工程教育下電工技術教學的革新
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傳統(tǒng)實驗教學方法存在的問題
目前，高等教育中大部分的實驗教學方法老套、手段單一。電工實驗教學模式通常是從實驗目的、實驗原理、實驗設備與器材、實驗內(nèi)容與實驗注意事項這幾個方面來講解。而在對當次實驗內(nèi)容的講解中，甚至還詳細地描述實驗步驟。學生在整個實驗過程中，沒有獨立思考的時間和余地，而僅僅只是在教師講解的基礎上，完全依賴實驗教材，按照書上規(guī)定的操作步驟“依葫蘆畫瓢”、記錄數(shù)據(jù)，最后填寫實驗報告，驗證理論成功［1］。整個過程忽視實驗技能和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，甚至有些學生連基本理論都懶得思考，更談不上創(chuàng)新精神［2］。這種實驗教學方法根本不利于培養(yǎng)學生的學習興趣，不利于培養(yǎng)學生的工程實踐能力，不適合現(xiàn)代實驗教學的需求與發(fā)展。實驗教學作為高等教學體系的一個重要組成部分，真正要實現(xiàn)的是通過實驗教學不僅能夠加強與理論知識的聯(lián)結(jié)，使學生更好的理解并應用理論知識，又要使實驗所教授的技能、方法與工程實踐相結(jié)合，使學生在以后的工作生活中能夠解決工程實際問題，學有所用。
改革實驗教學方法
改革后的實驗教學方法應使學生能夠直接參與思考和解決問題的活動，減少被動的接受信息。留更多的時間讓學生充分理解與實驗相關的理論知識，并且思考、討論實驗指導書上所提供的實驗方法在工程實踐上是否可行，或者發(fā)現(xiàn)是否存在其他可行的實驗方法等。在這些思考過程中學生不但能夠獲取更多的信息，同時也激發(fā)了學生主動思考問題的興趣、提高了解決問題能力。
1增加實驗討論環(huán)節(jié)，引導學生主動思考
為了能讓學生真正通過實驗學會思考、提高解決實驗中問題的能力，可在實驗課結(jié)束前，根據(jù)實驗涉及的問題多少抽出二三十分鐘作為實驗討論環(huán)節(jié)。在討論環(huán)節(jié)中教師將學生實驗中出現(xiàn)的各類問題、實驗現(xiàn)象與理論分析存在的差異以及實驗涉及的理論概念等設計成討論題，引導學生共同思考并解答。通過在實驗教學中增加實驗討論環(huán)節(jié)，不僅能夠讓學生學習到實驗的基本原理、基本技能，而且能夠切實提高學生提出問題、分析問題、解決問題的綜合能力及綜合素質(zhì)，同時也能提高其溝通交流能力。
2講授實驗相關工程案例、工程解決方案
所學知識技能能否在日后的工程應用當中派上用場，是學生們所關心的問題。實驗教材中所提供的有些實驗方法雖在簡單的實驗中可行，但在工程實踐中卻因其局限性而棄之不用。所以在實驗教學中教師應適當引入課程實驗相關的工程實例、工程解決方案，這樣做不僅能夠開拓學生眼界，更能使學生覺得自己學的知識是有用的，從而提高其學習的積極性。以電工技術實驗中測定線性有源二端網(wǎng)絡等效參數(shù)的實驗為例，實驗指導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］。在工程實踐中，我們一般不用電流表進行測量，而采用二次測電壓法來計算等效電阻。方法如圖1所示。
3加強實驗仿真軟件在電工技術實驗中的應用
Multisim12是NI公司下屬的ElectronicsWork-benchGroup最新的一款專門用于電子電路設計和仿真的EDA(電子設計自動化)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，分析功能強大等優(yōu)點，適用于高等院校電類專業(yè)課程的教學和實驗。在電工技術實驗中加入Multisim12軟件的應用可實現(xiàn)電路分析設計與實驗同步［4］，學生通過對其實物實驗結(jié)果和仿真實驗結(jié)果的對比、分析，驗證實驗結(jié)論或找出差異。下面以RC一階電路的響應實驗為例，在方波信號作為激勵下，當電路參數(shù)滿足τ=RCT/2，并將電容C兩端電壓作為響應輸出時，電路輸出信號電壓與輸入信號電壓的積分成正比，稱為RC積分電路。其仿真實驗結(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)過若干個周期之后，充電時的電壓初始值和放電時電壓的初始值才在一定數(shù)值下穩(wěn)定下來，在輸出端輸出一個鋸齒波電壓［5－6］。其達到穩(wěn)定的時間與R、C的取值有關。實驗仿真結(jié)果與理論分析結(jié)果一致。而由于實物實驗中輸入信號為一定頻率連續(xù)輸出的方波信號，肉眼從示波器觀測到的已經(jīng)是多個周期之后的穩(wěn)定信號，所以從示波器實際觀測中看不到電容C兩端輸出信號從零上升的過程。其實物實驗結(jié)果(示波器波形截圖)如圖3所示。通過電路仿真實驗，學生可以更加直觀的分析理論知識，并能通過比較，理解理論與實際觀測的差異，加深了學生對理論學習的理解，提高了學生的電路分析能力［7］。
4建好演示實驗室，激發(fā)學生興趣
在開設一門新的理論課之前，大多數(shù)學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:我學習這門課有什么用?如何用?為了解開學生心中的這些疑問，在實驗室建設時應考慮建設一個演示實驗室。在演示實驗室里陳列各種元器件、實物模型、工程應用范例、歷屆學生作品展示等，這些模型、器具都是可由學生觸摸和動手操作的［8］。通過緒論課學生來實驗室參觀的機會，實驗教師講解并鼓勵學生多動、多操作陳列的模型以及各種綜合應用，從而開闊學生的認知能力、滿足學生的好奇心、激發(fā)學生進行創(chuàng)新實踐的欲望。
結(jié)束語
工程教育的目標是為學生成為一名成功的工程師提供所需要的學習。實驗室作為高校的實踐地基，其實驗教學是實現(xiàn)培養(yǎng)學生基本實驗技能、掌握工程科學、工程學科知識、提高工程實踐能力的重要途徑。通過電工技術實驗教學改革，學生能切實從實驗教學中將理論與實踐有效結(jié)合起來，并掌握工程研究的一般方法［9］。實驗教學既培養(yǎng)了學生的綜合能力與創(chuàng)新能力，又培養(yǎng)了學生科學嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，為工程教育目標的實現(xiàn)作出了應有的貢獻。（本文作者：安寅、孟祥貴、王偉 單位：國防科學技術大學、機電工程與自動化學院）
