新工科背景下“电子技术实验”教学的探索实践

杨俊洁，南余荣

（浙江工业大学信息学院，浙江 杭州 310023）

0 引言

2017 年2 月，教育部高等教育司正式发布《关于开展新工科研究与实践的通知》，以“培养引领未来技术与产业发展的卓越工程科技人才”为目标，提出了“新工科”理念，启动了新工科建设，为我国高等工程教育指明了方向。随着科技水平的飞速提高，中国经济蓬勃发展，对工程科技人才提出了更高要求，高校应发挥自身优势，加强学生实践能力和创新能力的培养，以适应地方经济发展和企业技术创新的要求。有效推进实验教学建设，培养学生解决复杂工程问题和实践创新能力，以应对新一轮产业变革和科技革命带来的挑战，这是高校实验教学要达到的教学目标[1-2]。

“电子技术实验”是高校电子信息、通信工程、电气工程、计算机，及其他工科专业开设的一门必修的电子类专业基础实验课，具有涉及知识点多，仪器操作性强，课程内容实践性强的特点。课程在加强学生的动手能力和理论联系实践的能力方面，以及对学生参加电子类学科竞赛和工作岗位适应度等方面都有非常重要的作用。电子技术实验教学要适应课程定位要求，达到教学目标，需要不断探索如何提高学生综合实践和创新能力，为学生在后续课程的学习打下良好基础。

1 教学方法改革

1.1 循序渐进善于引导

“电子技术实验”是高校工科专业普遍开设的一门基础实验课，学生来自包括电子信息、通信工程、电气工程、计算机、机械工程等多个专业，不同专业的学生由于学科知识结构、侧重点有很大差异，使得他们在电子技术基础知识的掌握程度参差不齐。要使实验教学对不同基础的学生都能得到良好的教学效果，需要教师进行正确地引导。“兴趣是最好的老师”，如何引发学生对电子技术实验的兴趣，教师的作用不可低估。有些教师在讲授知识时，喜欢将书本内容复刻下来，一步步推导公式，学生往往在面对这些高深的公式推导时感到茫然，不知这些推导的目的是什么，知识的趣味性也消耗殆尽。其实每个重要的知识点都是有其历史根源的，将这些发展历史引入授课中，可以让知识点的脉络变得更清晰，复杂的公式也会变成对实验现象的符号总结，难学的知识变得简单而亲切。以半导体三极管教学为例,三极管往往被说成是可放大的电流和电压。事实上，从它产生的历史可以清楚地看到，被放大的是电流或电压的变化量。最早是约翰·弗莱明利用爱迪生效应发明了真空二极管，进行无线电检波，把微弱的无线电信号发大；后来李·德弗雷斯特发明了带有栅极的真空三极管，可以进行变化电流的放大，并最终制作了世界是第一个音频放大器；再后来，贝尔实验室的三位科学家在半导体上实现了现代意义的晶体三极管，但是它的工作原理和最初的真空三极管是一致的，它们都是通过控制栅极的电流，来进行变化电流或电压的放大作用。通过讲授三极管的发展历史，可以让学生很容易地理解三极管的放大作用，还有基极、集电极、发射极等听上去怪异的概念，并理清楚它们之间对应的数学关系。再引入这些技术对社会发展、改善人民生活产生的巨大影响，与现在的科技前沿与电子技术的密切关系，及面临的挑战和现在发展中遇到的难题，激发学生的好奇心。这样的引导在教学中产生了较好的效果，让学生理解了原理后，在电子技术实践中体验到学习的乐趣，并创造条件使之长期保持。

1.2 增加设计型实验的比重

为了更好地调动学生的学习积极性，在打好前期验证性实验的基础之后，可以在后续综合性强的实验中融入某些实际生活相关的内容[3]。例如，在进行计数器74LS192 的实验时，以前的实验内容是将192 组成12 进制计数器，然后将脉冲计数计数结果用数码管直接显示出来；现在的实验内容进行了修改，用计数器加数码管，制作完成一个显示小时和分钟的电子钟，增加了六十进制计数用于电子钟的分钟显示，十二进制计数器进行电子钟的小时显示，简单的修改，却大大增加了实验的实用性，让学生发现所学的知识可以用于实际生活，大大增加了学习兴趣，取得了良好的效果。

基础型实验主要培养学生动手操作能力和知识应用能力，而综合设计实验在培养以上能力的基础上，还培养了自主研究探索能力。因此在实验内容中，增加一些设计型实验，可以很好的锻炼学生的设计、创新能力[4]。目前的电子技术实验不论是模拟电子实验，还是数字电路实验，都在最后的环节增加了大型的设计实验内容。教师提出每个实验的设计要求，让学生查找资料，结合实验教材进行电路及参数设计，最后在实验室检验完成自己设计的电路，这在很大程度上调动了学生学习的主动性。例如，模电课程设计要求完成方波、三角波的波形发生器，并且需要的直流稳压电源也要自己设计完成，对整个电路供电。这个实验把前面所学的集成放大电路、电源电路等分开的教学内容串联到了一起，学生需要合理运用所学知识，完成设计要求，要查资料，做修改，对知识的整合和创新，起到很好的锻炼效果，并且实验内容对后续的课程学习以及参加电子设计竞赛等，都有很好的帮助。

1.3 引入仿真软件辅助教学

在电子技术实验教学中引入multisim 仿真软件辅助教学，是对传统实验教学重要的补充。通过计算机软件模拟来完成实验过程，具有直观、方便、可重复操作等优点，可以不受时间和场所的限制。让学生在实验前利用仿真软件进行预习，通过仿真练习，进行电路分析和设计，特别是可以随意变动实验参数，检验对实验电路的影响，使得学生对实验原理的理解大大加深，对实验目的、实验内容都会有一个更直观的了解。仿真时得到的各种数据和波形，可以让他们掌握预期得到的实验结果；然后再进入实验室，进行实际操作，做到每个实验步骤心中有数，得到了很好的效果[5-6]。这种方式激发了学生自主学习的积极性，使他们在实验中碰到问题时，可以更好地找到针对性的问题并解决，大大提高了实验分析、调试的能力，有效提高了学生实验成绩；并且使学生掌握一个新的电路设计方法，在仿真调试的过程中，拓展了知识面，激发了学习热情，使他们对于电路知识不再感到高深莫测，也有助于创新能力和创新思维的培养。

2 基于学情分析创新教学模式

电子技术实验作为工科专业的基础实验课，学生来自全校多个专业，不同专业的学生电子技术基础知识的掌握程度差别较大。学生在刚接触电子技术实验时，对实验模式及方法不熟，基本的仪器操作也不了解，这就要求教师在讲解实验时，要把实验中各种可能普遍碰到的问题提前预判，对实验要求及调试方法等，细致讲解清楚。对不同基础的学生，碰到的问题也不尽相同，例如计算机学院的学生因为之前没有上过电路方面的课程，没有接触过示波器、信号源等基本实验设备，所以在讲解时，要考虑到这点，即使是最基础的示波器探头的连接方式，也要耐心讲解清楚。另一个没有电路课程基础的学生最容易碰到的问题，就是不给芯片连接电源线，原因是实验教材上的电路原理图中的芯片默认都是加好电源的，因此，不会画出电源引脚，所以学生容易忽视这个问题。这些在实验指导过程中需要非常耐心讲解，尤其现在的学生大多是独生子女，心理素质较为脆弱，所以在进行实验指导时，需要教师照顾学生的情绪，保持耐心、细心以达到良好的教学效果[7]。

在实验中，学生碰到实验结果一直出不来的时候常常怀疑是器件有问题，有些时候，器件的好坏很容易判断，比如74LS00 之类的逻辑功能器件，通过接高低电平就能验证，有些则不能够一下判断出来，需要搭接一些小电路，而学生有时因为怕麻烦，有的可能因基础知识不够牢固，不太能够将所学的知识用在当下的情景，不知怎么检测。为了保障实验的顺畅性，在指导实验时，可以在旁边搭建一些检测小电路，方便学生测试自己的实验元件是否故障，让他们把更多的时间和精力放在实验相关的电路分析检查上。这些小电路在实际实验中起到很好的效果，学生不会因无根据怀疑器件，而错过了真正该去关注的知识点的练习。

3 实验室的开放建设

目前笔者的学校电子技术实验室在教学大纲安排的实验课程之外的时间，是面向全体师生开放的，既可以让学有余力的学生在课余时间来实验室进行自己想做的电路设计；也可以给实验情况不理想的学生提供实验重做和补做的机会，这样学生在实验学习中有更大的空间，可以针对自身情况进行相应的调整；在完成实验教学任务的同时，开放实验平台还可以进行学生自主选题，大学生创新实践、电子设计竞赛、毕业设计等，实验室提供进行实验所需要的条件，学生在相关教师的辅助下，参与科研项目。开放实验室可充分利用实验室资源，为师生服务，提升高校的办学水平，是实验教学改革的必然趋势。实验室的开放模式可以充分调动学生学习的积极性和主动性，发挥他们的想象力与创造力，也让实验室的资源得到充分利用。实验室在对外开放过程中，需要特别注意安全教育，避免安全事故发生。进入实验室的人员都需要接受实验室的安全培训；严格遵守实验室安全操作规程。实验老师在每次实验后会对实验室仪器设备进行安全检查，防范安全隐患[8-9]。

4 实验考核模式的改革

电子技术实验在历经课程改革后，目前属于独立设课的实验，因此考核模式从传统的每次实验的预习准备、实验操作表现以及实验报告，来进行打分评判，又增加了最后的期末实验考试，形成了比较完整的的考核方式，而考核方式中最关键的一环就是期末的实验考试。因为是独立设课，所以同其他课程一样，有最后的期末考试，但是考试方式是通过做实验来进行。与理论课考试的区别在于，学生因为更换元器件的原因，是可以在实验室内走动的，因此可能会其他同学有接触。为了保证考试的公平性，每次实验考试，都会在设计要求上做适当地修改和调整，出具多道参数要求和实验内容有区别的考试题目，学生通过抽签的方式，确定自己的题目，使得每位同学的题目要求与周围的尽量不一样，最大程度地避免抄袭或讨论的现象出现。具体操作如下：每位学生依次抽签，发放对应题目试卷，学生根据自己题目试卷的实验内容和设计要求，现场进行电路设计，包括对电路原理图中元件参数的计算等；按照设计的电路图，选取元器件，搭建实验电路，并完成对实验电路的测试；记录实验数据，完成对实验数据的处理和计算，对实验结果进行简单的故障分析和误差分析等；最后由教师验收实验结果，上交试卷。这样的实验考核方式，因为必须通过现场操作完成实验，所以较好地体现了学生的实验能力和对实验课程知识的理解程度，比较客观地反映了学生的实验课程水平，取得了良好的效果。

5 结语

新工科背景下，高校教育更注重学生综合素质的培养，实验教学在这方面有着重要的作用，在整个教学环节中已不再是理论教学的补充，而是成为了独立设课的单元。我校电子技术实验在实际教学中进行了多个方面的探索，把理论知识与实践教学有机结合，教学中注意知识循序渐进，有效引导，激发学生学习主动性和学习兴趣；实验设计上结合实际生活，增加综合设计类的实验，改革考核方式，启发学生独立思考，培养学生解决实际问题的能力和创新的能力；运用仿真实验和线下实践相结合的方法，科学有效地提高教学效果等等，这些措施取得了良好的教学效果，为学生营造了开放、有序的实验教学环境，激发了学生实验的兴趣，提高了学生的实际动手能力和创新能力。当然实验教学的探索之路还很长，我们会不断完善电子技术实验教学的教学模式，以达到提高实验教学质量的根本目的。