工程教育下電工技術(shù)教學(xué)的革新
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傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法存在的問題
目前，高等教育中大部分的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法老套、手段單一。電工實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式通常是從實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)這幾個(gè)方面來講解。而在對當(dāng)次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的講解中，甚至還詳細(xì)地描述實(shí)驗(yàn)步驟。學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，沒有獨(dú)立思考的時(shí)間和余地，而僅僅只是在教師講解的基礎(chǔ)上，完全依賴實(shí)驗(yàn)教材，按照書上規(guī)定的操作步驟“依葫蘆畫瓢”、記錄數(shù)據(jù)，最后填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，驗(yàn)證理論成功［1］。整個(gè)過程忽視實(shí)驗(yàn)技能和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，甚至有些學(xué)生連基本理論都懶得思考，更談不上創(chuàng)新精神［2］。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法根本不利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，不適合現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求與發(fā)展。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高等教學(xué)體系的一個(gè)重要組成部分，真正要實(shí)現(xiàn)的是通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅能夠加強(qiáng)與理論知識(shí)的聯(lián)結(jié)，使學(xué)生更好的理解并應(yīng)用理論知識(shí)，又要使實(shí)驗(yàn)所教授的技能、方法與工程實(shí)踐相結(jié)合，使學(xué)生在以后的工作生活中能夠解決工程實(shí)際問題，學(xué)有所用。
改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法
改革后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法應(yīng)使學(xué)生能夠直接參與思考和解決問題的活動(dòng)，減少被動(dòng)的接受信息。留更多的時(shí)間讓學(xué)生充分理解與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的理論知識(shí)，并且思考、討論實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上所提供的實(shí)驗(yàn)方法在工程實(shí)踐上是否可行，或者發(fā)現(xiàn)是否存在其他可行的實(shí)驗(yàn)方法等。在這些思考過程中學(xué)生不但能夠獲取更多的信息，同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)思考問題的興趣、提高了解決問題能力。
1增加實(shí)驗(yàn)討論環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考
為了能讓學(xué)生真正通過實(shí)驗(yàn)學(xué)會(huì)思考、提高解決實(shí)驗(yàn)中問題的能力，可在實(shí)驗(yàn)課結(jié)束前，根據(jù)實(shí)驗(yàn)涉及的問題多少抽出二三十分鐘作為實(shí)驗(yàn)討論環(huán)節(jié)。在討論環(huán)節(jié)中教師將學(xué)生實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各類問題、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與理論分析存在的差異以及實(shí)驗(yàn)涉及的理論概念等設(shè)計(jì)成討論題，引導(dǎo)學(xué)生共同思考并解答。通過在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中增加實(shí)驗(yàn)討論環(huán)節(jié)，不僅能夠讓學(xué)生學(xué)習(xí)到實(shí)驗(yàn)的基本原理、基本技能，而且能夠切實(shí)提高學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的綜合能力及綜合素質(zhì)，同時(shí)也能提高其溝通交流能力。
2講授實(shí)驗(yàn)相關(guān)工程案例、工程解決方案
所學(xué)知識(shí)技能能否在日后的工程應(yīng)用當(dāng)中派上用場，是學(xué)生們所關(guān)心的問題。實(shí)驗(yàn)教材中所提供的有些實(shí)驗(yàn)方法雖在簡單的實(shí)驗(yàn)中可行，但在工程實(shí)踐中卻因其局限性而棄之不用。所以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師應(yīng)適當(dāng)引入課程實(shí)驗(yàn)相關(guān)的工程實(shí)例、工程解決方案，這樣做不僅能夠開拓學(xué)生眼界，更能使學(xué)生覺得自己學(xué)的知識(shí)是有用的，從而提高其學(xué)習(xí)的積極性。以電工技術(shù)實(shí)驗(yàn)中測定線性有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的實(shí)驗(yàn)為例，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上介紹的測量等效電阻R0的常用方法有開路電壓短路電流法、伏安法、半電壓法和直接測量法［3］。在工程實(shí)踐中，我們一般不用電流表進(jìn)行測量，而采用二次測電壓法來計(jì)算等效電阻。方法如圖1所示。
3加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)仿真軟件在電工技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用
Multisim12是NI公司下屬的ElectronicsWork-benchGroup最新的一款專門用于電子電路設(shè)計(jì)和仿真的EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)工具軟件，它具有界面形象直觀、操作方便、元器件及測試儀表齊全，分析功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，適用于高等院校電類專業(yè)課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)。在電工技術(shù)實(shí)驗(yàn)中加入Multisim12軟件的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)電路分析設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)同步［4］，學(xué)生通過對其實(shí)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比、分析，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)論或找出差異。下面以RC一階電路的響應(yīng)實(shí)驗(yàn)為例，在方波信號(hào)作為激勵(lì)下，當(dāng)電路參數(shù)滿足τ=RCT/2，并將電容C兩端電壓作為響應(yīng)輸出時(shí)，電路輸出信號(hào)電壓與輸入信號(hào)電壓的積分成正比，稱為RC積分電路。其仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，電容C兩端電壓由零值開始充電，經(jīng)過若干個(gè)周期之后，充電時(shí)的電壓初始值和放電時(shí)電壓的初始值才在一定數(shù)值下穩(wěn)定下來，在輸出端輸出一個(gè)鋸齒波電壓［5－6］。其達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間與R、C的取值有關(guān)。實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果與理論分析結(jié)果一致。而由于實(shí)物實(shí)驗(yàn)中輸入信號(hào)為一定頻率連續(xù)輸出的方波信號(hào)，肉眼從示波器觀測到的已經(jīng)是多個(gè)周期之后的穩(wěn)定信號(hào)，所以從示波器實(shí)際觀測中看不到電容C兩端輸出信號(hào)從零上升的過程。其實(shí)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果(示波器波形截圖)如圖3所示。通過電路仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以更加直觀的分析理論知識(shí)，并能通過比較，理解理論與實(shí)際觀測的差異，加深了學(xué)生對理論學(xué)習(xí)的理解，提高了學(xué)生的電路分析能力［7］。
4建好演示實(shí)驗(yàn)室，激發(fā)學(xué)生興趣
在開設(shè)一門新的理論課之前，大多數(shù)學(xué)生都不了解這門課究竟研究的是什么，心中都有這樣的疑惑:我學(xué)習(xí)這門課有什么用?如何用?為了解開學(xué)生心中的這些疑問，在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)時(shí)應(yīng)考慮建設(shè)一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)室。在演示實(shí)驗(yàn)室里陳列各種元器件、實(shí)物模型、工程應(yīng)用范例、歷屆學(xué)生作品展示等，這些模型、器具都是可由學(xué)生觸摸和動(dòng)手操作的［8］。通過緒論課學(xué)生來實(shí)驗(yàn)室參觀的機(jī)會(huì)，實(shí)驗(yàn)教師講解并鼓勵(lì)學(xué)生多動(dòng)、多操作陳列的模型以及各種綜合應(yīng)用，從而開闊學(xué)生的認(rèn)知能力、滿足學(xué)生的好奇心、激發(fā)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐的欲望。
結(jié)束語
工程教育的目標(biāo)是為學(xué)生成為一名成功的工程師提供所需要的學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)室作為高校的實(shí)踐地基，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能、掌握工程科學(xué)、工程學(xué)科知識(shí)、提高工程實(shí)踐能力的重要途徑。通過電工技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，學(xué)生能切實(shí)從實(shí)驗(yàn)教學(xué)中將理論與實(shí)踐有效結(jié)合起來，并掌握工程研究的一般方法［9］。實(shí)驗(yàn)教學(xué)既培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力與創(chuàng)新能力，又培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，為工程教育目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。（本文作者：安寅、孟祥貴、王偉 單位：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)、機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院）
