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設(shè)計性實驗教學(xué)法在電路分析實驗教學(xué)中的探索論文
論文摘要：電路實驗是電專業(yè)一門重要的基礎(chǔ)實驗課。采用設(shè)計性實驗教學(xué)對于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，增強學(xué)生的動手能力和創(chuàng)造力有著重要的作用。通過設(shè)計性實驗，使學(xué)生的工程設(shè)計能力和創(chuàng)新能力得到提高，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)和實踐打下良好的基礎(chǔ)。
論文關(guān)鍵詞：電路實驗,設(shè)計性實驗,創(chuàng)新能力
實驗教學(xué)是高校教學(xué)工作的重要組成部分,實驗教學(xué)的目的不僅是讓學(xué)生通過實際操作，來提高分析和解決實際問題的能力，而且還是培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識、創(chuàng)造性思維習(xí)慣和創(chuàng)新人格的重要途徑。加強實踐、實驗教學(xué),著力培養(yǎng)理論基礎(chǔ)扎實、創(chuàng)新精神和實踐能力強、綜合素質(zhì)高的應(yīng)用性人才是新時期高校面臨的首要任務(wù)。
電路分析作為電類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，多年來已形成了一整套的傳統(tǒng)實驗。這些傳統(tǒng)實驗對培養(yǎng)學(xué)生的基本實驗?zāi)芰Α⒖茖W(xué)作風(fēng)和鞏固所學(xué)理論知識無疑是基本的、重要的。但也普遍地存在著一些問題，教學(xué)內(nèi)容往往只注重理論驗證性的實驗，忽略對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。學(xué)生參與程度低，不利于調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。為適應(yīng)當(dāng)今高等教育發(fā)展的要求,培養(yǎng)更多的具有高素質(zhì)的電子信息類人才,這種模式必須改革。通過多年的電路實驗教學(xué)模式的實踐和探索,我深刻體會到,創(chuàng)新來源于思維的獨立性，而設(shè)計性實驗不僅有利于學(xué)生獨立思考和主體作用的發(fā)揮，也有利于學(xué)生的個性發(fā)展，更有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、創(chuàng)造性,使學(xué)生對知識的掌握更加堅實牢固。設(shè)計性實驗是培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計能力和創(chuàng)造性思維能力的有效途徑。
電路分析通常是學(xué)生學(xué)習(xí)到的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課，剛剛接觸到專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)生還缺乏系統(tǒng)的電子電路知識和基本的動手實驗?zāi)芰Γ狈钴S的設(shè)計思維能力，因此在實驗教學(xué)中應(yīng)采用循序漸進的教學(xué)方法，最初的一、兩個實驗應(yīng)采用傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方式，例如：基爾霍夫定律的驗證，線性電路齊次性定理和疊加定理的驗證這種驗證型實驗，實驗內(nèi)容不要安排過多，目的是使學(xué)生通過這些驗證性實驗，掌握一些基本的實驗方法、常用儀器儀表的使用以及誤差理論、實驗報告的撰寫等等，從而強化學(xué)生的基礎(chǔ)實驗技能。待學(xué)生掌握了常用電路實驗設(shè)備的原理和具體的使用方法，具備了一定的實驗技能之后，再逐步加入設(shè)計性實驗的內(nèi)容。可將設(shè)計性實驗分為兩個層次：一是在每個基本實驗中擴展一些小型設(shè)計性實驗。擴展設(shè)計性實驗與相應(yīng)的基本實驗內(nèi)容應(yīng)有相關(guān)性，讓學(xué)生學(xué)會聯(lián)想，在已有的基礎(chǔ)上進行設(shè)計和獨立完成實驗，體現(xiàn)創(chuàng)新意識，使學(xué)生的創(chuàng)造潛能受到激發(fā)。比如在集成運算放大器的線性應(yīng)用的實驗中，讓學(xué)生先對一個加法電路給定的一組輸入信號測試輸出信號，從而驗證加法功能。之后再讓學(xué)生自行設(shè)計一個減法電路，并通過數(shù)據(jù)進行驗證功能，通過對集成運放電路的線性應(yīng)用的理論學(xué)習(xí)，學(xué)生很容易畫出完成設(shè)計要求的電路圖，但同時還要給出運放外圍電路的所有電阻的參數(shù)，這將是學(xué)生在自行設(shè)計中面臨的新問題，在電阻元件的最優(yōu)選擇中，使學(xué)生對一個完整電路的設(shè)計過程有了初步的體會和認識，為后續(xù)的獨立的設(shè)計性實驗的進行打下了基礎(chǔ)。二是開設(shè)內(nèi)容相對獨立的設(shè)計性實驗。獨立的設(shè)計性實驗要求學(xué)生綜合所學(xué)的理論知識和專業(yè)技能，剖析具有一定深度和工作量的小課題，搜集材料，設(shè)計方案。這對學(xué)生的理論知識和專業(yè)技能水平有一定的要求，所以獨立的設(shè)計性實驗通常在電路課程的學(xué)習(xí)接近尾聲階段安排，學(xué)生這時已經(jīng)掌握了課程的大部分內(nèi)容，有了理論和實驗的基礎(chǔ)的準備，學(xué)生就可以調(diào)動整個課程的各個環(huán)節(jié)，這樣既可培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，又可避免開始時學(xué)生一籌莫展的局面。教師不在實驗指導(dǎo)書中列出設(shè)計性實驗內(nèi)容、實驗步驟與實驗方法，僅簡單介紹一下實驗原理，然后下達實驗任務(wù)、預(yù)習(xí)要求以及推薦使用的儀器設(shè)備。學(xué)生在實驗課前根據(jù)所下達的實驗任務(wù)及現(xiàn)有的實驗器材，自行設(shè)計實驗線路及實驗步驟，這樣學(xué)生就會經(jīng)過充分的實驗預(yù)習(xí)之后參加實驗。為便于學(xué)生預(yù)習(xí)，下達實驗任務(wù)書的同時，給出每個實驗規(guī)定的閱讀材料。由于實驗中會有些儀器設(shè)備學(xué)生以前未曾使用過，為此，在實驗之前需要介紹常用電路實驗設(shè)備的簡明原理和具體的使用方法技巧，這樣使得學(xué)生的知識面擴大了，充分地調(diào)動了學(xué)生做實驗的積極性、主動性，有利于創(chuàng)新精神的培養(yǎng)和個性發(fā)展。設(shè)計大實驗，對培養(yǎng)學(xué)生的動手能力十分重要。在實驗課上，因為沒有現(xiàn)成的書本供預(yù)習(xí)(只是一些參考資料)，更沒有現(xiàn)成的實驗步驟或者是其它同學(xué)的實驗結(jié)果供參考。學(xué)生自由度大，他們在實驗時興趣就大，積極性就高。雖然內(nèi)容分散，教師較難管理，但學(xué)生會認真實驗，教學(xué)秩序會很好，儀器損壞情況通常就會很少發(fā)生。實驗完成后，要進行書面總結(jié)和口頭報告交流。這樣的教學(xué)模式使學(xué)生開闊了眼界，活躍了思路，提高了動手能力，鍛煉了分析問題和解決問題的本領(lǐng)。有的同學(xué)實驗雖然失敗了，但也可以從失敗中總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，印象會更加深刻，比一次常規(guī)的順利的實驗會收獲更大，這部分同學(xué)會感到這才是真正的實驗。實驗教學(xué)由以前教師排好實驗、準備好儀器、學(xué)生來做實驗的狀態(tài)，過渡到學(xué)生在教師指導(dǎo)下自己設(shè)計方案來完成實驗，從而達到培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維和創(chuàng)造能力的目的。
在傳統(tǒng)的設(shè)計性實驗中，學(xué)生常常受到元器件的限制和固定的實驗設(shè)備的束縛而改變實驗設(shè)計思路，也不可避免地存在許多錯誤和不足，致使電路調(diào)試費時費力，甚至?xí)鹪骷蛢x器設(shè)備損壞等問題，導(dǎo)致設(shè)計性實驗不能達到預(yù)期效果。這就需要將計算機仿真技術(shù)引入電路實驗，如Multisim軟件，這樣學(xué)生在仿真時由于不顧慮因接錯電路而導(dǎo)致器件和儀器的損壞，就可以放心大膽地連接電路，大大地激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力，教師應(yīng)著重引導(dǎo)學(xué)生對一個實驗嘗試多種電路，比較優(yōu)缺點，選擇合適的方案，比較仿真軟件的分析方法、測量方法與硬件電路的異同以及測量結(jié)果的差異，引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題;學(xué)生不僅可以充分利用仿真實驗軟件對數(shù)據(jù)采集、存儲、分析、處理、傳輸及控制的強大功能，對方案進行論證、選定和電路的設(shè)計，而且可以隨時改變電阻的阻值、電容的容量、集成電路的型號參數(shù)等來調(diào)整電路。使之更好地逼近設(shè)計要求，得出較為理想的設(shè)計電路。不僅如此，學(xué)生還可以根據(jù)要求輸出電路的測試參量或波形，作為真實電路調(diào)試的依據(jù)或參考。當(dāng)系統(tǒng)仿真滿足技術(shù)要求后，再按照仿真電路裝配實際電路進行調(diào)試，仿真技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，從而培養(yǎng)和提高學(xué)生工程設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。
通過設(shè)計性實驗的開設(shè)，豐富了學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，提高了學(xué)生做實驗的自主性，打破了學(xué)生實驗時按照規(guī)定好的實驗電路、實驗步驟做驗證性實驗的方法，真正使學(xué)生成為實驗課的主體。一些學(xué)生在完成實驗報告的同時，還能寫出實驗設(shè)計與研究小論文，所以是培養(yǎng)學(xué)生日后實際工作能力的有效途徑之一。經(jīng)過設(shè)計性實驗的鍛煉，學(xué)生考慮問題更周密，解決實際問題的能力更強，實驗報告也更規(guī)范。
在具體實施設(shè)計性實驗的教學(xué)過程中，應(yīng)以專職的具有較高水平的實驗教學(xué)人員為主導(dǎo)，在整個實驗教學(xué)過程中教師要加強實驗指導(dǎo)，設(shè)計性實驗的選題強調(diào)知識的綜合性、設(shè)計性、前沿應(yīng)用性;注重實驗手段與實驗方法的科學(xué)與先進性，指導(dǎo)老師對典型問題應(yīng)進行集中講解，并和學(xué)生一起討論以開拓思路，啟發(fā)他們分析問題，指明注意事項和設(shè)計疑難點，對基礎(chǔ)差的學(xué)生不妨提供必要的技術(shù)支持。實驗中重點輔導(dǎo)學(xué)生高新技術(shù)運用，實驗過程中出現(xiàn)問題，提示檢查和排除故障的方法，引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生自己解決問題。每組實驗完成后教師檢查結(jié)果并隨意抽一個同學(xué)進行講解，這樣可避免少數(shù)學(xué)習(xí)差的同學(xué)光看不做，充分調(diào)動每個同學(xué)的積極性。為了讓不同愛好、不同程度的學(xué)生可以選擇自己喜歡的題目，最大限度地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性，題目應(yīng)當(dāng)更多地取材于教師課題中有實際應(yīng)用價值的小系統(tǒng)。為了充實教學(xué)內(nèi)容，盡可能地增加學(xué)時的信息量，拓寬學(xué)生的知識面，激發(fā)他們的求知欲，任課教師必須不斷學(xué)習(xí)，提高自身的學(xué)術(shù)水平和教學(xué)水平，以保證好的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。
在評價學(xué)生掌握知識程度上，在提倡素質(zhì)教育的今天，對學(xué)生的實驗成績作出一個客觀評價尤為重要。由于設(shè)計性實驗?zāi)軌蚩疾斐鰧W(xué)生知識的綜合運用能力、創(chuàng)新程度，所以應(yīng)加大綜合設(shè)計性實驗成績在整個實驗成績中的權(quán)重，同時也應(yīng)加大實驗成績在本課程成績的權(quán)重，從而激發(fā)學(xué)生的實驗興趣，并且鼓勵學(xué)生在實驗中有所創(chuàng)新。以往的學(xué)生實驗成績多數(shù)都是教師根據(jù)實驗報告及印象給出，從而使學(xué)生得出一個結(jié)論:實驗做好做壞結(jié)果差別不大。這樣就使差的學(xué)生更加懶惰，也挫傷了好學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。所以應(yīng)建立新型實驗教學(xué)考試與考核模式，客觀公正地評價學(xué)生的實驗水平。電路實驗的考核應(yīng)以平時成績?yōu)橹鳌Ｓ绕涫窃O(shè)計性實驗的考核應(yīng)注重的是實驗的過程而不是單純看實驗的結(jié)果是否正確，設(shè)計性實驗成績可由三部分組成：實驗預(yù)習(xí)占20%，這部分成績可根據(jù)學(xué)生的實驗設(shè)計思想及問題的提出和解決的方案、方案的可行性分析等情況給出；實驗操作過程占40%，實驗過程中教師根據(jù)學(xué)生實驗完成的情況、實驗的方法的最優(yōu)程度、實驗的態(tài)度等當(dāng)場給出這部分成績；實驗數(shù)據(jù)處理及總結(jié)報告占40%，根據(jù)學(xué)生的實驗報告包括實驗數(shù)據(jù)處理情況、實驗現(xiàn)象的總結(jié)及體會等給出這部分成績。
幾年來通過對電路實驗教學(xué)的不斷探索，電路實驗的教學(xué)效果不斷提高，設(shè)計性實驗的開設(shè)，使得學(xué)生的基本理論和專業(yè)知識得以鞏固并且培養(yǎng)了學(xué)生綜合應(yīng)用、獨立分析和解決實際問題的能力，為后續(xù)課程的教學(xué)打下了良好的實踐基礎(chǔ)。但在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中還難免存在一定的不足，需要我們進一步的積極探索，逐步完善以適應(yīng)培養(yǎng)具有綜合素質(zhì)的應(yīng)用型人才的需求。
參考文獻
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