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电工电子实验课程中综合性实验的设计与实施


实验教学是培养学生实验技能和动手能力的主要方式,对提高学生的综合素质、培养学生的创新精神与实践能力具有特殊的作用。电工电子实验课程是电子信息工程、通信工程、自动化等专业的重要课程,其综合性实验是教学中十分重要的一项内容。电工电子实验课程中安排综合性实验训练,旨在巩固学生实验阶段的学习成果,培养学生综合应用所学知识的能力和解决问题的能力。笔者根据多年的教学实践,谈一谈电工电子实验课程中综合性实验的设计与实施过程中的体会。
一、电工电子实验课程中综合性实验的内容设计
电工电子实验课程是一门理论与实践紧密结合的电类专业的基础课程,其实验课程中综合性实验的内容设计应充分考虑内容的综合性,还要考虑实验室的实际条件、学生的接受能力。结合实践经验,综合性实验的内容设计应该遵循以下三项原则。①具体的实验内容设计上要达到电路设计、工艺技术、调试技术等知识的综合训练的目的。综合性实验内容应由多个模块组成,各个模块涵盖不同的知识点,能够独立制作且能单独调试。如数字电压表的设计与制作包括输入电压变换电路、A/D 转换及数码管显示电路、自动量程转换电路及电源模块四个部分,电路设计上包含了A/D 转换、数码管显示、组合逻辑和时序逻辑电路等内容,工艺技术上涉及PCB 电路的绘制及PCB 电路板的手工制作、手工焊接等技能。②充分考虑学生的个体差异,实验内容在操作上要具有一定的伸缩性,划分不同的难度系数,以适应不同层次的学生需要。如数字钟电路的设计与制作分为静态显示和动态显示两种方案,静态显示方案相对简单,对于能力稍弱的学生可以选择此方案,对于能力较强的学生建议他完成动态显示方案。由此,保证每一位学生都能发挥主观能动性,展现自己的学习能力,并都有所收获和提高。③要紧跟学科前沿发展,不断更新实验内容。现代电子技术的发展速度非常快,新知识、新器件、新电路层出不穷,在对设计性实验的进行选题时,应紧跟时代的发展,引入一些和实际生活关系紧密、内容较新颖的电路,如USB 供电立体声有源音箱的设计、多通道无线音频信号收发器等电路。这些新颖的实验内容极大地调动了学生学习的积极性。
二、电工电子实验课程中综合性实验的开展方法
电工电子实验课程中的综合性实验是采取开放式实验的形式,在教员指导下,学生主要依靠自身实践完成,调动学生学习的积极性和主动性是搞好实验教学的关键。实验开始前,指导教员必须全面熟悉所要指导的内容,掌握重点和难点。并且指导教员在带学员做实验前,应考虑复习和补充一些相关必备的知识,如使用实验板、应注意的问题、使用电烙铁的常识及焊接集成电路注意静电和安全用电等。在设计过程中,指导教员应到学生中去,及时解决学生遇到的问题或难题,并引导学生去查阅资料,强调独立设计,鼓励创新。学生只有在这样的环节中,才能够进一步培养出较强动手实验能力。在选题、方案设计、参数计算、电路调试这一过程中,学生可自主选择、自主完成。期间,要注意分层次、分阶段进行,保证实验任务顺利完成。学生在课下还可以利用仿真软件进行仿真实验,弥补实验室学习时间和空间上的限制,这样可以充分调动学生学习的主动性和创造性。
三、电工电子实验课程中综合性实验的组织实施
相较于验证性实验,电工电子实验课程中的综合性实验具有周期长、工作量大的特点,且学员需要自主设计,独立完成实验,所以,实验组织管理极为重要。一般而言,从实验设计到实验总结报告,都需要教员进行全程管理。期间,实验组织管理涉及以下三个环节。
(一)设计方案的审核
审核实验设计方案是非常关键的一个环节。通常,教员提出实验课题和实验设计要求后,学生就着手查阅相关资料,并撰写实验设计报告向教员提交。由于综合性实验涉及知识面广,加上学生经验不足,所提交的实验设计报告必然会存在不足。教员在审核实验设计方案时,注意查看设计方案的技术指标、方案的描述、理论分析与计算等,并对实验设计方案中所采用的实验方法、元器件选择等予以关注。然后再与学生讨论交流,提示学生在实验中应注意的事项。由此,在审核实验设计方案过程中规避实验可能存在的问题,保证实验顺利进行。
(二)实验教员的过程指导
综合性实验的设计、实施都由学生自主完成。但是由于目前受学生的实际创新能力和实验实践能力的限制,要确保学生在教学时间内高质量地完成实验任务,实验教员在实验过程中的指导非常关键[4]。指导教员要正确指导学员在原理分析、实验方案设计、实验操作和处理实验过程中出现的问题。指导教员要以指导学员对综性实验进行实验方案设计、实验探究和解答学员的疑问为主,在学员实验中遇到问题时,不是简单地帮助学员排除故障,而是分析产生故障的多种可能性,由学员自行排除故障,鼓励学员提出问题和创新性地解决问题[5]。指导教员要定期和不定期地对学员的实验探究过程进行检查和指导,既要充分发挥学员的主动性和积极性,又要发挥指导教员的指导作用。
(三)实验的评价
综合性实验要求学员自主完成实验,每一个实验的完成情况,都可以反映出学员的知识水平。学员每完成一个单元实验都需要经过理论知识的准备、实验仪器的预习、测试方法和测试过程实施、实验现象的分析和判断、电路调试和故障排除、实验数据分析与处理、实验报告撰写与总结等多个环节。因此,对于学员综合性实验结果的考核,要关注设计方案的可行性、实验过程中学员解决问题的能力及创新能力等方面。考核成绩由三部分组成:①单元电路的完成情况:电路功能、性能指标和制作工艺等,占50%;②综合课题的方案设计、测试结果和总结报告等,占30%;③实验过程情况,课前预习、实验态度、实验进度、实验过程中解决实际问题的能力及创新能力等,占20%。为了鼓励优秀学员,激发其创新欲望,可举办实验成果报告会,增强学员的荣誉感,使学员能为完成实验投入更多的精力和更大的热情,互相分享成果,获得成就感。
四、结语
实践证明,综合性实验内容的扩充、难度的增加,不仅没有增加学员的负担,反而激发了学员实践的积极性。通过综合性实验的练习,学员在多条件约束下统筹决策,通过不断发现问题、解决问题,学院能够发现实践活动的特点和规律,使自己的思维方式发生根本变化,能够实现知识与实践的融合。

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