階梯化電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

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1.引言

當(dāng)今的時(shí)代隨著科技的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品已滲透到日常工作生活的方方面面。電子技術(shù)課程對(duì)于絕大多數(shù)理工科專業(yè)來(lái)說(shuō)都是非常重要的基礎(chǔ)課程。一個(gè)好的開(kāi)始，是成功的一半。電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)作為學(xué)生首先接觸的電子類實(shí)驗(yàn)課程，對(duì)于其后續(xù)的理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐活動(dòng)都有著非常重要的作用。因此，近些年來(lái)各大高校都在進(jìn)行著電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革研究，以求能夠讓基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚋淤N近工程應(yīng)用，讓學(xué)生能夠更加平順的渡過(guò)這個(gè)最初的階段，使得學(xué)生能夠化被動(dòng)為主動(dòng)，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的運(yùn)用能力。我校近幾年來(lái)結(jié)合自身情況也進(jìn)行了很多相關(guān)的教學(xué)改革研究（孫立輝，電工電子實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建與實(shí)踐：實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015）。

2.教學(xué)現(xiàn)狀分析

電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)包括電路原理實(shí)驗(yàn)、模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)三部分，是學(xué)生最初接觸的電子實(shí)驗(yàn)，也是整座電子技術(shù)大廈的基石，三門(mén)實(shí)驗(yàn)相互關(guān)聯(lián)，又有一定的獨(dú)立性。目前的教學(xué)當(dāng)中三門(mén)實(shí)驗(yàn)各自輔助理論課開(kāi)展教學(xué)，缺乏系統(tǒng)性。學(xué)生在學(xué)習(xí)電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)時(shí)，歷時(shí)較長(zhǎng)但學(xué)時(shí)有限，學(xué)著后面的忘記前面的，實(shí)驗(yàn)課程之間缺乏過(guò)渡，影響整體教學(xué)效果。此外，理論電路圖、實(shí)驗(yàn)課實(shí)驗(yàn)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(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)箱和面包板搭接電路的練習(xí)和工程實(shí)踐差距較大，學(xué)生拿到簡(jiǎn)單的PCB電路都無(wú)法看懂和工程實(shí)踐脫節(jié)嚴(yán)重。在新大綱下基礎(chǔ)課的課時(shí)均受到壓縮，在這種情況下如何更加有效的鍛煉學(xué)生讀取、運(yùn)用、設(shè)計(jì)電路的能力，如何有效的把基礎(chǔ)電子實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐課程兩者之間有效的結(jié)合起來(lái)。這將成為我們進(jìn)行課程改革的首要目標(biāo)（楊華，孫艷，肖軍，卓越計(jì)劃下電工電子實(shí)驗(yàn)教改的探索與實(shí)踐：實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2015）。

3.改革探索

電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的改革，本校立足于自身的特點(diǎn)，探索電子基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與工程實(shí)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(chǔ)實(shí)驗(yàn)與工程實(shí)踐的教學(xué)時(shí)間均有所壓縮，而要求卻越來(lái)越高，將兩者之間有機(jī)結(jié)合，避免各自為戰(zhàn)，提高教學(xué)效率，提升學(xué)生綜合能力，也是此次改革的核心。本校的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室與工程坊合并為一個(gè)實(shí)驗(yàn)中心，這就給我們共同探索打通電子基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與電子工程實(shí)訓(xùn)提供了便利條件。我們主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行，建立一個(gè)體系將兩者聯(lián)系起來(lái)（周曉丹，程春雨，王開(kāi)宇，等.層次化教學(xué)在“電工學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程中的應(yīng)用：實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2018；丁守成，張愛(ài)華，黃瑞，等.電工電子實(shí)驗(yàn)系列課程體系建設(shè)：電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2015）。

3.1教學(xué)目標(biāo)的重新定位

在以往電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)一直依附于理論課，教學(xué)目標(biāo)是以單個(gè)知識(shí)點(diǎn)的考察練習(xí)為主。而現(xiàn)今培養(yǎng)新工科人才的大背景下，這種目標(biāo)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)如今的社會(huì)變化。因此，本校電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)獨(dú)立設(shè)課，單獨(dú)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)考核，并將電類專業(yè)和非電類專業(yè)加以區(qū)分，學(xué)時(shí)安排也有很大差別。在這種形勢(shì)下，重新定位實(shí)驗(yàn)教學(xué)，更加注重工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，以培養(yǎng)新型工程應(yīng)用人才為目標(biāo)（楊華，孫艷，肖軍，卓越計(jì)劃下電工電子實(shí)驗(yàn)教改的探索與實(shí)踐：實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2015；包濤，周德云，林華杰，等.基于能力培養(yǎng)的電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究：實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2016）。

3.2教學(xué)手段的改變

近些年我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)方面也做出了一些改革嘗試，例如引入了翻轉(zhuǎn)課堂、項(xiàng)目教學(xué)法等先進(jìn)的教學(xué)手段。但是在如今課時(shí)受到壓縮的困境中，課時(shí)安排成為了制約教學(xué)改革推進(jìn)的一大障礙。此外，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，一些共性的問(wèn)題、基礎(chǔ)知識(shí)講解、儀器的使用等方面，如果在課堂上講解，占用課堂教學(xué)時(shí)間，會(huì)影響到實(shí)踐操作和交流討論的時(shí)間。而且傳統(tǒng)的教學(xué)方式，學(xué)生在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)應(yīng)付差事的情況嚴(yán)重，照著書(shū)抄預(yù)習(xí)過(guò)后只有少部分同學(xué)能夠達(dá)到預(yù)期效果。在上課時(shí)老師要耗費(fèi)大量的時(shí)間加以講解，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。智能手機(jī)的普及應(yīng)用、微課、慕課等新手段的出現(xiàn)，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(chǔ)知識(shí)，補(bǔ)充知識(shí)等內(nèi)容制作成視頻和文檔推送給學(xué)生課下學(xué)習(xí)，課堂上對(duì)相關(guān)內(nèi)容通過(guò)交流、討論等方法進(jìn)行考察，既節(jié)約了時(shí)間又促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性（周曉丹，程春雨，王開(kāi)宇，等.層次化教學(xué)在“電工學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程中的應(yīng)用：實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2018；劉榮科，楊昕欣，洪韜，面向新工科建設(shè)的電子電路系列課程教學(xué)的思考與實(shí)踐：高教論壇，2018）。

3.3循序漸進(jìn)逐步鍛煉工程實(shí)踐能力

在過(guò)去的基礎(chǔ)電子實(shí)驗(yàn)中主要側(cè)重基礎(chǔ)內(nèi)容的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，在選取實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)受到課時(shí)、學(xué)生接受能力等因素的影響，選取的內(nèi)容以驗(yàn)證性為主，側(cè)重基礎(chǔ)電路的學(xué)習(xí)和運(yùn)用，這樣等到學(xué)生基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)做完，可以用的學(xué)時(shí)已經(jīng)很少了，不利于開(kāi)展綜合性、設(shè)計(jì)性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)。直接跳過(guò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，只開(kāi)設(shè)復(fù)雜的綜合或者設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)也是不合適的。那么如何解決這種矛盾呢？教學(xué)目標(biāo)的重新定位和教學(xué)手段的豐富，為我們探索構(gòu)建階梯化的電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系提供了便利（孫立輝，電工電子實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建與實(shí)踐：實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015；袁小平，陳燁，陳世海，等.基于“虛實(shí)結(jié)合”的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程群體系建設(shè)與實(shí)踐：實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2018）。（1）第一階段電路原理實(shí)驗(yàn)，在在這個(gè)階段由于學(xué)生剛剛開(kāi)始接觸電子實(shí)驗(yàn)，因此以基礎(chǔ)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練為主，輔以部分綜合性實(shí)驗(yàn)，主要學(xué)習(xí)各種儀器的使用，這樣也可以給學(xué)生一個(gè)熟悉的過(guò)程，在這個(gè)階段引入仿真實(shí)驗(yàn)軟件Multisim的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)形式以推送學(xué)習(xí)視頻和學(xué)習(xí)資料，學(xué)生課外學(xué)習(xí)為主。教師指導(dǎo)為輔，教師布置練習(xí)題供學(xué)生進(jìn)行課下學(xué)習(xí)鍛煉。督促方式采用小組討論，組織研討的方式，為后續(xù)進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和運(yùn)用打好基礎(chǔ)。（周曉丹，程春雨，王開(kāi)宇，等.層次化教學(xué)在“電工學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程中的應(yīng)用：實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2018）（2）在第一階段學(xué)習(xí)后學(xué)生已經(jīng)有了Multisim和常見(jiàn)電子儀器的使用基礎(chǔ)，因此，在第二學(xué)期模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容所占比例，部分驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生在課外用Multisim自行練習(xí)完成，不在占用課內(nèi)學(xué)時(shí)。這樣就可以為綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)節(jié)省下學(xué)時(shí)。在實(shí)施時(shí)我們按照專業(yè)類別加以區(qū)分，電類專業(yè)安排少量驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，以綜合、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主；非電類專業(yè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)各占三分之一。此外，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱在使用時(shí)不利于學(xué)生熟悉元器件和練習(xí)搭接電路，引入便攜性更好地面包板給學(xué)生練習(xí)電路搭接，這樣可以讓學(xué)生對(duì)元器件和電路有著更加直觀的認(rèn)識(shí)，有利于學(xué)生從理論向?qū)嶋H工程運(yùn)用的過(guò)渡。在這個(gè)階段主要讓學(xué)生熟悉面包板電路的搭建和元器件的運(yùn)用。最后一個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用仿真設(shè)計(jì)+萬(wàn)能板電路實(shí)物驗(yàn)收的形式，鍛煉學(xué)生電路設(shè)計(jì)、仿真、制作的能力。（3）我們?cè)诠こ虒?shí)際當(dāng)中遇到的基本都是PCB電路，只是掌握分立器件電路的知識(shí)，距離工程實(shí)踐還有相當(dāng)?shù)木嚯x，這并不利于學(xué)生下一步的學(xué)習(xí)和日后的工作，經(jīng)過(guò)兩個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)和鍛煉，學(xué)生已經(jīng)具備相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)。因此，在第三學(xué)期我們依托視頻、推送材料、分組學(xué)習(xí)討論的形式，讓學(xué)生在課下學(xué)習(xí)運(yùn)用Altium進(jìn)行簡(jiǎn)單的PCB設(shè)計(jì)練習(xí)，課上依然采用面包板搭接電路為主。學(xué)期末的最后一個(gè)設(shè)計(jì)性作業(yè)，要求電類專業(yè)學(xué)生采用PCB設(shè)計(jì)電路，在工程坊完成印刷電路板的制作和調(diào)試工作。這樣可以讓學(xué)生盡早接觸PCB電路的設(shè)計(jì)與制作，拉近與工程實(shí)踐的之間的距離。此外，學(xué)生有了一定基礎(chǔ)在后續(xù)進(jìn)行印刷電路板設(shè)計(jì)制作學(xué)習(xí)時(shí)，教師可以略去入門(mén)部分的講授和學(xué)習(xí)，將重心放在更加復(fù)雜一些的工程實(shí)例的學(xué)習(xí)和制作上去，而學(xué)生由于已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)起來(lái)會(huì)更加平順，有效的把基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)過(guò)渡到工程實(shí)訓(xùn)。經(jīng)過(guò)三個(gè)學(xué)期循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在逐步從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)電路的學(xué)習(xí)過(guò)渡到更加貼近工程應(yīng)用的PCB電路。充分利用線上學(xué)習(xí)、虛擬軟件、面包板電路搭接、PCB電路設(shè)計(jì)與制作等環(huán)節(jié)，有效的將這些知識(shí)分布在三個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)當(dāng)中。這樣在學(xué)時(shí)受到壓縮的情況下，教學(xué)效果反而有所提高。

4.結(jié)束語(yǔ)

這種把基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與工程實(shí)踐緊密結(jié)合，借助手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、視頻、文章推送進(jìn)行知識(shí)補(bǔ)充來(lái)拓展時(shí)間，運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)、面包板電路搭接練習(xí)、PCB電路設(shè)計(jì)與制作。從基礎(chǔ)學(xué)習(xí)到綜合運(yùn)用再到工程實(shí)例，使得基礎(chǔ)電子實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐訓(xùn)練之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)能夠盡早的貼近工程實(shí)際。此外，也可以讓對(duì)電子工程有興趣的同學(xué)更早的脫穎而出，提早選拔組織學(xué)生依托課外電子俱樂(lè)部，對(duì)學(xué)生進(jìn)一步的培養(yǎng)，可以擴(kuò)大課程在學(xué)生中的影響力，也便于組織參加各種電子競(jìng)賽，以賽促學(xué)，推動(dòng)教學(xué)活動(dòng)的良性循環(huán)。

作者：劉楨 郭鎖利 閆四海 任靜 單位：火箭軍工程大學(xué)基礎(chǔ)部