電工電子實(shí)驗(yàn)課程中綜合性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和動(dòng)手能力的主要方式，對(duì)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力具有特殊的作用。電工電子實(shí)驗(yàn)課程是電子信息工程、通信工程、自動(dòng)化等專業(yè)的重要課程，其綜合性實(shí)驗(yàn)是教學(xué)中十分重要的一項(xiàng)內(nèi)容。電工電子實(shí)驗(yàn)課程中安排綜合性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，旨在鞏固學(xué)生實(shí)驗(yàn)階段的學(xué)習(xí)成果，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力和解決問題的能力。筆者根據(jù)多年的教學(xué)實(shí)踐，談一談電工電子實(shí)驗(yàn)課程中綜合性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施過程中的體會(huì)。
一、電工電子實(shí)驗(yàn)課程中綜合性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容設(shè)計(jì)
電工電子實(shí)驗(yàn)課程是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的電類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，其實(shí)驗(yàn)課程中綜合性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮內(nèi)容的綜合性，還要考慮實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際條件、學(xué)生的接受能力。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，綜合性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循以下三項(xiàng)原則。①具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)上要達(dá)到電路設(shè)計(jì)、工藝技術(shù)、調(diào)試技術(shù)等知識(shí)的綜合訓(xùn)練的目的。綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)由多個(gè)模塊組成，各個(gè)模塊涵蓋不同的知識(shí)點(diǎn)，能夠獨(dú)立制作且能單獨(dú)調(diào)試。如數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)與制作包括輸入電壓變換電路、A/D 轉(zhuǎn)換及數(shù)碼管顯示電路、自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換電路及電源模塊四個(gè)部分，電路設(shè)計(jì)上包含了A/D 轉(zhuǎn)換、數(shù)碼管顯示、組合邏輯和時(shí)序邏輯電路等內(nèi)容，工藝技術(shù)上涉及PCB 電路的繪制及PCB 電路板的手工制作、手工焊接等技能。②充分考慮學(xué)生的個(gè)體差異，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在操作上要具有一定的伸縮性，劃分不同的難度系數(shù)，以適應(yīng)不同層次的學(xué)生需要。如數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)與制作分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方案，靜態(tài)顯示方案相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)于能力稍弱的學(xué)生可以選擇此方案，對(duì)于能力較強(qiáng)的學(xué)生建議他完成動(dòng)態(tài)顯示方案。由此，保證每一位學(xué)生都能發(fā)揮主觀能動(dòng)性，展現(xiàn)自己的學(xué)習(xí)能力，并都有所收獲和提高。③要緊跟學(xué)科前沿發(fā)展，不斷更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展速度非常快，新知識(shí)、新器件、新電路層出不窮，在對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行選題時(shí)，應(yīng)緊跟時(shí)代的發(fā)展，引入一些和實(shí)際生活關(guān)系緊密、內(nèi)容較新穎的電路，如USB 供電立體聲有源音箱的設(shè)計(jì)、多通道無線音頻信號(hào)收發(fā)器等電路。這些新穎的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
二、電工電子實(shí)驗(yàn)課程中綜合性實(shí)驗(yàn)的開展方法
電工電子實(shí)驗(yàn)課程中的綜合性實(shí)驗(yàn)是采取開放式實(shí)驗(yàn)的形式，在教員指導(dǎo)下，學(xué)生主要依靠自身實(shí)踐完成，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性是搞好實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)開始前，指導(dǎo)教員必須全面熟悉所要指導(dǎo)的內(nèi)容，掌握重點(diǎn)和難點(diǎn)。并且指導(dǎo)教員在帶學(xué)員做實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)考慮復(fù)習(xí)和補(bǔ)充一些相關(guān)必備的知識(shí)，如使用實(shí)驗(yàn)板、應(yīng)注意的問題、使用電烙鐵的常識(shí)及焊接集成電路注意靜電和安全用電等。在設(shè)計(jì)過程中，指導(dǎo)教員應(yīng)到學(xué)生中去，及時(shí)解決學(xué)生遇到的問題或難題，并引導(dǎo)學(xué)生去查閱資料，強(qiáng)調(diào)獨(dú)立設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)創(chuàng)新。學(xué)生只有在這樣的環(huán)節(jié)中，才能夠進(jìn)一步培養(yǎng)出較強(qiáng)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΑＴ谶x題、方案設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、電路調(diào)試這一過程中，學(xué)生可自主選擇、自主完成。期間，要注意分層次、分階段進(jìn)行，保證實(shí)驗(yàn)任務(wù)順利完成。學(xué)生在課下還可以利用仿真軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)時(shí)間和空間上的限制，這樣可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。
三、電工電子實(shí)驗(yàn)課程中綜合性實(shí)驗(yàn)的組織實(shí)施
相較于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，電工電子實(shí)驗(yàn)課程中的綜合性實(shí)驗(yàn)具有周期長(zhǎng)、工作量大的特點(diǎn)，且學(xué)員需要自主設(shè)計(jì)，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，所以，實(shí)驗(yàn)組織管理極為重要。一般而言，從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告，都需要教員進(jìn)行全程管理。期間，實(shí)驗(yàn)組織管理涉及以下三個(gè)環(huán)節(jié)。
（一）設(shè)計(jì)方案的審核
審核實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案是非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。通常，教員提出實(shí)驗(yàn)課題和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求后，學(xué)生就著手查閱相關(guān)資料，并撰寫實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告向教員提交。由于綜合性實(shí)驗(yàn)涉及知識(shí)面廣，加上學(xué)生經(jīng)驗(yàn)不足，所提交的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告必然會(huì)存在不足。教員在審核實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案時(shí)，注意查看設(shè)計(jì)方案的技術(shù)指標(biāo)、方案的描述、理論分析與計(jì)算等，并對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案中所采用的實(shí)驗(yàn)方法、元器件選擇等予以關(guān)注。然后再與學(xué)生討論交流，提示學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的事項(xiàng)。由此，在審核實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案過程中規(guī)避實(shí)驗(yàn)可能存在的問題，保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。
（二）實(shí)驗(yàn)教員的過程指導(dǎo)
綜合性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、實(shí)施都由學(xué)生自主完成。但是由于目前受學(xué)生的實(shí)際創(chuàng)新能力和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力的限制，要確保學(xué)生在教學(xué)時(shí)間內(nèi)高質(zhì)量地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，實(shí)驗(yàn)教員在實(shí)驗(yàn)過程中的指導(dǎo)非常關(guān)鍵[4]。指導(dǎo)教員要正確指導(dǎo)學(xué)員在原理分析、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作和處理實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題。指導(dǎo)教員要以指導(dǎo)學(xué)員對(duì)綜性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)探究和解答學(xué)員的疑問為主，在學(xué)員實(shí)驗(yàn)中遇到問題時(shí)，不是簡(jiǎn)單地幫助學(xué)員排除故障，而是分析產(chǎn)生故障的多種可能性，由學(xué)員自行排除故障，鼓勵(lì)學(xué)員提出問題和創(chuàng)新性地解決問題[5]。指導(dǎo)教員要定期和不定期地對(duì)學(xué)員的實(shí)驗(yàn)探究過程進(jìn)行檢查和指導(dǎo)，既要充分發(fā)揮學(xué)員的主動(dòng)性和積極性，又要發(fā)揮指導(dǎo)教員的指導(dǎo)作用。
（三）實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)
綜合性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)員自主完成實(shí)驗(yàn)，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的完成情況，都可以反映出學(xué)員的知識(shí)水平。學(xué)員每完成一個(gè)單元實(shí)驗(yàn)都需要經(jīng)過理論知識(shí)的準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)儀器的預(yù)習(xí)、測(cè)試方法和測(cè)試過程實(shí)施、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析和判斷、電路調(diào)試和故障排除、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與處理、實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫與總結(jié)等多個(gè)環(huán)節(jié)。因此，對(duì)于學(xué)員綜合性實(shí)驗(yàn)結(jié)果的考核，要關(guān)注設(shè)計(jì)方案的可行性、實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)員解決問題的能力及創(chuàng)新能力等方面。考核成績(jī)由三部分組成：①單元電路的完成情況：電路功能、性能指標(biāo)和制作工藝等，占50%；②綜合課題的方案設(shè)計(jì)、測(cè)試結(jié)果和總結(jié)報(bào)告等，占30%；③實(shí)驗(yàn)過程情況，課前預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)進(jìn)度、實(shí)驗(yàn)過程中解決實(shí)際問題的能力及創(chuàng)新能力等，占20%。為了鼓勵(lì)優(yōu)秀學(xué)員，激發(fā)其創(chuàng)新欲望，可舉辦實(shí)驗(yàn)成果報(bào)告會(huì)，增強(qiáng)學(xué)員的榮譽(yù)感，使學(xué)員能為完成實(shí)驗(yàn)投入更多的精力和更大的熱情，互相分享成果，獲得成就感。
四、結(jié)語
實(shí)踐證明，綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的擴(kuò)充、難度的增加，不僅沒有增加學(xué)員的負(fù)擔(dān)，反而激發(fā)了學(xué)員實(shí)踐的積極性。通過綜合性實(shí)驗(yàn)的練習(xí)，學(xué)員在多條件約束下統(tǒng)籌決策，通過不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，學(xué)院能夠發(fā)現(xiàn)實(shí)踐活動(dòng)的特點(diǎn)和規(guī)律，使自己的思維方式發(fā)生根本變化，能夠?qū)崿F(xiàn)知識(shí)與實(shí)踐的融合。