“电路”实验教学改革与实践
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）36-0170-02
在欧美等发达国家，理论与实践教学的学时比一般为1：2或1：3，远高于国内大部分理工科高校。长期以来，国内理工类高校实验占教学之比重较低，普遍存在重理论轻实践的倾向，这样不利于人才的培养。教育部和财政部等单位于2012年2月发布了《关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》，[1]文中针对加强实践教学提出了明确的要求和具体的措施。其中第5条指出：深化实践教学方法改革，加强实践教学方法是专业建设的重要内容。因此，需要从学生能力培养着手，对过去单一的实验教学模式包括实验内容、方法和形式等方面做进一步的探讨和改革。
一、实验教学内容的调整
“电路”课程高等工科院校是电子信息类专业的一门非常重要的专业基础课。我校电子信息工程学院12版教学大纲规定，电气类专业的“电路”理论课程在大一的下学期开设，教学共计划84学时，其中理论课时占64个，实验课时占12个，共安排6次。实验涉及到的课程主要内容有：电路的基本概念与基本定律、电阻元件的VCR，电源的等效变换、线性电路的基本分析方法、基本定理、含有理想运放的电路分析、一阶电路的时域分析、二阶电路的时域分析、正弦稳态电路的分析等。
针对新形势下对人才培养的要求，“电路”课程的实践教学改革应该采取对不同教学对象因材施教、人尽其才的分层次教学方法，实践环节的内容和形式应多样化。作为民族院校，生源的差异性较大，对基础较差的学生要求完成必做的验证性实验；对基础较好的学生除完成基本要求之外，还要完成综合性实验；对动手能力强和创新意识强的学生，可分成兴趣小组，完成设计性和自定项目的实验。分层次的实验教学可以充分调动不同层次学生学习的积极性，充分发挥其主观能动性，为社会的发展培养和提供各种急需的复合型人才。[2]
在“电路”实验内容的调整上，将原来只要求做验证性实验改为计算机仿真实验和硬件实验两大部分，其中硬件实验又划分为验证性、综合提高性和设计性三个层次。
将计算机仿真技术引入“电路”实验，[3-4]采用EWB计算机软件进行仿真实验，可以实现验证性、测试性、设计性、纠错性和创新性等不同形式的针对性训练，有效地培养学生运用计算机提高分析、应用和创新能力。而且，对复杂的实验过程在计算机仿真过程中会更便捷高效，可保证一些高压强电实验的安全性。安排的相关实验内容包括电路的直流分析、一阶RC电路的瞬时响应、二阶RLC串联电路的瞬时响应、电路的交流分析等。计算机仿真实验安排两次实验，实验内容在以上指定实验中选做。
实验硬件化三个层次的教学内容安排如下：
1.验证性实验
验证性实验也是基本实验，教学计划改革后保留少量的2-3个验证性的实验，要求所有的学生一人一组独立完成。验证性实验的部分实验电路已模块化，在电路板上连接好；另外的一部分实验电路要求学生根据实验要求，自己用给定的元器件在面包板上搭建实验电路。鉴于学生刚接触电路实验，验证性实验要求学生在完成指定实验内容的同时，熟悉各种常规电子仪器仪表的使用，掌握对电路中关键物理量的测量方法，掌握常用元器件的识别方法，以及掌握搭建电路的基本技能，学会对实验数据的分析和处理方法，旨在培养学生实事求是的良好的工作态度和脚踏实地的科学作风。
实验内容包括：电阻元件伏安关系的测试、受控源特性的测试、叠加定理的验证、直流电路中戴维宁等效和诺顿等效、交流等效参数的测量等。
2.综合提高性实验
综合提高性实验的目的是一方面要求学生能合理地选择和使用元器件，另一方面培养学生扎实的基本功和严谨的工作作风，提高分析问题和解决问题的能力，以及撰写小论文的能力，使一部分学生能够脱颖而出。学生按照老师提出实验任务和设计要求，设计好实验电路、写出实验步骤、并估算各元件参数。实验可让不同层次的学生进行组合，不再局限于一人一组，安排1-2个实验内容。内容包括：电阻网络分压电路设计、动态调谐电路的设计、运算放大器与有源器件、最大功率传输和匹配网络的设计等。
3.设计性实验
设计性实验主要着重培养学生的灵活运用理论知识的想象力和创新能力，为社会的发展输送高素质的专业人才。设计性实验对学生提出了更高的要求，不再要求所有学生参加，将有选择性地挑选有基础扎实、能力强、有潜力和精力的学生参加，将他们分成兴趣小组，由指导教师专门指导其完成设计性和自定项目实验。通过设计性实验可以进一步挑选，让其中能力强的学生进入学院创新团队，重点培养他们参加全国各类电子设计制作竞赛，以获得更多的成长机会。设计性实验的内容包括：非正弦周期信号与选频滤波电路的研究、波形产生和波形变换器的设计、直流稳压源和恒流源的设计等。
在时间上，实验室在一定条件下对学生开放；在内容上，除必做实验外，还安排有选作实验和采用现场指导、网络答疑等多种指导方式；充分利用视频、实物模型和演示等内容丰富、形式多样的教学手段。对不同程度学生实行因材施教。
二、硬件实验平台的改造
我校“电路”试验教学改造前主要是依托计算与试验中心的电工实验室来完成的。该实验室使用的KHDG-1电工试验平台由于存在使用年限长，设备老化严重，维护维修不方便，实验电路已模块化固定，只能完成验证性实验，无法进行综合设计型的试验，根本不能满足新形势下我院“电路”课程教学改革和实践教学的要求，以及由此课程展开的培养学生实践技能和创新活动能力的需要。由此进行了实验平台的改造，自制了试验箱，改造后的实验平台的功能主要表现在： 针对验证性实验，将实验中的验证性实验电路模块化；针对综合提高性和设计性实验，可以在实验平台上自由搭建实验电路。
引入该电路实验平台后，使得“电路”实践教学具有以下几个特点：
新的实践教学平台的设计制作和实验内容的调整，以及配套实验教材的编写。给任课老师一个提高理论教学与实践能力的机会，尤其是对年轻教师，由此得到了锻炼，从而促进了教学改革，使教学质量真正得到了提高。
新的实验平台的实施与使用，使学生尽快接触到实际的电路元器件，熟练掌握元器件的识别与合理选择及其正确使用，以及熟练掌握搭建电路的技能，在教学上可以灵活设置实验教学内容。
通过实验教学改革，提高了实验平台的实用性。灵活多样的实验内容，真正的使学生通过本课程和实践环节的训练后，具备从事电路设计的基本技能和实践能力。
为创新性活动提供了一个良好的条件。实验不再局限于课本上的理论知识的验证，综合性实验和设计性实验培养了学生灵活运用理论知识的应用能力，为学生提早进入各种课外科技活动、各类电子设计竞赛等活动提供了良好的条件。
实现了资源共享和优化。新的实践教学平台的研制及使用，不仅降低了试验教学的成本，而且改造后的实验平台也适用于其他专业相关学院如生医学院、计算机学院等同类课程的试验。
三、实验教学改革后的效果
改造后的实验平台经过两年多的实践，表现出良好的教学效果，主要体现在以下方面：
1.规范和完善了教学体系和教材建设
根据新的教学大纲重新编写了实验教材， 增加了提高性、综合设计性的实验内容，符合了不同层次的教学对象，给学生个性的发展提供了空间和自由，调动了学生的积极性和主动性。
2.独立性、自信心和学习积极性得到了锻炼和提高
改造后的实验平台性价比高，可操作性强，可实现一人一组，真正使每个学生主动参与到实验中去，切切实实的通过实验达到提高，学生普遍反映效果好。基本实验的完成效果非常好，大部分学生的自信心得到了很大的提升，所有学生的积极性都有明显的改变。
3.提高了理论知识的灵活应用能力
由改造后的实验平台来实行分层次教学，最大限度提高了对理论知识的掌握和实践的能力，使学生能真正透彻理解电路的基本概念并牢固记忆，切实掌握实验的基本技能和基本方法，并将课本知识灵活的运用到实际问题中，提高了分析问题和解决问题的能力。
4.创新能力提高
综合提高性实验和设计性实验教学的实施，充分发展学生学习兴趣和个人专长，提高了灵活掌握和运用理论知识的能力，培养和提高了学生的创新意识和能力。
5.利用计算机仿真技术提高设计能力
将 EWB计算机仿真技术引入电路实验，学生在仿真时可以放心大胆地连接电路，大大地激发了学生的创新意识和能力，教师着重引导学生对一个实验尝试多种电路，比较优缺点，选择合适的方案，比较仿真软件的分析方法、测量方法与硬件电路的异同以及测量结果的差异，引导学生去发现问题。
四、结束语
通过对我院电气类12级学生使用新实验平台的实践教学情况来看，实践教学质量较之以前有了很大的提高。在学生实践能力、思维判断能力和创新能力的培养等方面都取得了明显的效果，近年来我院学生在全国各级电子竞赛中取得了包括全国一等奖的良好成绩。只有积极不断探索新形势下的实践教学规律，勇于实践，才能培养出适应社会发展的人才。
