新工科視閾下電工電子實驗教學的問題與對策

隨著信息社會的迅速發展，電工電子技術的應用領域也在不斷拓寬，它與各專業出現了越來越多的交叉、滲透和融合。在以互聯網和工業智能為核心的新工科視閾下，本科高校人才培養方案對電工電子課程的教學提出了更高的要求。
電工電子課程內容覆蓋了電路分析、模擬電子、數字電子、電工學等多門必修的學科核心課，對學生學習后續專業課起著奠基性的作用。電工電子課程實踐性較強，其實驗課的教學質量，對培養學生學習興趣、提高實踐技能和今后的專業發展均起著極其重要的作用。
電工電子課程是高等院校面向工科電類和非電類各專業的學生開設的。學生的基礎和能力差異較大[1]，高校擴招帶來學生的素質與能力參差不齊等問題，而電工電子技術的飛速發展，促進知識的日益更新和儀器設備的更新換代，這些因素使傳統的實驗教學模式日漸吃力，需要對電工電子實驗教學開展改革和創新。
1、建立有效的管理體制
1.1固定實驗臺
電工電子實驗面向全校工科學生，所以實驗班級較多。由于實驗設備、場所的限制，還做不到每人一組，各班學生按三人一組分編并固定實驗小組和實驗臺，實驗室給每張實驗臺固定編號，學生進入實驗室后對號入座，不得擅自串位，實驗小組和實驗臺整個學期不變。這樣做便于教師有針對性地輔導和教學管理，也有利于實驗室設備的管理。
1.2重記錄　勤維護
電工電子實驗用到的設備很多，如電工電子實驗臺、各模塊掛箱、電機、示波器、信號發生器、萬用表等。學校擴招，班級多，實驗設備使用率高，所以儀器儀表經常會出現一些故障，如不及時維修，就會影響到實驗課的正常進行。有些實驗數據易受干擾，測量本來就比較困難，如果儀器儀表有故障，學生不容易發現，一堂課可能什么也做不出來。為創造良好的實驗環境，提出以下要求。
(1)配備實驗設備使用情況登記本。以實驗臺為單位，圍繞依托該實驗臺完成的實驗所需的實驗設備，配備實驗設備使用情況登記本。學生每次做完實驗必須在登記本上記錄本次實驗所用儀器設備是否完好，如果有故障，還須報告本實驗室實驗管理員，以便備案。
(2)建立維修記錄。實驗室在每學期開學初需查試本實驗室設備、準備實驗耗材和備用儀器。每完成一個實驗，實驗管理員都要對儀器儀表進行檢查，對學
生報告的故障儀器及時更換、啟用備用設備，建立維修記錄，并定期維修。
1.3小組互查
按照電工電子實驗規范，電路完成接線后，必須經實驗指導教師檢查電路才能上電。但由于高校擴招，教學資源缺乏，一名任課教師和一名實驗員常常要同時給80名學生上課，有些學生在完成接線后往往沒有耐心等待教師檢查線路而直接上電，這嚴重危害人身安全和設備安全。
在直流電路、模擬電路、數字電路等小功率電路的實驗教學中，教師提出采用學生小組互相檢查的方法。小組互相檢查，可增加學生的動手機會，這樣不僅消除了學生對教師的依賴，也避免學生渾水摸魚，更彌補了多人一組實驗動手機會少的缺點。對檢查中發現問題的小組，指導教師給予加分，這樣的獎勵措施，調動了學生的動手積極性。
2、采用“1+1+1”教學模式
我校電工電子課程面向的學生很廣，有電類專業的，也有非電類工科各專業的學生，學生的基礎和能力差異較大，教學大綱對各專業學生的要求也不一樣。這里提出采用多元化的“1+1+1”教學模式[2]，把電工電子實驗教學內容分成基本訓練、基礎實驗和創新設計實驗三部分，以滿足新工科形勢下各專業的需求。
2.1基本訓練
在基本訓練實驗中，要求學生熟悉各常用電工儀器儀表的使用，如萬用表、信號發生器、鉗表、功率表等；認識和識別常見電工電子元器件和設備，如各種電阻、電感、電容、晶體管、集成電路、變壓器、電機等[3]。工業、海工、食品等專業只需做這類基本實驗訓練。
基本訓練的實驗方式有元件伏安特性的測試，生活中電路串并聯分析，參觀實際工程電路，認識設備實物等。
2.2基礎實驗
在基礎實驗中，開設多個經典定理的驗證實驗和簡單的應用性實驗，例如，戴維寧定理的驗證、家用日光燈電路、三相四線制電路接線方式、電機控制電路、計數器和觸發器的應用等。
實驗中既要求學生動手接線、測試實驗數據，還需要和理論、實踐比較分析。通過實驗，使學生進一步掌握電路原理、定理和結論，并能對它們有進一步的認識，鍛煉學生的實踐動手技能和提高分析問題的能力。
機制、熱能、輪機、物聯網、計算機專業的學生需要做基本訓練和基礎實驗。
2.3創新設計實驗
在創新設計實驗中，設置了多個難易程度不同的綜合性、設計性實驗[4]。教師提出設計任務，由學生自行摸索設計方案、選擇元器件、組裝電路并調試運行，從而鍛煉學生查閱資料的能力。
更多的是，指導教師鼓勵學生積極提出實驗想法和創新思路，提交可行性方案，實驗教師參與討論并適時引導。在實驗中，學生通過發現問題并解決問題，其創新思維得到了開發，創新能力得到了提升。電子、電氣、自動化等電類專業的學生必須得到創新設計實驗的訓練。
這樣的“1+1+1”教學模式雖然增加了實驗指導教師的工作量，但為學生創造了良好的實驗條件，不僅可以因材施教、有的放矢，還有助于激發學生的學習積極性。
3、優化教學手段
3.1充分利用多媒體教學
近年來，國家大量資金的投入，現在的實驗室與以往相比產生了巨大的變化，絕大部分是多媒體的教室和先進的實驗儀器相結合的多功能型實驗室。在電工電子實驗課的教學中采用多媒體講學，教師和實驗員配合演示等多種教學手段。
充分利用多媒體資源，用Flash軟件把儀器的連接與電路的連接等內容做成動畫進行演示。實驗前，實驗管理員進行實物演示操作，同時指導教師操作多媒體設備并講解，對易錯點播放教學動畫，學生能夠把電路的要求與實際的操作相聯系，可以減少操作過程中的接線錯誤，提高教學質量。
3.2植入實際電路
“興趣是最好的老師。”實驗臺上為達到某些實驗目的而人為構造的實驗電路，很難引起學生的興趣。如果選擇生活中的電路作為實驗電路，不但能激發學生的學習積極性，達到實驗目的，而且對學生以后的工作和生活也會很有幫助，學以致用[5]。筆者在實驗中做過以下嘗試，效果很好，在此分享。
(1)就地取材，觀察所在實驗室電路走線情況。內容包括：實驗室電氣設備類型、功率、連接方式，斷路器的額定電流、安裝位置，火線地線的區分，電氣設備的保護和接地問題等。
(2)帶學生走進學校工程訓練中心(即金工實習的機械廠)和學校低壓配電房，了解三相制輸配電線路的聯接方式、機床電動機的運轉和控制方式。對照所學感性負載并聯電容器提高功率因數的知識，了解實際線路中提高功率因數所用的方法，以及并聯電容器大小、類型和安裝位置。
3.3引入虛擬仿真技術
在做晶體管放大電路的實驗時，為了測試晶體管的放大、飽和、截止3個工作狀態，要求信號源取10mV，由于信號幅度比較小，受干擾大，因此實驗往往達不到理想的效果。若是非電專業的學生做這個實驗，由于對示波器的使用不熟悉，很多時候都無法測讀到信號。為此，在實驗中采用Protues等仿真軟件，使學生在逼真的虛擬場景中，驗證了實驗的正確性，避免因實驗不成功率高而減弱學生的學習熱情[6]。鼓勵學生對自行設計的電路在多媒體環境下實現電路仿真，通過各種虛擬儀器的測試[7]，實時得到仿真結果，獲得更多的成就感，從而激發學生的學習興趣。
4、結語
實踐證明，有效的管理提高了教學效率，緩解了教學資源缺乏的尷尬，并使學生意識到實踐環節的重要性；“1+1+1”的實驗教學模式，可以做到因材施教，有的放矢。教學手段的改進，豐富了教學內容，提高了課堂教學質量，增強了學生的學習興趣和學習熱情。一系列的課程改革措施，提高了電工電子課程實驗的教學效果，適應了新工科形勢下各專業發展的需要，為學生以后更好地學習后續課程以及從事工程技術工作夯實了基礎。