以工程技能培训的思路编写电子技术实验教材的体会

于海雁，李晓游，庞 杰，汤永华，薛 丹

（沈阳工业大学 信息科学与工程学院，辽宁 沈阳 110870）

以工程技能培训的思路编写电子技术实验教材的体会

于海雁，李晓游，庞 杰，汤永华，薛 丹

（沈阳工业大学 信息科学与工程学院，辽宁 沈阳 110870）

该文以应用型本科院校电子技术实验教材编写为例，分析了实验教材建设的必要性，指出了目前实验教材中存在的问题，提出了改进措施。结合编写的《电子技术实验教程》教材，介绍了以工程技能培训的模式编写实验教材的思路。学生的实验过程不再是按着实验指导书的程式化操作，而是理论知识的加强和实验技能的提升。如何通过基础课程的实验教学，培养学生积累工程实践技能，启发学生萌芽的创新意识，通过教材中的范例，给出了一些观点和经验。

电子技术实验；实验教材；技能培训；创新意识

实践教学是理工科人才培养非常重要的教学环节，是培养学生动手能力的重要途径。不论是“工程教育专业认证”还是“卓越工程师教育培养计划”都明确指出，要着力提高大学生解决实际问题的实践能力和创新创业能力。随着国家高等教育改革计划的实施，应用型本科院校、专业逐年增加，实践教学的重要性不言而喻［1－3］。

电类专业学生入学后接触的第一门在实际中经常用到的技术基础课就是电子技术，电子技术实验是培养学生实践能力、工程素质和创新意识的“起点”。在实践教学中，实验教材的质量是影响教学的关键因素。鉴于各实验教材即要有配套的实验设备，又要结合本校学生的实际情况，因此电子技术实验教材大多还是各自为政，各具自己的特色［4－5］。在“大众创新、万众创业”成为国家战略的大背景下，以工程技能培训的思路，沈阳工业大学电子技术教学团队编写了《电子技术实验教程》一书。

1 实验教材存在的问题

大部分传统实验指导教材对每个实验均按照实验目的、实验原理、实验设备、实验步骤、实验注意事项等程式化的实验教学方案编写，学生只要按照指导书的步骤操作、填好记录数据表格即可。因按部就班的实验教学模式不利于工程技能的培训和创新意识的培养，编写模式需要做出适当的调整。如何通过指导学生实验的过程，使学生创新意识和创新能力得到有效启蒙、积累和培育，是编写实验教材的重要改革趋势［6－7］。

2 改进实验教材的措施

实验教学中技能培训要达到的目标是：能够引导和启发学生通过实验，在项目选择、方案设计、仪器选择、实验数据记录和报告总结等过程的训练，提高分析问题和解决问题的能力，提高理论和实践关联的认识，通过分级实验来培训实验技能［8－9］。这种技能培训模式，不纯是理论教学的辅助和简单验证，也不再是程式化履行实验操作流程，而是加深了理论知识的理解，同时也是实验技能的扩充与延伸。实验教材重点放在实验过程的设计、电路和方法描述及引导，避免将实验的步骤描述得清清楚楚，学生只注重实验结果，而不去探索实验的方法、手段、过程及相关知识的应用。

新编实验教材详细介绍了实验要求和实验原理，其中包括设计实例；而没有包含设计要求所需的现成电路，也没用详细的操作步骤，学生需要查阅相关资料，通过自学设计好实验方案，教师在课堂上进行有针对性的指导，即使是验证性实验也采用这种方式。实验中的思考题都是学生易犯的错误和多年教学经验的积累。实践表明，实验教材的这一编写理念，改变了学生对实验教材的过度依赖，对知识的掌握更加深刻，学习效果明显提高。

3 新教材范例及说明

3.1 新教材范例

下面给出《电子技术实验教程》一书中“集成运算放大器的基本运算电路”实验的编写范例［10］。

集成运算放大器是实现电子系统小信号放大功能的重要器件，是模拟电子技术课程理论教学与实验教学的重点内容。通过实验深入理解集成运放的线性区工作条件、深度负反馈、虚短和虚断、叠加定理、集成运放限幅值、零点漂移等。在实验前要认真预习和理解，由此拟定出自己的实验方案。通过全过程的训练，提高分析问题和解决问题的能力，包括具有一定的故障排查能力。实验电路包括了反相比例运算、同相比例运算、电压跟随器、反相加法和差分运算。以下为该实验的节选内容，主要针对“反相比例运算”。

实验六 集成运算放大器的基本运算电路

一、实验目的

1）掌握集成运算放大器正确的使用方法；

2）掌握常用单元电路的设计和调试方法；

3）了解集成运放在实际应用时应注意的问题。

二、预习要求

1）复习集成运算放大器线性应用部分内容；

2）自拟实验步骤及数据记录表格；

3）按实验要求设计电路，有完整的设计过程；

4）从理论上分析得出实验数据及输出波形；

5）根据电路的具体功能和参数，确定合适的输入信号；

三、设计任务与要求

1）反相比例运算电路：Au＝－10、输入电阻Ri≥10 k；

……

四、实验原理与设计实例

图1为反相比例运算电路。为了减小输入端偏置电流引起的运算误差，在同相端应接入平衡电阻R＝R∥R，由虚短和虚断可推导出，即21f式中，u与u反相位，改变R与R的oI1f阻值，可以改变电压放大倍数Au。放大倍数Au可以大于1，也可以小于1。若R1＝Rf，则uo＝－ui，称为反相器。

学生长期以来的发散思维方式就是一题多解，而一般情况下，多种解法的答案都一样，这道题目与现实生活非常接近，只要分配方案合理，答案不是唯一的。我希望学生能思考出更多合理的分配方案，真正的打开思路，拓展思维。

反相比例运算电路的输入电阻Ri≈R1。反馈电阻Rf不能取得太大，否则会产生较大的噪声及漂移，其值一般为几十千欧至几百千欧，R1的取值应远大于信号源的内阻。

图1 反相比例运算电路

五、实验设备与器件

（略）

六、实验步骤

1）集成运算放大器的调零

此部分给出调零电路及具体的调试方法。（略）

2）反相比例运算电路

（1）输入端加入直流电压信号，大小自定。用万用表的直流电压挡或示波器测量输出电压，将数据填入表1中。

表1 反相比例运算的实验数据

（2）输入端加入正弦信号，频率与幅值自定。观察并记录输入和输出的电压波形，测量幅值关系、相位关系。

（3）测量最大不失真输出电压Uom。输入正弦信号频率不变，幅值增加，找到输出电压uo幅值最大且不失真的波形。

七、实验报告与要求

1）画出完整的电路图，说明参数的设计过程；

2）以表格形式列出经整理归纳后的实验数据，用坐标纸画出有关实验波形；

3）对比实验数据，分析误差大小及产生的原因；

4）对调试中出现的问题进行分析，并说明产生的原因及解决的措施。

八、思考题

1）在测试各运算电路中，输出始终为一接近电源值的较大电压，电路可能发生了什么问题？如何解决？

2）在测试各运算电路中，若输入端对地短路，输出电路uo≠0说明电路存在什么问题？应如何处理？

3.2 新教材说明

首先，改变了传统实验教材程式化格式。在实验原理中将集成运放线性区应用知识与实验点相结合，在实验目的中包含实验技能要求。通过实验目的、预习要求、设计任务与要求，把具体一个实验的技能培训过程变得一目了然。其次，通过实验原理与设计实例，学生有章可循，有例可仿，不至于无从下手。下面以反向比例运算电路为例进行说明。

在反相比例运算电路中，设计任务与要求是“Au＝－10、输入电阻Ri≥10 k”，学生通过设计实例讲解分析得出的结论A＝R≈R，

ui1以及电阻的取值范围，即可得出R1、R2、Rf的阻值，完成电路的参数设计。在“实验步骤”中，表1给出了直流输入时，记录数据的表格样式及测量工具，可以作为交流输入时的参考。无论直流输入还是交流输入，都没有给出信号的大小。信号太小，不利于观测；信号太大，导致输出达到集成运放的限幅，输出失真。学生需通过观测波形和数据，确定合适的输入信号大小，这样可以充分理解集成运放的线性区、限幅值等概念，为“测量最大不失真输出电压Uom”指出了测量方法。在预习要求中的“自拟实验步骤”就是要将所给的实验步骤具体化，包括所加输入信号的大小、种类、参数，以及能够清晰记录数据的表格等。实验教材的这种编排模式，体现了重视学生创新意识和创新能力的培养，让教师和学生都有充分发挥的空间，使思维得以发散。

其次，采用这种实验内容安排模式，也考虑到与传统实验教材的延续。学生的能力不同，专业不同对电子技术实验能力的要求也不同。如非电类专业学生可参考实验原理和设计实例及实验步骤，再加上教师的指导，也可以完成实验操作的全过程，即所谓的验证性实验。

3.3 技能培训过程介绍

实验前教师明确哪些技能需要培训和掌握，主要注意事项是什么。比如，反相加法和差分运算交直流共同作用时，采用PPT方式讲解如何读取关键点的数据等。再比如，反相比例运算电路Au＝－10，指导书中只给出确定合适的输入信号并没有明确信号的大小和种类，有的同学输入信号为1 V，结果输出失真为方波信号，查找原因排除多种可能：电路连接错误、连接导线不通、反馈断开了、集成运放损坏等等。学生在教师的提示下，深刻理解了输入信号太大，使输出增大，集成运放进入非线性区，输出为限幅值。随着问题的出现和解决，学生的实验技能、动手能力自然得到了提高，反过来也加深了理论知识的理解。

为了提高学生电子技术的综合应用能力，培训工程素质和技能，实验教材中设置了电子技术综合性实验一章。每个综合实验按照设计任务与要求、预习要求、设计指导进行编排，其中设计指导包括参考设计方案和部分参考设计电路，使学生有足够的发挥空间。目前在电子系统设计制作中，除了规模较小的单元电路，大部分都需要先通过仿真来确定参数，实验教材最后一章为Multisim仿真实验，通过仿真实例讲解，掌握现代电子电路的设计方法。

4 成效与思考

实验技能培训式的实验教学模式，使很多学生有了独立自主做实验的感觉，不再是按部就班被动做实验，自己设计的实验方案获得认可并得出正确的结论，有了成就感，这种小创新的积累就是工程技能与素质的提高，有效地实现了实验教学的目的。

该教材得到了同行的一致好评。2008年正式出版，2010年被评为校教材成果一等奖，2013年被评为首批辽宁省“十二五”普通高等教育本科省级规划教材。2014年修订出版了第二版，将校级电子技术基本技能大赛的优秀作品经整理编入到综合设计性实验。采用实验技能培训模式来编写实验教材，用于基础课实验教学中，有利于学生积累和培育工程素养，激励创新意识，为后续实践环节打下基础。

5 结束语

由于电子技术课程既是基础知识又是技能知识，所以电子技术实验对培养工程素质、提高动手能力显得至关重要。沈阳工业大学电子技术教学团队为省级教学团队，实验教材的编写是团队教师多年教学经验的成果性总结。以工程技能培训过程的思路编写实验教材，激发了学生的主动性和探索性，对应用型本科院校理工科实验教材的编写有一定的借鉴作用。

［1］王春台.高校实验教材编写探讨［J］.实验科学与技术，2011（12）：77－78.

［2］郑鑫.应用型本科院校理工科实验教材建设［J］.中国现代教育装备，2014（21）：147－148.

［3］陈娟，钟永彦，盛苏英.电路与电子技术实验教材的建设与研究［J］.实验教学，2012（6）：128－129.

［4］孙宏国，吕曙东，周云龙.“电子电子实验技术”教材的建设与研究［J］.电气电子教学学报，2009（10）：115－116.

［5］司朝良.应用型本科院校电子技术实验教学模式探讨［J］.实验室科学，2015（3）：133－135.

［6］李震梅，魏佩瑜.培养学生工程应用能力的实践教学改革［J］.电气电子教学学报，2014（6）：99－101.

［7］堵国睴，胡仁杰，黄慧春，等.以项目为导向的电子电路实验研究与改革［J］.电气电子教学学报，2015（6）：98－100.

［8］李晓红.电子技术实践教学改革的探索与实践［J］.教育与职业，2012（12）：161－162.

［9］熊春宇，齐凤河，高玉凯，等.电子技术实验教学模式探索［J］.中国电力教育，2013（19）：164－165.

［10］于海雁，张欣，李晓游.电子技术实验教程［M］.北京：机械工业出版社，2014.

Understanding Obtained from Com piling Experiment Teaching M aterial about Electronic Technology w ith Engineering Skills Training Process

YU Haiyan，LIXiaoyou，PANG Jie，TANG Yonghua，XUE Dan
（School of Information and Science Engineering，Shenyang University of Technology，Shenyang 110870，China）

This paper takes the electronic technology experimental teaching material in application－oriented universities as an example.It analyzes the necessity of the experimental teachingmaterial construction，points out the problems existing in the teaching material，and puts forward the improvementmeasures.Combined with the“Electronic Technology Experimental Course”teachingmate rials，this paper introduced the engineering skills trainingmode，wrote the experimental teaching ideas.Students experimental process is no longer based on the experimental instruction of the stylized operation，but the strengthening of theoretical knowledge and the im provement of experimental skills..The author gives some ideas and experiences of how to cultivate students accumulated engineering practice skills，to inspire students creative consciousness of budding.

experiment in electronic technology；experimental teachingmaterials；skills training process；innovative conscious ness

G423.3

A

10.3969／j．issn．1672－4550.2017.03.017

2016－03－21；修改日期：2016－05－23

辽宁省教育厅基金项目（UPRP20140711）。

于海雁（1965－），女，硕士，副教授，主要从事电子技术方面的教学与科研工作。