新工科视阈下电工电子实验教学的问题与对策

随着信息社会的迅速发展，电工电子技术的应用领域也在不断拓宽，它与各专业出现了越来越多的交叉、渗透和融合。在以互联网和工业智能为核心的新工科视阈下，本科高校人才培养方案对电工电子课程的教学提出了更高的要求。
电工电子课程内容覆盖了电路分析、模拟电子、数字电子、电工学等多门必修的学科核心课，对学生学习后续专业课起着奠基性的作用。电工电子课程实践性较强，其实验课的教学质量，对培养学生学习兴趣、提高实践技能和今后的专业发展均起着极其重要的作用。
电工电子课程是高等院校面向工科电类和非电类各专业的学生开设的。学生的基础和能力差异较大[1]，高校扩招带来学生的素质与能力参差不齐等问题，而电工电子技术的飞速发展，促进知识的日益更新和仪器设备的更新换代，这些因素使传统的实验教学模式日渐吃力，需要对电工电子实验教学开展改革和创新。
1、建立有效的管理体制
1.1固定实验台
电工电子实验面向全校工科学生，所以实验班级较多。由于实验设备、场所的限制，还做不到每人一组，各班学生按三人一组分编并固定实验小组和实验台，实验室给每张实验台固定编号，学生进入实验室后对号入座，不得擅自串位，实验小组和实验台整个学期不变。这样做便于教师有针对性地辅导和教学管理，也有利于实验室设备的管理。
1.2重记录　勤维护
电工电子实验用到的设备很多，如电工电子实验台、各模块挂箱、电机、示波器、信号发生器、万用表等。学校扩招，班级多，实验设备使用率高，所以仪器仪表经常会出现一些故障，如不及时维修，就会影响到实验课的正常进行。有些实验数据易受干扰，测量本来就比较困难，如果仪器仪表有故障，学生不容易发现，一堂课可能什么也做不出来。为创造良好的实验环境，提出以下要求。
(1)配备实验设备使用情况登记本。以实验台为单位，围绕依托该实验台完成的实验所需的实验设备，配备实验设备使用情况登记本。学生每次做完实验必须在登记本上记录本次实验所用仪器设备是否完好，如果有故障，还须报告本实验室实验管理员，以便备案。
(2)建立维修记录。实验室在每学期开学初需查试本实验室设备、准备实验耗材和备用仪器。每完成一个实验，实验管理员都要对仪器仪表进行检查，对学
生报告的故障仪器及时更换、启用备用设备，建立维修记录，并定期维修。
1.3小组互查
按照电工电子实验规范，电路完成接线后，必须经实验指导教师检查电路才能上电。但由于高校扩招，教学资源缺乏，一名任课教师和一名实验员常常要同时给80名学生上课，有些学生在完成接线后往往没有耐心等待教师检查线路而直接上电，这严重危害人身安全和设备安全。
在直流电路、模拟电路、数字电路等小功率电路的实验教学中，教师提出采用学生小组互相检查的方法。小组互相检查，可增加学生的动手机会，这样不仅消除了学生对教师的依赖，也避免学生浑水摸鱼，更弥补了多人一组实验动手机会少的缺点。对检查中发现问题的小组，指导教师给予加分，这样的奖励措施，调动了学生的动手积极性。
2、采用“1+1+1”教学模式
我校电工电子课程面向的学生很广，有电类专业的，也有非电类工科各专业的学生，学生的基础和能力差异较大，教学大纲对各专业学生的要求也不一样。这里提出采用多元化的“1+1+1”教学模式[2]，把电工电子实验教学内容分成基本训练、基础实验和创新设计实验三部分，以满足新工科形势下各专业的需求。
2.1基本训练
在基本训练实验中，要求学生熟悉各常用电工仪器仪表的使用，如万用表、信号发生器、钳表、功率表等；认识和识别常见电工电子元器件和设备，如各种电阻、电感、电容、晶体管、集成电路、变压器、电机等[3]。工业、海工、食品等专业只需做这类基本实验训练。
基本训练的实验方式有元件伏安特性的测试，生活中电路串并联分析，参观实际工程电路，认识设备实物等。
2.2基础实验
在基础实验中，开设多个经典定理的验证实验和简单的应用性实验，例如，戴维宁定理的验证、家用日光灯电路、三相四线制电路接线方式、电机控制电路、计数器和触发器的应用等。
实验中既要求学生动手接线、测试实验数据，还需要和理论、实践比较分析。通过实验，使学生进一步掌握电路原理、定理和结论，并能对它们有进一步的认识，锻炼学生的实践动手技能和提高分析问题的能力。
机制、热能、轮机、物联网、计算机专业的学生需要做基本训练和基础实验。
2.3创新设计实验
在创新设计实验中，设置了多个难易程度不同的综合性、设计性实验[4]。教师提出设计任务，由学生自行摸索设计方案、选择元器件、组装电路并调试运行，从而锻炼学生查阅资料的能力。
更多的是，指导教师鼓励学生积极提出实验想法和创新思路，提交可行性方案，实验教师参与讨论并适时引导。在实验中，学生通过发现问题并解决问题，其创新思维得到了开发，创新能力得到了提升。电子、电气、自动化等电类专业的学生必须得到创新设计实验的训练。
这样的“1+1+1”教学模式虽然增加了实验指导教师的工作量，但为学生创造了良好的实验条件，不仅可以因材施教、有的放矢，还有助于激发学生的学习积极性。
3、优化教学手段
3.1充分利用多媒体教学
近年来，国家大量资金的投入，现在的实验室与以往相比产生了巨大的变化，绝大部分是多媒体的教室和先进的实验仪器相结合的多功能型实验室。在电工电子实验课的教学中采用多媒体讲学，教师和实验员配合演示等多种教学手段。
充分利用多媒体资源，用Flash软件把仪器的连接与电路的连接等内容做成动画进行演示。实验前，实验管理员进行实物演示操作，同时指导教师操作多媒体设备并讲解，对易错点播放教学动画，学生能够把电路的要求与实际的操作相联系，可以减少操作过程中的接线错误，提高教学质量。
3.2植入实际电路
“兴趣是最好的老师。”实验台上为达到某些实验目的而人为构造的实验电路，很难引起学生的兴趣。如果选择生活中的电路作为实验电路，不但能激发学生的学习积极性，达到实验目的，而且对学生以后的工作和生活也会很有帮助，学以致用[5]。笔者在实验中做过以下尝试，效果很好，在此分享。
(1)就地取材，观察所在实验室电路走线情况。内容包括：实验室电气设备类型、功率、连接方式，断路器的额定电流、安装位置，火线地线的区分，电气设备的保护和接地问题等。
(2)带学生走进学校工程训练中心(即金工实习的机械厂)和学校低压配电房，了解三相制输配电线路的联接方式、机床电动机的运转和控制方式。对照所学感性负载并联电容器提高功率因数的知识，了解实际线路中提高功率因数所用的方法，以及并联电容器大小、类型和安装位置。
3.3引入虚拟仿真技术
在做晶体管放大电路的实验时，为了测试晶体管的放大、饱和、截止3个工作状态，要求信号源取10mV，由于信号幅度比较小，受干扰大，因此实验往往达不到理想的效果。若是非电专业的学生做这个实验，由于对示波器的使用不熟悉，很多时候都无法测读到信号。为此，在实验中采用Protues等仿真软件，使学生在逼真的虚拟场景中，验证了实验的正确性，避免因实验不成功率高而减弱学生的学习热情[6]。鼓励学生对自行设计的电路在多媒体环境下实现电路仿真，通过各种虚拟仪器的测试[7]，实时得到仿真结果，获得更多的成就感，从而激发学生的学习兴趣。
4、结语
实践证明，有效的管理提高了教学效率，缓解了教学资源缺乏的尴尬，并使学生意识到实践环节的重要性；“1+1+1”的实验教学模式，可以做到因材施教，有的放矢。教学手段的改进，丰富了教学内容，提高了课堂教学质量，增强了学生的学习兴趣和学习热情。一系列的课程改革措施，提高了电工电子课程实验的教学效果，适应了新工科形势下各专业发展的需要，为学生以后更好地学习后续课程以及从事工程技术工作夯实了基础。