淺議電工電子實驗研究型教學體系和方法探索
論文關鍵詞：電工電子實驗 研究型教學體系 創新能力 教學方法
論文摘要：電工電子實驗是電氣工程相關專業的實踐性教學課程，在實驗教學實踐中，開展研究型實驗教學模式，在鞏固基礎理論知識的同時，能很好的培養學生的創新性思維和創新能力。提出了電工電子實驗研究型教學體系的概念，分析了研究型實驗教學體系的三個層次，綜合性實驗的開展，以及實驗室的開放與創新，并對電工電子實驗教學方法的改進與實踐方案進行了探討。
為適應現代教育的需要，高校迫切需要建立啟發式、研究型的教學體系，注重培養大學生解決實際問題的能力、開拓精神與創新能力[1-2]。而在以培養應用型、創新型人才為目標的研究型教學體系中，課程體系以及教學內容的更新和優化，尤其是研究型實驗教學體系的建立與完善，直接關系到人才培養的質量。“電工電子實驗”課程是理論性和實踐性都很強的一門學科。開展研究型實驗教學模式，在鞏固基礎理論知識的同時，能很好的鍛煉學生的實踐動手、分析和解決問題，以及電路的設計能力，加強其開拓意識和創新能力。本文對“電工電子實驗”課程的研究型教學體系進行了深入地研究，并將研究型實驗教學原理運用于武漢大學電氣工程學院（以下簡稱“我院”）“電工電子實驗”教學環節，對建立研究型實驗教學體系進行探索。
一、電工電子實驗研究型教學體系
研究型教學體系中，學生是主體，教師以問題為主線，調動學生的積極主動性，引導學生逐步深入、分析和解決問題。在加深理論知識理解的同時，增強學生的創新能力。
“電工電子實驗”是電類相關專業的實踐性教學課程，它以電工、應用物理為基礎，以電子技術、儀表技術、測試技術為指導，側重于理論指導下的實踐、技能培訓及綜合能力的提高。通過電工電子實驗研究型教學體系，在加深學生對理論知識理解的同時，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，提高學生創造性和創新能力。
1.多層次的電工電子實驗教學體系
電工電子實驗研究型教學體系將實驗劃分為由低到高的三個層次：基礎性實驗，設計型實驗，創新研究實驗。
基礎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，培養學生使用儀器、連接調試電路、數據分析處理等方面的基本技能，加深學生對理論知識的理解和掌握。此類實驗的實驗內容固定，教師要注重激發學生學習的興趣，積極開創新的實驗教學方式，引導學生運用理論知識分析實驗現象和數據，并在教師與學生、學生與學生之間的研討中積累知識和培養能力。
設計型實驗是教師事先給定實驗要求和任務，學生自主設計課題實現方案的實驗。如設計一個電路將方波信號轉換成三角波信號，用單級晶體管設計小信號放大器等。在設計型實驗教學中，教師對學生提出的實驗方案進行討論和引導，確定最優實驗方案。然后學生根據實驗方案進行電路連接和調試，分析實驗結果。設計型實驗需要學生查閱相關的文獻，自主設計實驗方案和電路，有利于培養學生的自主學習和獨立設計能力。
創新研究實驗基于創新實驗室，為學生開展研究性實驗項目，體現個性化和創新性的培養教學思想。創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。學院為學生提供實驗場所和設備等，并有專業的教師隊伍作為技術支持。學生可以根據自己的興趣和能力自主選擇某一實驗項目進行創新性研究。學生也可以以大學生電子競賽為契機，選擇與大賽相關的基礎技術研究課題進行實踐研究，為今后從事工程設計和科學研究奠定基礎。
2.多層次的電工電子實驗教學內容
學生在掌握了一定的電工電子理論知識，并完成基礎性實驗后，需要開展一些綜合性實驗，將實驗內容向以設計性、綜合性方向為主的綜合實驗發展，形成多層次的實驗教學內容。
綜合性實驗的實驗內容涉及本課程的綜合知識或與本課程相關課程知識的實驗[3-4]。綜合實驗通常由多項任務組成，且各項任務間遵循一定的先后順序。如對于電子類的綜合實驗，可以要求學生設計一個小電壓信號的信號調理電路，對信號進行放大和濾波處理等，將信號轉換為便于數據采集和處理的電壓信號。
綜合性實驗既要體現內容的綜合性與創新性，又要體現知識能力素質培養。通過綜合性實驗的開展，引導學生運用綜合的觀點和創造性思維去思考現實中的復雜問題，使學生有更多的組織、判斷與選擇的機會，可有效的培養學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新
我院電子電路實驗中心積極創造條件，設立實驗室開放與創新項目。部分實驗室采取了全方位的開放模式，開放性實驗室對學生實行實驗時間開放，實驗器材開放，突出了實驗教學以學生為中心的開放模式。學生可以自主選擇實驗項目和實驗時間，獨立設計實驗方案并完成實驗內容，同時值班教師負責安全及提供必要的幫助和技術指導。為學生自主學習、自主發展、研究性學習和實踐創新提供條件。
創新實驗室擁有更多、更高檔的儀器設備、實驗器材、工具等，主要針對經過開放實驗室鍛煉并表現優秀的學生。學生們可組成創新活動小組，開展復雜的創新性實驗。學生根據自身興趣和能力，并結合實際申報課題，指導教師們審定后，組織學生進行講解并答辯，確認方案可行后立項，給予一定經費資助。
進行實驗室開放與創新教學以后，學生可自主設計實驗，對電工電子類理論知識進行反復操作和論證，也可進行創新性實踐活動，使大學生的動手能力和創新創業意識才能得到全面提升。
二、電工電子研究型實驗教學方法探索
建立電工電子實驗研究型的教學體系后，重點轉向如何對原有的實驗教學方法進行改進和完善，即采用合理的教學方法激發學生的學習興趣和能動性，促使學生掌握基本電工電子理論知識和技能，并發展其獨立思考和創新能力。
1.提高教師的業務能力
實驗指導教師不僅要講授基本理論和實驗技能，更重要的是要培養學生分析問題與解決問題的能力。這就要求實驗指導教師具有很強的業務能力、責任心和科研意識。因此，實驗教師的業務能力和綜合素養的高低，是實現研究型實驗教學體系的根本保證，也是培養創新性人才的關鍵。
提高實驗教師的綜合能力可以從以下幾個方面入手：首先實驗指導教師要不斷地學習進取，提高自身的理論知識以及業務水平與熟練程度；其次要積極探索新的有效的實驗教學方法，激發學生的學習興趣，引導學生在試驗中發現問題、分析問題并解決問題；最后還要拓展綜合性、應用性、研究性、創新性為主要內容的實訓活動，并加強兄弟院校之間的交流與合作，全面提高實驗指導教師的整體素養和業務能力。
2.運用多樣化實驗教學方法
采用靈活多樣化的教學方法，可有效的加深學生對實驗的理解和知識的掌握，起到事半功倍的作用。
（1）采用先進的教學手段，如多媒體、網絡瀏覽器等，將書本枯燥的原理知識可視化，更加生動形象地體現在學生面前。如可將動畫加入日光燈工作電路中，使學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，連同相關的計算機仿真實驗軟件，結合校園網絡，建立完整的電工電子技術實驗教學系統。讓學生對實驗電路、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，從而更好地實現互動教學，使實驗教學方法向啟發式、形象化、開放式的方向發展。
（2）借助先進的現代教育手段，采用將實際電路實驗操作與計算機仿真相結合的實驗教學方式。如可將電子電路仿真（EDA）、可編程邏輯器件（CPLD）、集成電路設計（PCB）、MATLAB等電子設計自動化的知識逐步引入到實驗教學中，進行更為靈活的電工電子實驗電路的設計和分析。
（3）電工電子實驗中傳統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中，采用其圖形化系統設計平臺，可方便地構造電工電子實驗元件和儀器儀表，如電壓電流表、示波器等，且所構造的儀器之間具備數據通道和控制通道，能實現對多個參量的測量、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，便于學生進行電路設計和原型開發，動態系統仿真等。
3.加強實驗教學監督
實驗教學不僅涉及實驗教學和操作過程、培養學生創新精神和動手能力，而且與儀器設備、場地等實驗教學條件緊密相關，需要進行多方面的協調與監控。建立和健全科學、完善的實驗教學質量監控體系，加強教學質量監督，是確保實驗教學質量穩步提高，健全實驗研究型教學體系的重要管理環節和基礎性工作。
以前，我院的教學質量監控工作主要偏重于理論教學，教學督導組主要對理論課程教學進行監督，對實驗教學的質量監控缺乏研究和實踐監控。2011年9月至2012年7月，我院確定為實驗教學督導年，對全院實驗教學和管理進行全面監督和檢查，完善實驗教學各環節的質量標準，切實落實電工電子實驗研究型教學體系的建立和完善。
三、小結
研究性教學模式體現了以學生為本的教學理念，能充分發揮學生的學習自主性，培養學生的研究習慣，鍛煉學生分析和解決問題的能力，為創新意識和創造能力的培養奠定基礎。對于“電工電子實驗”這類實踐性很強的實驗課程，運用研究性教學模式，建立研究性實驗教學體系，并加強實驗教學方法的改進和完善，對提高實驗教學質量，培養學生實踐能力和創新精神具有重大的意義。
參考文獻：
[1]王明彥.“電力電子技術”實驗環節開展研究性教學的探索[J].中國電力教育,2009,(5):137-139.
[2]李艷杰,于艷秋.“現代控制理論”課程研究型教學的探索實踐與探討[J].中國電力教育,2010,(15):53-54.
[3]尹慧.“電子技術”綜合性實驗的設計[J].中國電力教育,2009,(5):148-149.
[4]王魯楊,王禾興.電力電子技術綜合性實驗的設計與開發[J].中國電力教育,2010,(3):128-130.
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