基于赛耶模型的电子线路实验教学改革

白雪梅，李 哲，张晨洁，汤云琪

（长春理工大学电工电子实验教学中心，长春 130022）

0 引言

中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《加快推进教育现代化实施方案（2018-2022 年）》中明确指出：加快推进现代化高等教育内涵发展。在大学生的实验课程方面，要落实培养学生的实践能力［1］，不走过场，培养学生在解决问题上的独立思考思维与创新思想。电子线路实验课程是电信类专业重要的技能基础课，该课程属于电子线路理论的配套实践环节。通过本实验课程可以提高学生对电子线路的基本理论知识的理解程度，掌握相关电子线路工程技术规范操作以及科研设计可行性分析方法［2］，使学生加深理解所学的理论知识，并将理论知识运用到实际电路设计过程中［3］，增强基础知识运用能力和电路实践能力。

1 实验方案改革原则

1.1 传统实验教学存在的问题

传统的电子线路实验教学的培养与社会需求的发展出现了不平衡状态，传统教学满足不了技术岗位日益对技术人才的需求，这些问题都对传统实验教学方式提出了巨大的挑战［4］。传统实验教学更倾向于验证性实验［5］，缺少设计性实验，更多的是学生按照老师指示，机械地按照实验步骤操作，学生思维得不到锻炼，也不能培养独立思考解决问题的能力。传统教学方式和考核方式单一，仅仅根据提交的实验报告作为考核依据，不但忽略了实验的具体过程，也无法培养团队之间的合作意识。教师应该提供给学生更多独立解决问题的空间和条件，在培养方法上做到让学生通过实践掌握技能［6-8］。

1.2 基于赛耶模型的实验教学改革

由希尔瓦努斯·赛耶创建的赛耶模型，是一种使用四步循环模型解决问题的模型［9］（见图1）。

图1 赛耶模型

赛耶模型需要教师先对学生提出一个问题，描述具体要求，确定解决问题的方法，然后再提出新的问题，这就又开始了新的循环。通过每一次循环将重点范围不断缩小，这样能够更加明确问题的最好解决方案。通过问题的不断提出，教师起到揭示与引导的作用。学生通过赛耶模型，带着目的解决问题，使学习目的明确。学生通过每一次的问题提出，每一次的循环，层层渐进学习。基于赛耶模型设计的实验教学改革方案框架如图2 所示。

图2 方案框架设计

2 实验教学案例

结合电子线路实验教学中“数控直流稳压电源”的案例，完成此次教学改革的探索。经过前期课程的学习，学生已经掌握了一定的电子线路的知识与相关实验仪器的基本操作。因此，实验内容选择以学生自主学习为主，结合赛耶模型的教学理念让学生完成“数控直流稳压电源”的设计，综合所学的相关知识，画出所设计电路的原理图，说明整个分析的过程，并利用电子设计仿真软件验证所设计的电路，最后完成硬件电路的搭建，提高学生的独立思考与创新实践的能力。

2.1 第1 轮循环

（1）确定问题。首先与学生一起分析研究整个实验设计的基本要求，例如，在“数控直流稳压电源”实验中，第1 轮循环应该根据设计要求完成电路原理图的设计，但是对于学生来说难度比较大，所以可以先抛出一个简单的问题，比如根据所学知识，基于需要完成的具体功能，这个电路图需要哪些部分组成？或者D/A转换电路是将数字量转换成模拟量，那么它可以由什么来构成？学生可以对这些问题进行头脑风暴，积极讨论分析。

（2）具体要求。第1 次循环的要求可以比较低，但是随着一点点深入探究，逐渐提高和细化相应的要求。例如，教师可以要求学生4～6 人1 组，根据提出的问题，做出一系列的分析与研究，了解到需要A/D转换器、直流稳压电源、显示电路、放大电路、D/A 转换器完成输出电压的数据控制，并且需要数码管显示电压的大小等。学生根据这些要求设计与分析结果，互相讨论研究电路图每一部分应该如何设计。

（3）可选择的解决方案。学生根据列出的要求提出解决方案，小组与小组之间互相汇报讨论，将每个小组分析研究出的电路实现的功能、部分组成以及如何设计进行相互探讨，教师对小组讨论的发展进行引导，使学生完善电路设计图。

2.2 第2 轮循环

重新定义问题：由学生独自思考器件的选择、参数选择计算、分析过程；通过第1 轮循环，学生已经明确目的，在第2 轮循环中，学生学习目标层层渐进，提出新的问题，为了实现第1 轮目的，应该选择哪些器件，不同型号器件的不同参数对整体电路图有什么影响。经过分析，确定最终选择的器件并计算选择的参数是否能达到预期目的。在“数控直流稳压电源”实验中，教师将学生继续以小组的形式对实验器件选择进行分析与探讨，例如应该用哪种运算放大器以及多大的电容与电阻？这些都需要学生认真的思考与计算，教师应做适当的引导，提高学生积极参与的热情与自主思考能力。

2.3 第3 轮循环

提出新的问题：能否实现所设计的电路功能。为了减少器件损耗，在搭建电路之前，合理利用仿真软件验证设计的电路是否能实现功能［10］。采用美国NI公司的电路仿真工具Multisim10，通过仿真可以明确了解各器件在电路中起到的功能，参数选择是否合理，并验证能否实现“数控直流稳压电源”电路功能，电路设计是否可行等问题。在仿真成功后，完成电路的搭建和焊接。搭建电路时要注意元器件的摆放，考虑三极管的各端接入电路后的功能，提醒学生电容的极性对整体电路的影响。学生搭建电路后在教师的检查下加入交流电源。在实验完成后，指导学生填写实验报告作为实验成果考核的一部分。

2.4 教学考核

传统的实验教学考核，依据实验报告给出实验成绩，指标粗略难以评估学生专业技能的掌握程度和个人综合素质。基于赛耶模型的教学方式中，制定了相应的教学考核要求，细化学生的得分标准，能够更准确地评判学生在实验过程中的学习情况。在第1 轮循环中由教师抛出问题，引发学生参与实验学习的积极性，根据具体要求，学生提出可解决的方案，依据学生的参与程度得分，此部分权重为30%；第2 轮循环，依据学生对器件的选择正确和参数计算是否正确，给出相应的分数，此部分权重为20%；第3 轮循环中依据电路图的仿真结果、电路搭建焊接，此部分权重为30%；出勤与实验报告完成情况的权重为20%。具体的评分策略如表1 所示。

表1 评分策略

3 教学反思

3.1 注重基础，正确引导

在教学设计和实施的整个过程中，注重学生对专业课的掌握情况，了解学生的基础［11］，并相应导入适合学生当前知识水平和能力发展的问题［12］。确定问题后，教师扮演揭示者的身份，依据学生现有的基础引导学习方向。为了让学生更加积极主动地参与整个实验探究的过程，教师结合生活中的实例或者更加通俗易懂的方法引导学生思考，避免因问题太过抽象而影响了学生参与的热情。

3.2 鼓励思考，开放探究

利用赛耶模型学习的过程也是学生边提问边学习的过程。大多数学生面对实验课无从下手，不敢提问，教师应鼓励学生开放性的思维［13-15］，不局限于书本上的知识内容，积极参加讨论，敢于提出问题。不怕出错，勇于思考，大胆提问才符合赛耶模型的教学方式［16］。

3.3 课内外相结合

由于实验教学时间和条件的限制，教师可以提前布置课堂上所提出的问题，并让学生围绕这一部分的知识进行充分预习，合理安排活动，提高教学效率，并且课下还可以倡导学生积极参与一些相关的电子设计比赛，提高学生的实践操作能力与专业素质。

3.4 充分利用虚拟仿真实验

实验教学是通过大量的实验来建立学生的学术素养和实践素养，教师应调动学生积极参与虚拟仿真实验的积极性，通过“虚实结合”的教学方式提高学生的创造性和工程意识，不仅仅只是按照电路图搭建，而是学生的每一步操作步骤要具有实际的操作意义。

4 结语

基于赛耶模型的电子线路实验课教学方法相比于传统的实验教学设计体现了“以学生为中心”的理念，不仅锻炼了学生自主探索的能力，还增加了自我表达的机会，在多次循环中逐渐完成整个实验的核心。教师能够了解学生的基础情况，把握实验操作的难易程度，引导学生发现问题的方向。学生通过主动探索发现，设计解决方案，不断提出问题，使学生专业技能的学习有了更好地提升。同时，基于赛耶模型的教学实施能够培养学生查阅参考文献、独立思考、设计电子线路相关问题的能力，培养学生严谨认真的工作作风与科学态度，提高学生的创新意识，用心培养专业素质高并且实践能力过硬的应用型人才。