电路与信号系统实验过程化教学改革

林 红,陈雪勤，孙 兵，李富华

(苏州大学 电子信息学院，江苏 苏州 215006)

电路与信号系统实验过程化教学改革

林 红,陈雪勤，孙 兵，李富华

(苏州大学 电子信息学院，江苏 苏州 215006)

为满足人才分类培养和卓越工程师计划的要求，对电路与信号系统实验课程进行改革与探索。围绕实验过程和考核体系的过程化教学改革方案，对实验教学的内容也进行了相应的调整。文中阐述了该实验课程在教学内容、实验流程及评价方法等方面的具体改革措施。实践表明，教学改革取得了明显的实际效果，提升了学生的实践能力和创新能力。

电路；信号系统；实验；过程化；教学改革

电路分析基础、信号与系统是我国高等院校电子信息类专业的两门重要专业基础课程，具有理论应用性与技术实践性相结合的特点。电路与信号系统实验教学是整个教学过程中的重要环节，不仅为学生后续专业课程的学习打好基础，更主要是培养学生进行科学实验的基本素质、科学的思维方法及创新能力[1]。为了满足人才分类培养和卓越工程师计划的要求，在以培养应用型、创新型人才为目标的教学体系中，课程体系和教学内容在不断地更新与优化。结合苏州大学电子信息学院 “以教学科研为依托，以实验教学为平台，以信息技术为手段，以能力培养为目标”的实验教学总体改革思路，我们对电路与信号系统实验进行了深度的改革，注重培养和锻炼学生自主实验的能力。在实验教学中对实验内容、实验过程、考核方式进行了改革，突出了过程化考核的时效与标准。

1 实验内容的改革

实验教学是实现素质教育和创新人才培养目标的重要环节，在培养学生实践能力和创新精神方面起着不可替代的作用[2]。为适应实验内容改革的需要，我们重新编订了实验教材，出版了《电路与信号系统实验教程》。该教材将电路与信号系统两门课程的实验内容融会贯通，对传统实验内容和方法作了较大的改革，将传统内容与新技术有机融合[3]。具体实验由过去以验证型实验为主转变为以综合设计型实验为主，内容上分为软件部分(Multisim仿真软件和Altium designer电子产品开发系统软件)、电路基础实验、信号系统基础实验和综合设计型实验四个板块，将软件仿真和实际设计相结合，注重培养学生理论联系实际的能力、分析和解决问题的能力、创新能力。

1.1 软件部分

Multisim软件相当于一个设备先进、功能完备的大型电子实验室[4]。电路实验教学引入Multisim软件，能够克服传统实验教学受实验室客观条件限制的局限性， 拓展实验教学内容，提高实验教学效率[5]。Altium Designer作为一款完整的电子产品开发解决方案，其功能涵盖了电子设计过程中的各个方面[6]。我们将其融入设计型实验部分，引导大二的学生掌握其元件库的基本使用方法、原理图和PCB的设计，为后续的电子电路课程及各类电子设计竞赛打下扎实的基础。

1.2 基础实验

基础实验是为了使学生掌握正确的实验方法，加深学生对电路与信号基本原理的理解。我们在实验教材中注重对实验方法的介绍，详细介绍了实验需要做什么、如何去做，并阐述它们之间的关系。通过给出一个完整的案例示范，即二阶电路的动态响应，将学生引入一个科学实验的轨道。

仿真实验为电路实验教学理念的更新和教学手段的改革提供了条件[7]。基础实验中增加的仿真部分采用Multisim软件完成。利用Multisim软件的仪器仪表与实际情况非常接近、仿真手段切合实际的特点，辅助学生更好地理解实验内容，先行掌握实验在较理想条件下的结果，还可方便观测到开路、短路和漏电等不同故障条件下电路的工作状况。这些结果可以指导基础实验的实际制作与测量，让学生能主动判断实验状态是否正确以及是否需要调整，培养学生发现问题和分析问题的能力。

1.3 综合设计型实验

综合设计型实验采用Altium Designer软件进行仿真和制版，综合设计型实验的完成需要结合多门相关学科。考虑到学生的兴趣和能力的差异，我们设定了若干备选课题。题目的选择可与电子设计大赛相联系，如各类信号源的制作，电容、电感测试仪的制作等，仅给出设计要求和基本元器件。学生可以自行分组，选择感兴趣的课题，强调学生的综合分析问题能力和团队协作能力。

2 实验过程的改革

实验教学方法应灵活多样，以增强学生的主体意识，激发学习兴趣，开发创造性思维，进而培养学生自主学习和独立实验能力[8]。在实验过程中，教师的主要角色是定目标、指导和帮助解决问题，而将操作权交给学生。具体实验实施流程如图1所示。

2.1 实验前

在开课前让学生清楚该课程过程化考核的时间节点与考核目标。在实验前，我们都对学生提出明确的预习要求：(1)根据实验目标，查阅资料，掌握实验原理；(2)确定实验电路和实验步骤；(3)分析可能遇到的问题。实验的效果与学生主观能动性的发挥密切相关。有关实验方案和实验进程的确定，不再对每个学生提出相同的要求，让学生体会到自己是实验的主体，教师仅仅是一位引导者。

2.2 实验中

在实验教学改革中，我们放弃现成的实验箱，所有实验电路均由学生自行焊接，以训练学生的动手操作能力。在实际操作前学生需对自己的实验方案进行仿真，掌握在理想条件下的实验结果。一方面，训练学生对软件的操作能力；另一方面，可以比较完善地确定实验所需要的电路结构。学生按照自己的设计焊接所需要的电路，完成具有个性化的作品。

图1 实验实施流程示例

综合设计型实验部分强调对学生综合应用能力和创新能力的培养，相当于自主设计制作电子作品。学生选择题目后进行团队组合，分别查找资料，经集体讨论后提出设计方案。通过报告会的形式，分组阐述设计思路、设计原理，设计结果用Multisim软件以仿真的形式呈现出来。选择具体元器件后，利用Altium Designer软件绘制PCB版图，用学生提交的版图加工PCB板，焊接电路并调试成功，让学生掌握一个完整的电子制作过程。通过Altium Designer软件的使用，学生掌握了电子线路板的基本制作方法和技巧，为学生以后的电路设计打下扎实的基础。在设计中一般还会涉及数字电路和模拟电路的内容，当所要解决的问题正是当前的学习内容时，学生会有更强烈的兴趣。

通常学生在实验过程中，总是追求结果的完美性，若与预测结果不符，总是想方设法地弄出个“正确”的结果来。在这种情况下，我们提示学生，在原理和操作正确的前提下，实验现象是客观的，没有对错之分，若与我们的预期结果不一致，一定要找到原因。在实验过程中一帆风顺未必就是好事，出现问题、分析问题、找到原因、解决问题，这才是实验的意义，要在分析问题和解决问题的过程中培养学生勇于面对困难的决心与勇气。

2.3 实验后

每一个任务的仿真和实测都完成后，我们会要求学生对该任务进行数据分析，主要分析数据的可靠性、野点数据产生的原因、仿真与实测的差异及原因、存在哪些问题等，并进一步完成实验报告。在阶段性任务完成后，学生可要求接受这一个过程的考核。

高校实验室是学生实践能力的培养场所，是巩固理论知识，培养观察能力、创新能力的基地[9]。由于课程时间的限制，采取开放实验室的方法，并在开放时间安排研究生值班，使学有余力的学生利用课余时间到实验室来进行拓展、探索，也使对课程有理解困难的学生利用实验室的仪器对相关的理论进行验证、理解。特别在综合设计型实验阶段延长开放时间，使学生有较宽松的进程安排，使学生独立思考的习惯和创新意识得到训练。这样的方式增强了学生自主学习的能力，也提高了学生综合设计的实践能力。

3 实验报告的改革

实验报告是评估学生实验成绩的重要手段。要引导学生在撰写实验报告过程中，摒弃传统的流水账形式，认识到报告不应是单纯图形和数据的堆积，而是对所做实验结果的分析与总结。特别是当实验结果与理论分析存在差异时，要分析这种差异存在是否合理，通过分析差异产生的原因，引导学生对实验现象的正确性进行判断，学会分析具体实验中哪些因素可以忽略，哪些因素却不能忽略。我们要求学生利用数据分析和绘图软件Origin来完成数据分析和图形绘制，为学生在以后的工程实践中处理实验数据提供一种有效手段。对于综合设计型实验则要求学生撰写包含论点、论据、分析与结论等内容的报告。初次撰写报告时养成严谨的习惯非常重要。我们会在学生首次撰写报告前，给出一个完整的示例，并指出其中必须遵守的规范，讲解如何在报告中展现实验内容和实验效果。

4 考评体系的改革

传统的实验课程考评体系中，成绩主要由学生实验报告的质量和课程结束时的一次操作考核来决定。在此实验改革中，我们将过程化考核机制引入实验教学，制定阶段性的考核目标。按实验内容将考核分为图1所示的几个阶段。先设定每个阶段的考核目标。以某个基础型实验为例，基础型实验考核采用解决问题的方式逐个考核，针对学生的实验报告，老师提出相关问题，例如谐振点的测量，要求学生在规定的时间内完成。主要考核学生对任务的理解程度和对仪器的掌握程度。老师根据其实验报告和考查结果给出该过程任务的成绩。综合设计型实验以报告会和作品展示相结合，采取分组提交形式，考核学生的电路设计能力、故障排查能力和团队合作精神，以论文方式总结设计过程。每一个设计型任务经过考核会得到一个成绩，该实验课程的最终成绩由每一次过程化考核的成绩加权平均得到。

5 结束语

电路与信号系统实验作为高校电子信息类专业的重要基础实验课程，起着承上启下的作用。此次实验改革的实施对老师和学生均提出了更高的要求，其效果也非常显著，学生的学习积极性得到提高，并且使有自主性的学生有充分发挥潜能的空间。对于大部分学生来说，此次改革不仅巩固和拓展了其理论知识，也使他们的独立思维能力、动手能力和创新能力得到锻炼和提升。

[1]俎云霄，王卫东，张健明，等.基于课程群的电子信息类专业基础课教学改革[J].现代教育技术，2010，20(13)：34-36.

[2]付成华.关于高校实验室建设与本科实验教学的几点思考[J].高等教育研究，2009，26(3)：47-49.

[3]林红，陈雪勤，李富华，等.电路与信号系统实验教程[M].苏州：苏州大学出版社，2013.

[4]孙韬，侯世英，周静，等.Multisim软件在含受控源线性电路教学中的应用[J].电气电子教学学报，2010，32(增刊)：179-181.

[5]张志立.基于Multisim技术的电路实验[J].实验科学与技术，2010，8(1)：15-18.

[6]徐向民，邢晓芬，华文龙，等.Altium Designer 快速入门[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[7]孙曼利，司轶芳.电路实验教学的改革与探索[J].实验科学与技术，2010，8(4)：61-63.

[8]王土央，高原.信号与系统分析课程实验教学改革探索[J].实验技术与管理，2011，28(12)：11-14.

[9]姜胜辉，成海燕.提高实验室管理工作质量的措施[J].实验科学与技术，2011， 9(6)：179-180.

Process Teaching Reform of Circuit and Signal System Experiment

LIN Hong, CHEN Xueqin, SUN Bin, LI Fuhua

(School of Electronics and Information Engineering, Soochow University, Suzhou 215006, China )

In order to meet the needs of the classification training and excellent engineers plan, we carry on the reform to the circuit and signal system experimental courses. This process teaching reform involves several aspects, including the experiment content, the experimental procedures and the scoring method. In this paper, the specific reform method of the experiment course is described in detail. In practice teaching, the actual effect of the reform is obvious. The students’ practice ability and innovation ability are improved.

circuit; signal system; experiment; process; teaching reform

2014-09-11

2013年度苏州大学院级教改基金资助项目(yjg201305)。

林 红(1966-)，女，博士，副教授，主要从事电路、信息处理与控制等方面的教学与科研工作。

G642.0

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.04.030