基于“理论+仿真+实践”电工电子技术课程教学改革的实践

2022-08-29王艳红冯俊杰

电脑知识与技术 2022年20期

王艳红，冯俊杰

(六盘水师范学院物理与电气工程学院，贵州六盘水553004)

电工电子技术是高等院校非电专业一门重要的专业基础课程[1]，学校开设的专业主要有矿物加工工程、应用物理学、化学工程与工艺、冶金工程、采矿工程、机械电子工程、能源与动力工程、土木工程、环境工程等专业。根据不同专业的人才培养方案因材施教、以够用为基准、力争以最少的时间学习最多的知识，电工电子技术课程安排为理论教学32 学时、40 学时、48学时、64学时，实验教学16学时、32学时。

传统的教学中，因受教学环境、课时量、学生基础等因素的影响，理论课程以教师讲授专业为主，学生参与度较低，且学习较枯燥，很多抽象的、复杂的内容难以清晰地用言语表达，重理论轻实践，与社会需求人才的素养脱节[2]。

实验课程是独立于理论课之外的另一门课程，教学内容以验证性实验为主，学生通常被分为几人一组，且只能按照老师给定的电路图连线[3]，对于基础一般的学生能够满足学习需求，但对于基础较好且学习兴趣浓厚的学生就食之无味，不能充分调动学生的积极性。

目前，大部分课程教学存在理论课与实验课是分离的情况[4]，出现理论课与实验课安排在不同的学期的情况，导致学生在学习过程中很难将理论与实践结合，课堂上需要花时间进行理论知识的讲解，耽误教学进度，不利用学生知识体系的建立。基于此，为解决重理论轻实践、实验课单一、理论与实验分离等问题，进一步提升学生学习兴趣，本文提出“理论+仿真+实践”一体化的教学改革方法。

1 “理论+仿真+实践”教学实践

为了提高教学质量，充分发挥学生的学习积极性，解决重理论轻实践、实验课单一、理论与实验分离等现象，培养学生的工程实践能力和创新能力[4]，文章提出“理论+仿真+实践”的教学改革模式，下面将以其在电工电子技术课程中的实践进行阐释。

1.1 强化课前预习制度，勤学苦练

学习通作为面向移动端的专业化移动在线教学平台[5]，集优秀教学资源、沟通、资料、点名、作业、讨论、统计等功能于一体，为教学活动提供课前、课中和课后的平台支持，师生的教学活动提供了极大的便利。

课前，教师在学习通对应的班级课程群中提前发布课程的学习内容、学习目标、重点难点以及相关的资料，并将知识点设置成任务点，督促学生按时高效率地完成预习工作。通过回顾以前学习的相关内容，观看课程视频、PPT、完成学习通中的任务点，掌握课程最基础的理论知识，带着问题进行课堂学习，有针对性地解决课程的重点难点，积极地进行互动，不断地丰富自己的知识储备，为培养分析问题、解决问题的能力添砖加瓦，同时进一步提升创新意识。

课中，在学习通中设置2个跟本次课程相关的专业知识选择题，学生通过抢答的方式获得答题的机会，回答正确则在平时成绩中加2 分，回答错误则重新开始抢答，以此方式督促和检查学生预习的效果。

课后，学习通还有强大的统计功能，学生在线学习时长、任务点完成情况、作业批改等功能，都为教学活动提供很多便利，也为最终计算学生成绩提供了依据。

1.2 落实小组管理，共克难点

将全班学生分为4人每小组，每组选出1名组长，教学中的一些重要知识点、设计方案等由小组进行协作完成；同时分小组管理有利于实现课堂翻转，教师每学期挑选2次课程进行课堂翻转，由小组自主报名加教师筛选的方式确定讲课名单，每个小组的组长必须对组员进行合理的分工，将小组需要完成的工作进行拆分，设计工作点的得分权重，以公平、透明的方式为小组成员计算分值。其他组的成员和老师以积极报名、教学效果、知识点完成度等作为打分的标准给出不同的分值。

1.3 推动仿真进课堂，惟妙惟肖

掌握电路仿真软件的使用方法对于学习电工电子技术课程具有重要的意义，Multisim是一种交互式电路模拟软件，具有丰富的器件库和各类虚拟仪器[6]。

叠加原理：多个电源作用的线性电路，等于单个电源作用的代数和(电压源短路，电流源开路)。如图1所示，利用Multi‐sim 软件先画出基本的电路图(不包含测量的表)，教学生理论知识的同时，也教学生使用软件。

图1 两电源作用的电路

如图1 所示标出电压、电流的参考方向，闭合回路的绕行方向可设为ADEFA、BADCB 和FBCEF，先测量U1和U2共同作用时，各支路的电流I1、I2、I3和各电阻元件两端的电压UR1、UR2、UR3。

测量U1单独作用时(其他电压源短路、电流源开路)，即BC短接，然后测量各支路的电流I11、I12、I13和各电阻元件两端的电压UR11、UR12、UR13。测量U2单独作用时(其他电压源短路、电流源开路)，即EF 短接，然后测量各支路的电流I21、I22、I23和各电阻元件两端的电压UR21、UR22、UR23。

得出结论：多个电源同时作用时的电流等于单个电源作用的各直流电流之和。多个电源同时作用时的电压等于单个电源作用的电阻元件两端的电压之和.

由此得出应用叠加原理进行电路的计算的步骤。第一是标出电路中所求量的参考方向；第二是画出单一电源作用时的电路并标出参考方向；第三是计算(方向一致取正，否则取负)。

根据图1所示电路，将电路图中的电压源替换为两个电流源，保留IS1、将IS2开路处理，标出电流电压的参考方向，测量电路中的电流值和电阻两端的电压；保留IS2、将IS1开路处理，测量电路中的电流值和电阻两端的电压，两次测量的数据相加，即为两个电流源同时作用电路的结果。

完成电路中多个电压源同时作用于电路的验证测试后，请同学们思考：电流源电压源同时作用于电路应该怎么进行验证？学生按照小组讨论的方式，借助于教材、参考书等设计相应知识点的电路，再次对理论知识进行验证。

移位寄存器可以实现多路彩灯按照不同的节奏变换各种形式，从左往右依次点亮、从右往左依次点亮、从中间向两边散开点亮、左边亮右半灭、右边亮左半灭等现象，移位寄存器的功能难以用言语进行传递，学生听过之后也是雾里看花。通过软件仿真，将实验现象直观地呈现在学生眼前，极大地满足了学生成就感，激发学生的学习兴趣。

在理论教学课堂中引入仿真，用数据说话，学生可以得到更加直观的体验，不再是老师说什么就是什么，而是从实践中得出的答案。

1.4 统筹实验内容，百花齐放

在开设理论课的同学期开设实验课程，通过理论定理、仿真的学习，学生已经对叠加原理、电路图中用到的电源、电阻、导线有了比较直观的印象，再进行实验课程的学习就会事半功倍。

不同专业学生人数有差异、学生对于电工电子技术课程的基础不一致，兴趣爱好也不尽相同，所以对于课程的要求大相径庭，特别是实验课程。

有的学生在课堂上完成验证性的一个实验都觉得披荆斩棘，有的动手能力比较强的学生就觉得验证性的实验是小菜一碟，不费吹灰之力就完成了，故在电工电子技术实验中安排了选做的设计性的实验。挑选生产实践、电子设计大赛等题目中的相关课程内容，安排到学生的选做实验中，为今后参加比赛、融入社会做好充足的准备。

所有学生统一开展验证性实验，提醒学生做实验时的注意事项，比如检查电源是否完好、电路接好前不能开电源等。

首先，学生按照电路图所示找出相应的电源、电阻，拿出导线、万用表等工具。

然后，连接电路，检查电路。

最后，打开开关，利用万用表读出相应的值，经过简单的运算就能得出实验结论。实物得出的结果跟仿真、原理的数据会存在一定的误差，正确引导学生处理误差值。

1.5 推动实践创新，驾轻就熟

“读万卷书，行万里路”，理论知识固然重要，但实践是检验真理的标准。为了学生更好地与社会接轨，非电专业的学生开设理论、实验的学期期末集中安排了一周或两周的电工实习课程，再次对所学知识进行升华。

课程的设置主要以增长学生见识、提升动手能力为主，学生学习的目标：会使用几种常用的电工工具；掌握电路连接中的走线、布局的规则；能够根据电路原理图、电器元器件实物，设计电路；能够正确识别和选用常用的电器元件，并且能够熟练使用数字万用表；具有根据电路图，焊接实物的能力；能够独立完成实验报告，增强写作的能力。