階梯化電子技術實驗教學體系

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1.引言

當今的時代隨著科技的飛速發展，電子產品已滲透到日常工作生活的方方面面。電子技術課程對于絕大多數理工科專業來說都是非常重要的基礎課程。一個好的開始，是成功的一半。電子技術基礎實驗作為學生首先接觸的電子類實驗課程，對于其后續的理論學習與實踐活動都有著非常重要的作用。因此，近些年來各大高校都在進行著電子實驗教學的改革研究，以求能夠讓基礎實驗能夠更加貼近工程應用，讓學生能夠更加平順的渡過這個最初的階段，使得學生能夠化被動為主動，提高學生對知識的運用能力。我校近幾年來結合自身情況也進行了很多相關的教學改革研究（孫立輝，電工電子實驗實踐教學體系構建與實踐：實驗室研究與探索，2015）。

2.教學現狀分析

電子技術基礎實驗包括電路原理實驗、模擬電子技術實驗、數字電子技術實驗三部分，是學生最初接觸的電子實驗，也是整座電子技術大廈的基石，三門實驗相互關聯，又有一定的獨立性。目前的教學當中三門實驗各自輔助理論課開展教學，缺乏系統性。學生在學習電子技術基礎實驗時，歷時較長但學時有限，學著后面的忘記前面的，實驗課程之間缺乏過渡，影響整體教學效果。此外，理論電路圖、實驗課實驗箱搭接電路、面包板電路、電路板所用的PCB電路之間有著很大的差別。如果僅僅是讓學生進行實驗箱和面包板搭接電路的練習和工程實踐差距較大，學生拿到簡單的PCB電路都無法看懂和工程實踐脫節嚴重。在新大綱下基礎課的課時均受到壓縮，在這種情況下如何更加有效的鍛煉學生讀取、運用、設計電路的能力，如何有效的把基礎電子實驗和工程實踐課程兩者之間有效的結合起來。這將成為我們進行課程改革的首要目標（楊華，孫艷，肖軍，卓越計劃下電工電子實驗教改的探索與實踐：實驗室科學，2015）。

3.改革探索

電子技術基礎實驗的改革，本校立足于自身的特點，探索電子基礎實驗與工程實踐課兩者之間相互銜接，消弭兩者之間的距離。此外，理論課、基礎實驗與工程實踐的教學時間均有所壓縮，而要求卻越來越高，將兩者之間有機結合，避免各自為戰，提高教學效率，提升學生綜合能力，也是此次改革的核心。本校的基礎實驗室與工程坊合并為一個實驗中心，這就給我們共同探索打通電子基礎實驗與電子工程實訓提供了便利條件。我們主要從以下幾個方面進行，建立一個體系將兩者聯系起來（周曉丹，程春雨，王開宇，等.層次化教學在“電工學實驗”課程中的應用：實驗室科學，2018；丁守成，張愛華，黃瑞，等.電工電子實驗系列課程體系建設：電氣電子教學學報，2015）。

3.1教學目標的重新定位

在以往電子技術實驗一直依附于理論課，教學目標是以單個知識點的考察練習為主。而現今培養新工科人才的大背景下，這種目標已經不能適應現如今的社會變化。因此，本校電子技術實驗已經獨立設課，單獨進行實驗考核，并將電類專業和非電類專業加以區分，學時安排也有很大差別。在這種形勢下，重新定位實驗教學，更加注重工程實踐能力的培養，以培養新型工程應用人才為目標（楊華，孫艷，肖軍，卓越計劃下電工電子實驗教改的探索與實踐：實驗室科學，2015；包濤，周德云，林華杰，等.基于能力培養的電子實驗教學改革研究：實驗室科學，2016）。

3.2教學手段的改變

近些年我們在實驗教學方面也做出了一些改革嘗試，例如引入了翻轉課堂、項目教學法等先進的教學手段。但是在如今課時受到壓縮的困境中，課時安排成為了制約教學改革推進的一大障礙。此外，在實驗教學當中，一些共性的問題、基礎知識講解、儀器的使用等方面，如果在課堂上講解，占用課堂教學時間，會影響到實踐操作和交流討論的時間。而且傳統的教學方式，學生在預習環節應付差事的情況嚴重，照著書抄預習過后只有少部分同學能夠達到預期效果。在上課時老師要耗費大量的時間加以講解，費時費力。智能手機的普及應用、微課、慕課等新手段的出現，給我們提供了擺脫困境的新思路，可以把儀器使用方法，基礎知識，補充知識等內容制作成視頻和文檔推送給學生課下學習，課堂上對相關內容通過交流、討論等方法進行考察，既節約了時間又促進學生進行主動學習，調動學生的積極性（周曉丹，程春雨，王開宇，等.層次化教學在“電工學實驗”課程中的應用：實驗室科學，2018；劉榮科，楊昕欣，洪韜，面向新工科建設的電子電路系列課程教學的思考與實踐：高教論壇，2018）。

3.3循序漸進逐步鍛煉工程實踐能力

在過去的基礎電子實驗中主要側重基礎內容的學習和訓練，在選取實驗內容時受到課時、學生接受能力等因素的影響，選取的內容以驗證性為主，側重基礎電路的學習和運用，這樣等到學生基礎實驗做完，可以用的學時已經很少了，不利于開展綜合性、設計性較強的實驗。直接跳過基礎實驗，只開設復雜的綜合或者設計性實驗也是不合適的。那么如何解決這種矛盾呢？教學目標的重新定位和教學手段的豐富，為我們探索構建階梯化的電子實驗教學體系提供了便利（孫立輝，電工電子實驗實踐教學體系構建與實踐：實驗室研究與探索，2015；袁小平，陳燁，陳世海，等.基于“虛實結合”的電子技術實驗課程群體系建設與實踐：實驗技術與管理，2018）。（1）第一階段電路原理實驗，在在這個階段由于學生剛剛開始接觸電子實驗，因此以基礎學習和訓練為主，輔以部分綜合性實驗，主要學習各種儀器的使用，這樣也可以給學生一個熟悉的過程，在這個階段引入仿真實驗軟件Multisim的學習，學習形式以推送學習視頻和學習資料，學生課外學習為主。教師指導為輔，教師布置練習題供學生進行課下學習鍛煉。督促方式采用小組討論，組織研討的方式，為后續進一步的學習和運用打好基礎。（周曉丹，程春雨，王開宇，等.層次化教學在“電工學實驗”課程中的應用：實驗室科學，2018）（2）在第一階段學習后學生已經有了Multisim和常見電子儀器的使用基礎，因此，在第二學期模擬電子技術實驗學習中，減少驗證性實驗內容所占比例，部分驗證實驗可以讓學生在課外用Multisim自行練習完成，不在占用課內學時。這樣就可以為綜合性和設計性實驗節省下學時。在實施時我們按照專業類別加以區分，電類專業安排少量驗證性實驗，以綜合、設計性實驗為主；非電類專業驗證性實驗、綜合實驗、設計性實驗各占三分之一。此外，傳統的實驗箱在使用時不利于學生熟悉元器件和練習搭接電路，引入便攜性更好地面包板給學生練習電路搭接，這樣可以讓學生對元器件和電路有著更加直觀的認識，有利于學生從理論向實際工程運用的過渡。在這個階段主要讓學生熟悉面包板電路的搭建和元器件的運用。最后一個創新實驗項目采用仿真設計+萬能板電路實物驗收的形式，鍛煉學生電路設計、仿真、制作的能力。（3）我們在工程實際當中遇到的基本都是PCB電路，只是掌握分立器件電路的知識，距離工程實踐還有相當的距離，這并不利于學生下一步的學習和日后的工作，經過兩個學期的學習和鍛煉，學生已經具備相當的基礎。因此，在第三學期我們依托視頻、推送材料、分組學習討論的形式，讓學生在課下學習運用Altium進行簡單的PCB設計練習，課上依然采用面包板搭接電路為主。學期末的最后一個設計性作業，要求電類專業學生采用PCB設計電路，在工程坊完成印刷電路板的制作和調試工作。這樣可以讓學生盡早接觸PCB電路的設計與制作，拉近與工程實踐的之間的距離。此外，學生有了一定基礎在后續進行印刷電路板設計制作學習時，教師可以略去入門部分的講授和學習，將重心放在更加復雜一些的工程實例的學習和制作上去，而學生由于已經有了一定的基礎，學習起來會更加平順，有效的把基礎實驗的學習過渡到工程實訓。經過三個學期循序漸進的學習，讓學生在逐步從基礎實驗電路的學習過渡到更加貼近工程應用的PCB電路。充分利用線上學習、虛擬軟件、面包板電路搭接、PCB電路設計與制作等環節，有效的將這些知識分布在三個學期的學習當中。這樣在學時受到壓縮的情況下，教學效果反而有所提高。

4.結束語

這種把基礎實驗與工程實踐緊密結合，借助手機、網絡、視頻、文章推送進行知識補充來拓展時間，運用虛擬實驗、面包板電路搭接練習、PCB電路設計與制作。從基礎學習到綜合運用再到工程實例，使得基礎電子實驗和工程實踐訓練之間實現無縫銜接，讓學生的學習能夠盡早的貼近工程實際。此外，也可以讓對電子工程有興趣的同學更早的脫穎而出，提早選拔組織學生依托課外電子俱樂部，對學生進一步的培養，可以擴大課程在學生中的影響力，也便于組織參加各種電子競賽，以賽促學，推動教學活動的良性循環。

作者：劉楨 郭鎖利 閆四海 任靜 單位：火箭軍工程大學基礎部