(shí)際操作前學(xué)生需對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行仿真，掌握在理想條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。一方面，訓(xùn)練學(xué)生對(duì)軟件的操作能力；另一方面，可以比較完善地確定實(shí)驗(yàn)所需要的電路結(jié)構(gòu)。學(xué)生按照自己的設(shè)計(jì)焊接所需要的電路，完成具有個(gè)性化的作品。

圖1 實(shí)驗(yàn)實(shí)施流程示例

綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)部分強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，相當(dāng)于自主設(shè)計(jì)制作電子作品。學(xué)生選擇題目后進(jìn)行團(tuán)隊(duì)組合，分別查找資料，經(jīng)集體討論后提出設(shè)計(jì)方案。通過報(bào)告會(huì)的形式，分組闡述設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)結(jié)果用Multisim軟件以仿真的形式呈現(xiàn)出來。選擇具體元器件后，利用Altium Designer軟件繪制PCB版圖，用學(xué)生提交的版圖加工PCB板，焊接電路并調(diào)試成功，讓學(xué)生掌握一個(gè)完整的電子制作過程。通過Altium Designer軟件的使用，學(xué)生掌握了電子線路板的基本制作方法和技巧，為學(xué)生以后的電路設(shè)計(jì)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)中一般還會(huì)涉及數(shù)字電路和模擬電路的內(nèi)容，當(dāng)所要解決的問題正是當(dāng)前的學(xué)習(xí)內(nèi)容時(shí)，學(xué)生會(huì)有更強(qiáng)烈的興趣。

通常學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，總是追求結(jié)果的完美性，若與預(yù)測結(jié)果不符，總是想方設(shè)法地弄出個(gè)“正確”的結(jié)果來。在這種情況下，我們提示學(xué)生，在原理和操作正確的前提下，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是客觀的，沒有對(duì)錯(cuò)之分，若與我們的預(yù)期結(jié)果不一致，一定要找到原因。在實(shí)驗(yàn)過程中一帆風(fēng)順未必就是好事，出現(xiàn)問題、分析問題、找到原因、解決問題，這才是實(shí)驗(yàn)的意義，要在分析問題和解決問題的過程中培養(yǎng)學(xué)生勇于面對(duì)困難的決心與勇氣。

2.3 實(shí)驗(yàn)后

每一個(gè)任務(wù)的仿真和實(shí)測都完成后，我們會(huì)要求學(xué)生對(duì)該任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，主要分析數(shù)據(jù)的可靠性、野點(diǎn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因、仿真與實(shí)測的差異及原因、存在哪些問題等，并進(jìn)一步完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在階段性任務(wù)完成后，學(xué)生可要求接受這一個(gè)過程的考核。

高校實(shí)驗(yàn)室是學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)場所，是鞏固理論知識(shí)，培養(yǎng)觀察能力、創(chuàng)新能力的基地[9]。由于課程時(shí)間的限制，采取開放實(shí)驗(yàn)室的方法，并在開放時(shí)間安排研究生值班，使學(xué)有余力的學(xué)生利用課余時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室來進(jìn)行拓展、探索，也使對(duì)課程有理解困難的學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)室的儀器對(duì)相關(guān)的理論進(jìn)行驗(yàn)證、理解。特別在綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)階段延長開放時(shí)間，使學(xué)生有較寬松的進(jìn)程安排，使學(xué)生獨(dú)立思考的習(xí)慣和創(chuàng)新意識(shí)得到訓(xùn)練。這樣的方式增強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，也提高了學(xué)生綜合設(shè)計(jì)的實(shí)踐能力。

3 實(shí)驗(yàn)報(bào)告的改革

實(shí)驗(yàn)報(bào)告是評(píng)估學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績的重要手段。要引導(dǎo)學(xué)生在撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告過程中，摒棄傳統(tǒng)的流水賬形式，認(rèn)識(shí)到報(bào)告不應(yīng)是單純圖形和數(shù)據(jù)的堆積，而是對(duì)所做實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與總結(jié)。特別是當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析存在差異時(shí)，要分析這種差異存在是否合理，通過分析差異產(chǎn)生的原因，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的正確性進(jìn)行判斷，學(xué)會(huì)分析具體實(shí)驗(yàn)中哪些因素可以忽略，哪些因素卻不能忽略。我們要求學(xué)生利用數(shù)據(jù)分析和繪圖軟件Origin來完成數(shù)據(jù)分析和圖形繪制，為學(xué)生在以后的工程實(shí)踐中處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供一種有效手段。對(duì)于綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)則要求學(xué)生撰寫包含論點(diǎn)、論據(jù)、分析與結(jié)論等內(nèi)容的報(bào)告。初次撰寫報(bào)告時(shí)養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧?xí)慣非常重要。我們會(huì)在學(xué)生首次撰寫報(bào)告前，給出一個(gè)完整的示例，并指出其中必須遵守的規(guī)范，講解如何在報(bào)告中展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)效果。

4 考評(píng)體系的改革

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程考評(píng)體系中，成績主要由學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量和課程結(jié)束時(shí)的一次操作考核來決定。在此實(shí)驗(yàn)改革中，我們將過程化考核機(jī)制引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，制定階段性的考核目標(biāo)。按實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將考核分為圖1所示的幾個(gè)階段。先設(shè)定每個(gè)階段的考核目標(biāo)。以某個(gè)基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)為例，基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)考核采用解決問題的方式逐個(gè)考核，針對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，老師提出相關(guān)問題，例如諧振點(diǎn)的測量，要求學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成。主要考核學(xué)生對(duì)任務(wù)的理解程度和對(duì)儀器的掌握程度。老師根據(jù)其實(shí)驗(yàn)報(bào)告和考查結(jié)果給出該過程任務(wù)的成績。綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)以報(bào)告會(huì)和作品展示相結(jié)合，采取分組提交形式，考核學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力、故障排查能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，以論文方式總結(jié)設(shè)計(jì)過程。每一個(gè)設(shè)計(jì)型任務(wù)經(jīng)過考核會(huì)得到一個(gè)成績，該實(shí)驗(yàn)課程的最終成績由每一次過程化考核的成績加權(quán)平均得到。

5 結(jié)束語

電路與信號(hào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)作為高校電子信息類專業(yè)的重要基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，起著承上啟下的作用。此次實(shí)驗(yàn)改革的實(shí)施對(duì)老師和學(xué)生均提出了更高的要求，其效果也非常顯著，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性得到提高，并且使有自主性的學(xué)生有充分發(fā)揮潛能的空間。對(duì)于大部分學(xué)生來說，此次改革不僅鞏固和拓展了其理論知識(shí)，也使他們的獨(dú)立思維能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力得到鍛煉和提升。

[1]俎云霄，王衛(wèi)東，張健明，等.基于課程群的電子信息類專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)改革[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2010，20(13)：34-36.

[2]付成華.關(guān)于高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的幾點(diǎn)思考[J].高等教育研究，2009，26(3)：47-49.

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Process Teaching Reform of Circuit and Signal System Experiment

LIN Hong, CHEN Xueqin, SUN Bin, LI Fuhua

(School of Electronics and Information Engineering, Soochow University, Suzhou 215006, China )

In order to meet the needs of the classification training and excellent engineers plan, we carry on the reform to the circuit and signal system experimental courses. This process teaching reform involves several aspects, including the experiment content, the experimental procedures and the scoring method. In this paper, the specific reform method of the experiment course is described in detail. In practice teaching, the actual effect of the reform is obvious. The students’ practice ability and innovation ability are improved.

circuit; signal system; experiment; process; teaching reform

2014-09-11

2013年度蘇州大學(xué)院級(jí)教改基金資助項(xiàng)目(yjg201305)。

林 紅(1966-)，女，博士，副教授，主要從事電路、信息處理與控制等方面的教學(xué)與科研工作。

G642.0

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.04.030