王艷紅，馮俊杰

(六盤水師范學(xué)院物理與電氣工程學(xué)院，貴州六盤水553004)

電工電子技術(shù)是高等院校非電專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程[1]，學(xué)校開設(shè)的專業(yè)主要有礦物加工工程、應(yīng)用物理學(xué)、化學(xué)工程與工藝、冶金工程、采礦工程、機(jī)械電子工程、能源與動(dòng)力工程、土木工程、環(huán)境工程等專業(yè)。根據(jù)不同專業(yè)的人才培養(yǎng)方案因材施教、以夠用為基準(zhǔn)、力爭以最少的時(shí)間學(xué)習(xí)最多的知識(shí)，電工電子技術(shù)課程安排為理論教學(xué)32 學(xué)時(shí)、40 學(xué)時(shí)、48學(xué)時(shí)、64學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)16學(xué)時(shí)、32學(xué)時(shí)。

傳統(tǒng)的教學(xué)中，因受教學(xué)環(huán)境、課時(shí)量、學(xué)生基礎(chǔ)等因素的影響，理論課程以教師講授專業(yè)為主，學(xué)生參與度較低，且學(xué)習(xí)較枯燥，很多抽象的、復(fù)雜的內(nèi)容難以清晰地用言語表達(dá)，重理論輕實(shí)踐，與社會(huì)需求人才的素養(yǎng)脫節(jié)[2]。

實(shí)驗(yàn)課程是獨(dú)立于理論課之外的另一門課程，教學(xué)內(nèi)容以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生通常被分為幾人一組，且只能按照老師給定的電路圖連線[3]，對于基礎(chǔ)一般的學(xué)生能夠滿足學(xué)習(xí)需求，但對于基礎(chǔ)較好且學(xué)習(xí)興趣濃厚的學(xué)生就食之無味，不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

目前，大部分課程教學(xué)存在理論課與實(shí)驗(yàn)課是分離的情況[4]，出現(xiàn)理論課與實(shí)驗(yàn)課安排在不同的學(xué)期的情況，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中很難將理論與實(shí)踐結(jié)合，課堂上需要花時(shí)間進(jìn)行理論知識(shí)的講解，耽誤教學(xué)進(jìn)度，不利用學(xué)生知識(shí)體系的建立。基于此，為解決重理論輕實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)課單一、理論與實(shí)驗(yàn)分離等問題，進(jìn)一步提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，本文提出“理論+仿真+實(shí)踐”一體化的教學(xué)改革方法。

1 “理論+仿真+實(shí)踐”教學(xué)實(shí)踐

為了提高教學(xué)質(zhì)量，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，解決重理論輕實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)課單一、理論與實(shí)驗(yàn)分離等現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力[4]，文章提出“理論+仿真+實(shí)踐”的教學(xué)改革模式，下面將以其在電工電子技術(shù)課程中的實(shí)踐進(jìn)行闡釋。

1.1 強(qiáng)化課前預(yù)習(xí)制度，勤學(xué)苦練

學(xué)習(xí)通作為面向移動(dòng)端的專業(yè)化移動(dòng)在線教學(xué)平臺(tái)[5]，集優(yōu)秀教學(xué)資源、溝通、資料、點(diǎn)名、作業(yè)、討論、統(tǒng)計(jì)等功能于一體，為教學(xué)活動(dòng)提供課前、課中和課后的平臺(tái)支持，師生的教學(xué)活動(dòng)提供了極大的便利。

課前，教師在學(xué)習(xí)通對應(yīng)的班級課程群中提前發(fā)布課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)目標(biāo)、重點(diǎn)難點(diǎn)以及相關(guān)的資料，并將知識(shí)點(diǎn)設(shè)置成任務(wù)點(diǎn)，督促學(xué)生按時(shí)高效率地完成預(yù)習(xí)工作。通過回顧以前學(xué)習(xí)的相關(guān)內(nèi)容，觀看課程視頻、PPT、完成學(xué)習(xí)通中的任務(wù)點(diǎn)，掌握課程最基礎(chǔ)的理論知識(shí)，帶著問題進(jìn)行課堂學(xué)習(xí)，有針對性地解決課程的重點(diǎn)難點(diǎn)，積極地進(jìn)行互動(dòng)，不斷地豐富自己的知識(shí)儲(chǔ)備，為培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力添磚加瓦，同時(shí)進(jìn)一步提升創(chuàng)新意識(shí)。

課中，在學(xué)習(xí)通中設(shè)置2個(gè)跟本次課程相關(guān)的專業(yè)知識(shí)選擇題，學(xué)生通過搶答的方式獲得答題的機(jī)會(huì)，回答正確則在平時(shí)成績中加2 分，回答錯(cuò)誤則重新開始搶答，以此方式督促和檢查學(xué)生預(yù)習(xí)的效果。

課后，學(xué)習(xí)通還有強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)功能，學(xué)生在線學(xué)習(xí)時(shí)長、任務(wù)點(diǎn)完成情況、作業(yè)批改等功能，都為教學(xué)活動(dòng)提供很多便利，也為最終計(jì)算學(xué)生成績提供了依據(jù)。

1.2 落實(shí)小組管理，共克難點(diǎn)

將全班學(xué)生分為4人每小組，每組選出1名組長，教學(xué)中的一些重要知識(shí)點(diǎn)、設(shè)計(jì)方案等由小組進(jìn)行協(xié)作完成；同時(shí)分小組管理有利于實(shí)現(xiàn)課堂翻轉(zhuǎn)，教師每學(xué)期挑選2次課程進(jìn)行課堂翻轉(zhuǎn)，由小組自主報(bào)名加教師篩選的方式確定講課名單，每個(gè)小組的組長必須對組員進(jìn)行合理的分工，將小組需要完成的工作進(jìn)行拆分，設(shè)計(jì)工作點(diǎn)的得分權(quán)重，以公平、透明的方式為小組成員計(jì)算分值。其他組的成員和老師以積極報(bào)名、教學(xué)效果、知識(shí)點(diǎn)完成度等作為打分的標(biāo)準(zhǔn)給出不同的分值。

1.3 推動(dòng)仿真進(jìn)課堂，惟妙惟肖

掌握電路仿真軟件的使用方法對于學(xué)習(xí)電工電子技術(shù)課程具有重要的意義，Multisim是一種交互式電路模擬軟件，具有豐富的器件庫和各類虛擬儀器[6]。

疊加原理：多個(gè)電源作用的線性電路，等于單個(gè)電源作用的代數(shù)和(電壓源短路，電流源開路)。如圖1所示，利用Multi‐sim 軟件先畫出基本的電路圖(不包含測量的表)，教學(xué)生理論知識(shí)的同時(shí)，也教學(xué)生使用軟件。

圖1 兩電源作用的電路

如圖1 所示標(biāo)出電壓、電流的參考方向，閉合回路的繞行方向可設(shè)為ADEFA、BADCB 和FBCEF，先測量U1和U2共同作用時(shí)，各支路的電流I1、I2、I3和各電阻元件兩端的電壓UR1、UR2、UR3。

測量U1單獨(dú)作用時(shí)(其他電壓源短路、電流源開路)，即BC短接，然后測量各支路的電流I11、I12、I13和各電阻元件兩端的電壓UR11、UR12、UR13。測量U2單獨(dú)作用時(shí)(其他電壓源短路、電流源開路)，即EF 短接，然后測量各支路的電流I21、I22、I23和各電阻元件兩端的電壓UR21、UR22、UR23。

得出結(jié)論：多個(gè)電源同時(shí)作用時(shí)的電流等于單個(gè)電源作用的各直流電流之和。多個(gè)電源同時(shí)作用時(shí)的電壓等于單個(gè)電源作用的電阻元件兩端的電壓之和.

由此得出應(yīng)用疊加原理進(jìn)行電路的計(jì)算的步驟。第一是標(biāo)出電路中所求量的參考方向；第二是畫出單一電源作用時(shí)的電路并標(biāo)出參考方向；第三是計(jì)算(方向一致取正，否則取負(fù))。

根據(jù)圖1所示電路，將電路圖中的電壓源替換為兩個(gè)電流源，保留IS1、將IS2開路處理，標(biāo)出電流電壓的參考方向，測量電路中的電流值和電阻兩端的電壓；保留IS2、將IS1開路處理，測量電路中的電流值和電阻兩端的電壓，兩次測量的數(shù)據(jù)相加，即為兩個(gè)電流源同時(shí)作用電路的結(jié)果。

完成電路中多個(gè)電壓源同時(shí)作用于電路的驗(yàn)證測試后，請同學(xué)們思考：電流源電壓源同時(shí)作用于電路應(yīng)該怎么進(jìn)行驗(yàn)證？學(xué)生按照小組討論的方式，借助于教材、參考書等設(shè)計(jì)相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的電路，再次對理論知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證。

移位寄存器可以實(shí)現(xiàn)多路彩燈按照不同的節(jié)奏變換各種形式，從左往右依次點(diǎn)亮、從右往左依次點(diǎn)亮、從中間向兩邊散開點(diǎn)亮、左邊亮右半滅、右邊亮左半滅等現(xiàn)象，移位寄存器的功能難以用言語進(jìn)行傳遞，學(xué)生聽過之后也是霧里看花。通過軟件仿真，將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，極大地滿足了學(xué)生成就感，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在理論教學(xué)課堂中引入仿真，用數(shù)據(jù)說話，學(xué)生可以得到更加直觀的體驗(yàn)，不再是老師說什么就是什么，而是從實(shí)踐中得出的答案。

1.4 統(tǒng)籌實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，百花齊放

在開設(shè)理論課的同學(xué)期開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程，通過理論定理、仿真的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)對疊加原理、電路圖中用到的電源、電阻、導(dǎo)線有了比較直觀的印象，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)就會(huì)事半功倍。

不同專業(yè)學(xué)生人數(shù)有差異、學(xué)生對于電工電子技術(shù)課程的基礎(chǔ)不一致，興趣愛好也不盡相同，所以對于課程的要求大相徑庭，特別是實(shí)驗(yàn)課程。

有的學(xué)生在課堂上完成驗(yàn)證性的一個(gè)實(shí)驗(yàn)都覺得披荊斬棘，有的動(dòng)手能力比較強(qiáng)的學(xué)生就覺得驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)是小菜一碟，不費(fèi)吹灰之力就完成了，故在電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中安排了選做的設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)。挑選生產(chǎn)實(shí)踐、電子設(shè)計(jì)大賽等題目中的相關(guān)課程內(nèi)容，安排到學(xué)生的選做實(shí)驗(yàn)中，為今后參加比賽、融入社會(huì)做好充足的準(zhǔn)備。

所有學(xué)生統(tǒng)一開展驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，提醒學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)的注意事項(xiàng)，比如檢查電源是否完好、電路接好前不能開電源等。

首先，學(xué)生按照電路圖所示找出相應(yīng)的電源、電阻，拿出導(dǎo)線、萬用表等工具。

然后，連接電路，檢查電路。

最后，打開開關(guān)，利用萬用表讀出相應(yīng)的值，經(jīng)過簡單的運(yùn)算就能得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。實(shí)物得出的結(jié)果跟仿真、原理的數(shù)據(jù)會(huì)存在一定的誤差，正確引導(dǎo)學(xué)生處理誤差值。

1.5 推動(dòng)實(shí)踐創(chuàng)新，駕輕就熟

“讀萬卷書，行萬里路”，理論知識(shí)固然重要，但實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn)。為了學(xué)生更好地與社會(huì)接軌，非電專業(yè)的學(xué)生開設(shè)理論、實(shí)驗(yàn)的學(xué)期期末集中安排了一周或兩周的電工實(shí)習(xí)課程，再次對所學(xué)知識(shí)進(jìn)行升華。

課程的設(shè)置主要以增長學(xué)生見識(shí)、提升動(dòng)手能力為主，學(xué)生學(xué)習(xí)的目標(biāo)：會(huì)使用幾種常用的電工工具；掌握電路連接中的走線、布局的規(guī)則；能夠根據(jù)電路原理圖、電器元器件實(shí)物，設(shè)計(jì)電路；能夠正確識(shí)別和選用常用的電器元件，并且能夠熟練使用數(shù)字萬用表；具有根據(jù)電路圖，焊接實(shí)物的能力；能夠獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，增強(qiáng)寫作的能力。

圖2 “理論+仿真+實(shí)踐”教學(xué)流程圖

2 結(jié)論

理論+仿真促進(jìn)了學(xué)生對抽象理論知識(shí)的理解，靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)的演示電路，有助于學(xué)生分析和解決設(shè)計(jì)電路問題。

仿真給學(xué)生提供了無限嘗試的機(jī)會(huì)，充足的元器件庫，給學(xué)習(xí)帶來了無限的可能性，仿真+實(shí)驗(yàn)提升了實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的利用效率，減少了設(shè)備的損耗率。

經(jīng)過“理論+仿真+實(shí)踐”一體化的教學(xué)改革，學(xué)生更加系統(tǒng)地對電工電子技術(shù)課程的內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，無論是理論還是實(shí)踐，都得到了充分的鍛煉，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，扎實(shí)地掌握課程知識(shí)，提升學(xué)生分析和解決問題的能力。