电路分析基础实验教学的优化与实践

李艳梅，陈庆华

(肇庆学院 电子信息与机电工程学院，广东 肇庆 526061)

电路分析基础实验教学的优化与实践

李艳梅，陈庆华

(肇庆学院 电子信息与机电工程学院，广东 肇庆 526061)

实验教学的根本目的是培养学生的科研素养，在科学素养内涵的基础上，提出了实验教学目标的三个维度，确定了电路分析基础实验课优化的三个重点，即优化实验内容和实验器材、重视实验教学全过程的质量控制及建立多元化实验教学评价模式。进而提出三个优化重点的具体实施措施,包括增加综合性、设计性实验比重，改进实验仪器，加强实验教学前期、中期、后期的质量把关，建立全寿命周期良性循环教学模式，淡化实验报告在考核结果中的权重，建立多要素考核机制。针对实践情况，提出了完善教学改革的建议。

电路分析基础；实验教学；优化；实践

电路分析课程是电类专业及部分相关专业的一门技术基础课，是低年级大学生连接后续的模拟电子技术、数字电子技术、高频电路等专业课程的首门专业实验课程[1]。电路分析实验是巩固电路理论知识，培养学生分析问题、解决实际工程问题能力的重要环节[2]。学生通过实验教学，巩固和加深理解所学知识、拓宽专业知识面、提高综合运用能力，培养基本科研能力和创新能力[3]。

肇庆学院电路分析实验课程主要对电子科学与技术、通信、电气工程专业的学生授课，包含7个实验，每个实验3个学时。文中探讨了改进电路分析实验课程的教学所取得的较好实验效果。

1 培养学生的科学素养

1.1 科学素养的内涵

教学目标是实验教学的出发点，是实验教学的灵魂。合适的实验目标支配着实验教学的全过程，规划了教与学的正确方向[4]。

1958年，美国学者赫德(P.D.Hurd)提出了科学素养的概念，这是一个融科学知识、科学方法、科学态度、科学价值观等多种因素为一体的复合概念。OECD(国际经济合作与发展组织)认为“科学素养是运用科学知识，确定问题和作出具有证据的结论，以便对自然世界和通过人类活动对自然世界的改变进行理解和作出决定的能力”；中国科技部制定的相关文件将科学素养理解为：科学态度；科学知识、技能；科学方法、能力；科学行为、习惯。众多权威资料中将科学素养分为三个维度：一是科学知识维度；二是科学技能方法维度，包括科学方法和科学技能两个因素；三是科学观念维度。

1.2 实验教学的根本目的

1971年，美国著名学者克洛普弗(Klopfer)提出理工科大学实验教学重点在以下5个方面：(1)知识和理解能力；(2)训练动手能力；(3)实践科学的探索过程，包括观察、测量分析数据、确定问题以及找出解决问题的方法；(4)了解科学家的工作方法；(5)培养对科学的兴趣和科学态度[5]。显然，第(1)～(4)个方面是我们传统意识中关注的实验教学目的，包括提高动手能力、提升探索创新能力。第(5)个方面则是实验教学的根本目标。由此可见，克洛普弗对实验教学目标的理解和科学素养概念的内涵不谋而合，因此将电路分析实验教学的教学目标明确为培养学生的科学素养。基于科学素养的三个维度，围绕人才培养目标的变化，把现代大学本科实验教学目标也分为科学态度、实验方法、实验能力三个维度[6]

1.3 确定实验教学改革的重点

以科学素养和实验教学目标的三个维度为切入点，制定了电路分析“实验教学全寿命周期循环模式”(如图1所示)，重点对其中的实验内容设计、硬件设施配套、实验教学过程、实验评价方式开展了优化和实践工作。

图1 实验教学全寿命周期循环模式

2 优化实验内容和实验器材

2.1 增加综合性、设计性实验的比重

2.1.1 增加独立的设计性实验

实验能力和实验方法是科研人员必备的技能之一，也是培育科学素养的一个重要因素。通过在原有实验内容的基础上增加独立的设计性实验，可以提高学生设计实验的能力，培养探索创新实验方法的本领。

在原有内容的基础上增加了电阻分压器的设计、万用表的组装和调试以及电阻衰减器设计等。例如：电阻分压器的设计，由老师引导学生，根据输入电阻对被测设备的影响和电阻本身的特性，选择合适量级、耐压和额定功率的输入电阻，学生自己确定分压比，设计分压器的结构，评定分压器的精度；万用表的组装和调试，实验室提供电压表、电流表、可变电阻、标准电阻箱各一只，自耦调压器和直流稳压电源各一台，教师讲授万用表的电路图及测量原理，学生自己完成电路组装、实验调试等。通过上述设计性实验的开展，明显提高了学生独立思考、解决实际工程问题的能力，也培养了学生严谨认真的科学态度。

2.1.2 拓展原有验证性实验

在原有验证性实验的基础上，引入综合性、设计性内容。充分让学生“温故而知新”，巩固、加深对理论课电路定律的认识，培养灵活运用知识的能力。例如：在“元件伏安特性实验中”增加非线性电阻反相特性测试的内容；虚拟实验由学生自己设计电路图，测试一阶动态电路时间常数τ等。

2.2 增加“软硬结合型”实验

首先，从较为简单的“验证KCL、KVL的虚拟实验”入手，使学生初步了解并简单应用Pspice电路仿真软件、科学计算软件Matlab。通过使用这些计算机辅助设计软件，绘制电路所需的元器件和仿真分析所需的仪器仪表均可用鼠标直接拖动放到屏幕上，通过鼠标连线，生成完整的电路，省去了用实际元器件安装调试电路的过程，既经济又高效[7]。

其次，将“叠加定理”实验用实际电路和电路仿真两种方式对比进行实验，纳为一个实验。通过两者的现场对比分析，不仅加深了对计算机辅助设计软件的理解和应用，也认识了两者的差异。如实践中存在的电源内阻、元器件模型、仪表测量误差、元件和引线的布局等多种因素都会影响两者间的不同结果[8]。

2.3 优化实验器材，提高实验效率

通过改进实验器材，缩短实验操作时的非技术因素和时间。例如：对元件伏安特性实验中需要的电子元件接插件进行升级。之前使用的接插件，需要通过螺丝刀拧动接插件上的螺丝，实现元件的连接与拆卸，更新后的为自动弹簧式，只需按钮操作即可，避免了前者因手动操作造成的连线不通、重复连接的问题，同时也节省了时间；在“RC一阶电路”实验中，使用可调电容箱代替分立的电容元件，省掉了实验中更换不同容值的分立电容的环节，因电容元件体积较小且引出端易断，容易发生“找不到”和“一次性使用”的现象。引进的电容箱改善了上述弊端，在“提高效率”和“长期节约经济效益”上一举两得。

3 注重教学全过程质量改进

正如产品的质量是“生产出来的”，而不是“检验出来”的一样，实验教学全过程的每一个环节决定了实验教学的整体质量。

3.1 从细节入手，培养严谨求实的科学态度

在以实验操作和实验结果为核心的实验教学模式的基础上，加强实验基本素养的培养。制定了严格的实验制度，强调以科学的态度对待实验数据的真实性，不得马虎，不得涂改和抄袭实验数据，实验完成后，指导教师要检查原始数据，并签字认可；通过加强安全意识培养学生严谨认真的科研态度，实验中严禁用手触摸裸露带电导体，每一次改、拆接线路都必须在断电下进行，避免出现不必要的故障；发现异常现象，如仪表指针猛打，有烧焦臭味、冒烟、电弧及有人触电等，应立即切断电源，报告指导教师，查找原因，排除故障；实验完毕后，学生做好仪器的复位工作，并关闭电闸，清洁实验台面和仪器，待指导教师核准后方可离开。这对树立学生从工程实际出发的严谨的工作作风，培养注重细节、善始善终、科学化、规范化的科研素质，有着积极的作用。

3.2 将预习落到实处

凡事预则立，将自主预习、提交、评价预习报告纳入实验全过程，是提升教学质量的重要手段。预习不仅可以提高学生的实验能力，也是师生双向沟通的桥梁。通过预习，学生明确了实验目的、内容和步骤，也了解了实验仪器的操作规程。对于设计性实验，由学生独立撰写实验方案。将预习结果以预习报告的形式提交实验教师，要求学生最迟在实验课的前一天提交预习报告，由指导教师根据预习报告确定学生预习中发现的实验难点，在实验课时双方教与学更高效、更有针对性。

就电路分析而言，实验预习包括实验内容预习和实验设备预习[9]。根据两者预习结果，撰写预习报告。预习报告不是简单地抄写实验讲义，更不能千篇一律，而是加入自主思考结果的部分，体现自身对该实验目的的理解、实验内容的认知程度、薄弱环节、仪器设备的使用要点等。

例如，RC一阶电路的预习，通过对实验所用仪器GFG-8015G型函数信号发生器的预习，了解性能指标、面板构造、使用方法，并深入思考实验讲义中“使用注意事项”背后的问题。如为什么输出端短路会损坏仪器，输出接地端如果没有和被测电路的接地端连接会给实验带来什么影响；根据实验目的，自己是否可以提出实验步骤或者那些内容是自己的短板。通过这种细致认真的预习，可以切实培养学生独自思考、自主学习、钻研进取的科研素养。

3.3 充分发挥学生的主观能动性

树立“教”为“学”服务的理念，“教”为辅，“学”为主。 在部分验证性实验中，改变学生依照实验内容和实验步骤按部就班“按方抓药”的惯例，让学生独立思考，集体讨论，分组撰写实验方案。实验前，老师抽查实验方案，并适当讲解修正。在实验过程中，由学生根据具体实验情况和实验中遇到的问题补充完善实验方案。

尝试在实验讲义中，不直接给出电路连接方法，由学生根据实验目的，自己画出电路图并实际布线。在元件伏安特性实验中，由学生设计混联电路的测试电路；在三相交流电路中，学生自己动手实现三相交流负载电路的星形连接和三角形连接。

3.4 加强实验后的双向沟通总结

树立重视过程、不断改进质量的提升观。实验操作结束后，预留一定的时间，供师生双方就具体实验过程中发现的问题、产生的困惑或引发的新思路等展开讨论，并以纪要的形式纳入教学材料。对实验效果进行分析，将分析结果反馈至实验教学目标设计和实验内容的改进中，形成(参见图1)全寿命周期教学循环模式。

4 建立多元化教学评价模式

根据科学素养的三个维度，建立多元化教学评价模式。将实验教学评价贯穿于全部实验过程，从不同侧面对学生进行考查和激励，从而引导学生更加重视平时实验的积累和实验技能的训练[10]。淡化实验报告在实验考核中的权重或优化实验报告内容，在原有的实验报告中增加预习报告、课堂讲授摘要、创新思考等部分[11]。对于验证性实验，重点考核放在学生对实验操作过程的规范性和实验结果的正确性[12]；对于综合性实验，重点考核学生以多元实验方法为载体，对复合型知识的理解和应用；对于设计性实验，学生根据实验条件，自己设计实验方法，制定具体的实验操作步骤，完成实验。在此基础上，制定了如表1所示的电路分析基础实验成绩评价表。当然，这并不是说这种评价方式最合理，也不意味着实验考核一定要机械地采纳这种评价方法，而是体现了多元化实验教学评价改革的一种导向。

5 取得的效果及建议

通过对电路分析基础实验教学进行优化和实践，综合调查显示，学生独立动手完成实验的能力有所提高,科学规范严谨的科学素养逐步形成,总体教学质量显著提高。

在全国第11届大学生电子设计竞赛广东赛区比赛中，我院参赛成绩较往年有了很大的进步，25支代表队中，有一项作品荣获省一等奖，多项作品获省二、三等奖。针对实践情况，提出以下3点建议：

表1 电路分析基础实验成绩评价表

(1)对于综合性、设计性实验，建议由现在的每个实验3个学时增加为4个学时，以满足实验深度、教学任务量的需求。

(2)实验教学改革是一项长期工作，贵在落实、持续改进。建议学校层面建立相应的规章制度，重视实验教学工作，完善实验教学公开课制度。建立学生评教机制，加强实验教学全程的质量监测，及时解决出现的问题，总结经验，动态改进实验教学质量并固化实验教学成果。

(3)实验教学优化后，实验教师的工作量较以往有所增加，学生的任务量也较以往饱满、复杂。建议建立相应的激励制度、开展多种竞赛活动，设置优秀示范课评奖、充分调动、发挥教师和学生的积极性和主观能动性。

6 结束语

通过电路分析基础实验课的优化和实践，有利于提高实验教学质量，提升学生的科研素养，也为其他课程教学改革提供了宝贵的经验。任何一门课的教改都是一个动态持续改进的螺旋上升过程。落实、优化改革措施，固化改革成果，势必推动高校整体实验教学水平的大幅度提高。

[1]王静,邢冰冰.电路分析实验教学改革的实施[J].实验技术与管理,2009,26(9):131-134.

[2]金波,刘开健.电路分析实验改革与创新意识的培养[J].实验科学与技术,2010,8(1):85-87.

[3]宋凤琴,牛晓平,朱昌平,等.如何在电路实验中贯彻现代实验教学理念[J].实验技术与管理,2007,24(8):104-106.

[4]赵建华.高校实验教学目标探析[J].高教探索,2012(4)：71-73.

[5]KloferLE.Evluationoflearninginscience.In:BloomBS,HastingJT,MadausGF(eds.)HandbookofFormativeandSummativeEvaluationofStudentLearning[M].NewYork,McGraw-Hill,1971.

[6]田健仲,朱虹.电路分析实验教材的改革与实践[C]//北京高等教育学会教材工作研究会.探索的脚步—— “十一五”北京高等教育教材建设论文集.北京：电子工业出版社，2010：319-322.

[7]李夏.电子技术实验课教学浅析[J].南方论刊，2003(8)：62.

[8]张文婷,王紫婷.电路分析实验课程教学改革的研究与探索[J].实验室研究与探索，2010,29(5)：146-148.

[9]李晓冬.电路分析基础实验教学改革与实践[J].科技信息,2009(33):472-474.

[10]祝秋文.电路分析实验教学评价模式的探索与实践[C]//河南省科学技术协会.教育部中南地区高等学校电子电气基础课教学研究会第二十届学术年会论文集.北京：高等教育出版社，2010：513-515.

[11]李海燕,赵汗青.实验教学创新的研究与探索[J].实验室研究与探索,2009,28(8)：115-117.

[12]林伟君.多元化实验考核的实施研究[J].实验室科学，2011,14(2)：201-203.

Implementation and Optimization in the Circuit Analysis Experiment

LI Yanmei, CHEN Qinghua

(Faculty of Electronic Information and Mechanical Electrical Engineering, Zhaoqing University, Zhaoqing 526061, China)

We put forward the basic purpose of experiment teaching is fostering scientific literacy of students. Then, we confirm three key points of teaching-reform in the circuit analysis experiment based on the connotation of scientific literacy, optimize experiment contents and experimental apparatus, pay attention to quality control of the whole process of teaching, set up diversification experiment teaching assessment model. Meanwhile, we propose concrete measure based on the three points. These includes increasing the number of integrity and designable experiments, improving experimental apparatus, reinforcing the quality control of during the whole experimental process, establishing virtuous period cycle teaching modal, desalting the score of test report.Finally,we put forward some proposal of improving teaching-reform in the circuit analysis experiment.

circuit analysis; experiment teaching; optimization; implementation

2013-12-30；修改日期: 2014-02-26

李艳梅(1981-)，女，硕士研究生，工程师，研究方向：电子科学与技术、实验室管理。

G642.423

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.029