周 靜，侯世英，孫 韜，張立群，李 利

（重慶大學 電氣工程學院 國家電工電子實驗教學示范中心，重慶400044）

0 引言

傳統(tǒng)的電工電子綜合實驗教學以實驗項目為基礎，學生按實驗教材提供的實驗方法、步驟，在老師的指導下完成指定的實驗內(nèi)容。實驗的過程大多是應用必要的基本實驗技能和理論知識實現(xiàn)某些簡單的應用。這樣的實驗模式存在如下幾個嚴重不足。

（1）開設的綜合實驗項目內(nèi)容設置不合理，有的項目涉及的知識點單一，達不到綜合訓練的目的；有的實驗環(huán)節(jié)難度偏大學生不能自主完成，從而導致不能鍛煉學生綜合應用所學知識的能力；而且，實驗內(nèi)容的設置缺乏趣味性，缺乏與工程實際的聯(lián)系，不能有效激發(fā)學生的興趣；

（2）實驗中，學生處于“被動學習”狀態(tài)，以書為參照，聽從老師的指導進行實驗，不利于學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)；

（3）實驗電路的設計及實驗教材的編寫等都不便于實驗內(nèi)容的擴充和拓展，不利于充分發(fā)揮學生的學習能動性。

因此，有必要以電工電子實驗教學模式改革為契機對電工電子綜合實驗進行改革。

1 PBL教學法

PBL（Problem Based Learning）教學法是一種受到國際社會普遍認同的研究性教學模式，與傳統(tǒng)的教學法有很大的不同，是一種以問題為核心，以解答問題為驅(qū)動力，以分組討論、展示及相互交流為手段，以激發(fā)學生積極主動自學、培養(yǎng)學生創(chuàng)新性思維為主要目標的全新教學模式［1－2］。強調(diào)以學生的主動學習為主，而不是傳統(tǒng)教學中強調(diào)的以教師講授為主；設計真實性任務，將學習與問題掛鉤，使學習者投入到問題中；鼓勵自主探究，鼓勵爭論，鼓勵對學習內(nèi)容和過程的反思。PBL旨在使學習者建構起寬厚而靈活的知識基礎，發(fā)展有效的問題解決技能，發(fā)展自主學習和終生學習的技能，成為有效的合作者，并培養(yǎng)學習的內(nèi)部動機。由于PBL對培養(yǎng)學生解決問題的技能非常有效，因此它越來越多地受到人們的重視［3－5］。

2 基于PBL教學法的綜合實驗方案

將PBL教學法的理念引入電工電子綜合實驗教學，對教學模式進行改革?；赑BL教學法的非電類電工電子綜合實驗就是以解決從工程實際中提取的具體問題為基礎，以模塊化組織實驗電路，以層層深入的方式組織實驗內(nèi)容，最終讓學生在解決問題的過程中綜合應用所學相關知識，達到培養(yǎng)學生獨立自學能力、創(chuàng)新思維能力、資料組織能力以及創(chuàng)新能力的目的。基于PBL教學法的電工電子學實驗改革涉及到以下幾個方面的問題：基于PBL教學法的電工電子學實驗項目設置、制定實驗教學規(guī)程、建設配套教學資源、制定考核辦法。

2.1 電工電子綜合實驗項目設置

基于PBL的實驗教學首先要考慮“問題的設置”，即開發(fā)合適的綜合實驗項目。事實上，PBL中的“問題”分為兩個層次［6］：教師提出“問題”是第一層次，即教師根據(jù)教學內(nèi)容設定一定的問題；學生根據(jù)“問題”提問是第二層次，即學生在分析問題的基礎上，提出自己所要研究的問題，并在教師的幫助下進行思考、分析和討論。因此，基于PBL教學法的電工電子學綜合實驗項目的“第一層次問題”需要精心設置，必須從工程實際中選擇適當?shù)膬?nèi)容作為綜合實驗項目：實驗項目來源于實際應用，能夠激發(fā)學生的動機，鼓勵他們?nèi)ヌ剿?、學習；其次，該實驗項目所涉及的內(nèi)容與電工電子理論學科緊密聯(lián)系：解決問題的基本知識可包括電路、模擬電子技術、數(shù)字電子技術以及繼電器接觸器控制等模塊知識，能有效激發(fā)學生提出“第二層次問題”并最終解決問題。

2.2 制定實驗教學規(guī)程

PBL教學的實施有一定的難度，PBL中 “問題”的第二個層次是在教師的鼓勵和引導下由學生自己提出“問題”。學生提出的“問題”是非常具體的，是針對教師“問題”的細化，是在回答“問題”過程中要解決的“問題”，無論什么方式，學生自己進一步提出“問題”并解決問題的過程正是PBL教學理念的成功之處。因此，為了使實驗教學確實可行，針對非電類學生專業(yè)面廣、教學要求各不相同、學生基礎參此不齊的實際情況，以模塊化組織實驗的開設，以便靈活地控制實驗的難度，便于學生細化并具體化“問題”。

首先按實驗項目所涉及的內(nèi)容把實驗分為若干模塊，合理規(guī)劃每個綜合實驗的基本模塊，每個模塊涉及的知識點相對單一，可以作為單個的基礎實驗開設，比如放大電路、A／D轉(zhuǎn)換、譯碼驅(qū)動與數(shù)字顯示等；同時也可根據(jù)不同的專業(yè)和不同難度要求，把幾個不同的模塊綜合起來開設不同層次的綜合實驗項目，便于實驗內(nèi)容的深化與擴展，開設創(chuàng)新性實驗。在實驗教學中，第一階段：學生根據(jù)具體任務細化 “問題”，這個過程就是認識理解各個基礎電路模塊的過程；第二階段：學生根據(jù)所提 “問題”應用基本模塊電路進一步完成綜合實驗的設計、調(diào)試和測試工作；第三階段，要求學生對實驗過程進行反思，探討實驗中遇到的問題及其解決方法，或者對電路進行改進和擴展等，進一步深化學習過程。

2.3 實驗教學資源準備

為了能使PBL實驗達到預期的教學效果，必須進行大量的實驗教學資源建設，為學生營造“自主探索、自主學習、自主創(chuàng)新”的學習環(huán)境，使學生遇到問題時，能找到解決問題的途徑和方法。

首先，制作實驗室的詳細介紹，包括實驗室位置、開設實驗項目、安全用電等基本知識；第二，制作必要的實驗課件，詳細介紹直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字萬用表、晶體管毫伏表、函數(shù)信號發(fā)生器、雙蹤示波器等基本實驗儀器設備的使用方法，在制作課件時，合理規(guī)劃腳本文件，以事例為范，每種儀器的每一個操作步驟都拍攝相應的照片說明，使課件直觀易懂，供學生自學或參考；第三，根據(jù)PBL實驗教學模式的精神，合理組織實驗內(nèi)容，編寫新的實驗教材。教材即要體現(xiàn)一定的引導性，又要給學生留下足夠的思考空間，同時，要詳細地給出各種實驗箱、實驗臺的使用說明、給出相關電子元器件的說明，給出擴展實驗和設計實驗所需要的必要資料，使學生自主實驗時有資料可查。第四，充分利用網(wǎng)絡等現(xiàn)代教育手段拓寬學習渠道，把所有的教學資源均放在網(wǎng)絡上供學生下載，并在網(wǎng)絡上設立留言板，學生可以通過留言的方式和老師進行交流。

2.4 制定合理的考核辦法

考核是檢查學生學習效果的手段，也是督促學生自主學習的動力對學生綜合能力的評定是否客觀合理，將影響學生做實驗的積極性，而且對實驗教學質(zhì)量有較大的影響。因此必須制定與“PBL”教學相適應的考核方式，形成激勵學生自主學習的有效機制?？己酥乜疾煲韵氯齻€方面：第一，學生獲得的知識和技能；第二，學生在實驗中的參與狀態(tài)（包括實驗前的準備、實驗中的討論、動手能力、協(xié)作精神等）；第三，學生在實驗后的總結和反思。

3 項目實例

以溫度測量、顯示與控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)為案例，初步探索基于PBL的綜合實驗開展。項目以小組為單位，一般3人一組進行。

該測控系統(tǒng)基本框圖如圖1所示。

圖1 溫度測量、顯示與控制系統(tǒng)框圖

該實驗項目的“第一層次”問題來源于實際應用，包括了電路、模擬電子技術、數(shù)字電子技術以及繼電器接觸器控制等相關知識的應用，具有較強的綜合性，對非電類學生來說也有一定的難度。為了能有效激發(fā)學生提出“第二層次問題”并解決問題，首先細化問題，按模塊化的思想對實驗項目進行“解剖”，每個模塊涉及一個“第二層次問題”，可以作為單個的基礎實驗開設；同時也可把幾個不同的模塊綜合起來開設不同層次的綜合實驗項目，比如以上系統(tǒng)就可以分別開設溫度測量顯示實驗、溫度測量控制實驗、溫度測量顯示與控制實驗等。其次，合理的設計單元模塊，對要求不高的模塊可以由老師指導完成；對重點要求掌握的知識點，則盡量由學生自主探索完成，即這些“第二層次問題”對學生來說是可以經(jīng)過探索提出并加以解決的，同時，對不同專業(yè)不同程度的學生可以由指導教師靈活掌握綜合實驗的難度。

以構建溫度測量控制系統(tǒng)為例，系統(tǒng)工作原理為：給系統(tǒng)預設工作溫度為T0，通過溫度檢測裝置測量系統(tǒng)實際溫度為T1，若實際溫度超過了設定值（T1＞T0），則控制電路發(fā)出信號，使繼電器動作，斷開加熱環(huán)節(jié)，停止加熱；當溫度檢查裝置檢測到系統(tǒng)溫度低于設定值時（T1＜T0），控制電路發(fā)出信號，接通繼電器，使系統(tǒng)通電加熱，如此周而復始，使系統(tǒng)溫度維持在設定值附近。首先通過細化問題，引導學生提出第二層次問題，并通過第二層次問題的解決完成單元模塊的設計。第一個問題是“怎樣實現(xiàn)溫度的測量？”，這個問題的解答包含了溫度傳感器選用，測溫電路設計等環(huán)節(jié)，引導學生充分討論，了解熱電偶、熱敏電阻以及PN結等常用溫度傳感器的特性及基本應用，選擇合適的傳感器并設計測溫電路，比如采用熱敏電阻的測溫電橋電路。第二個問題是“測量的電信號很弱，如何放大？”，這個問題主要涉及到集成運算放大器的特性及應用，可以采用單運放構成的同相比例放大電路或者是多運放構成的精密小信號放大電路等。第三個問題是“如何實現(xiàn)溫度的比較？”，這個問題包含了利用基準電路進行溫度預設控制和利用比較器實現(xiàn)溫度的比較，當測量值高于預設值則輸出高電平，反之輸出低電平。最后“根據(jù)比較結果，如何驅(qū)動執(zhí)行機構去實現(xiàn)相應的控制？”，這個問題的實質(zhì)是如何控制繼電器的接通和斷開，這就驅(qū)使學生去了解繼電器的工作原理并設計其驅(qū)動電路。

通過以上的細化與探討，僅僅實現(xiàn)了單個模塊的功能；進一步需要把各個模塊綜合起來，設計整體的電路，例如圖2所示。然后，還需要對電路進行整體調(diào)試，以完成系統(tǒng)的功能。整體電路的設計與調(diào)試過程是非常重要的過程，是深入討論與反思的過程，考察的是學生的綜合能力與協(xié)作能力。在這個過程中，出現(xiàn)問題甚至是錯誤都是正常的，鼓勵學生小組自由討論，反復探索，必要時指導教師適當參與問題的討論，引導學生正確解決問題。

圖2 溫度檢測控制實驗電路

最后，小組提交實驗報告，總結實驗所得。在整個實驗過程中學生理解最為深刻的環(huán)節(jié)恰恰是犯錯誤的環(huán)節(jié)，而且通過反復地討論和實驗，學生對相關知識掌握得更為深入，應用也更加靈活自如。

4 問題與經(jīng)驗

PBL教學法的理念非常適合用于電工電子綜合實驗教學，把實驗目的從“被動驗證”向主動“設計研究”型轉(zhuǎn)變，從而實現(xiàn)學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

基于PBL教學法的非電類電工電子綜合實驗是對綜合實驗教學模式改革的一種大膽嘗試，各個環(huán)節(jié)還存在許多問題需要深入研究：

（1）實驗項目的設置非常關鍵，選擇實驗項目的原則為：①來源于實際應用，具有一定的實用性或趣味性，以增大學生的學習興趣；②實驗模塊盡量做到可以為多個不同的綜合實驗共用，簡化實驗硬件平臺的復雜度，也便于節(jié)約實驗成本；③在已有的硬件平臺上容易擴展并實現(xiàn)。

（2）資源的建設非常重要，學生們是在通過查詢資料、動手做事、相互討論的過程中解決問題的，只有當實驗教學資源足夠豐富時，學生的自主探索討論才可能進行。

［1］ 徐文娟 楊承印.論基于問題式學習（PBL）的有效實施［J］.教育學報.2006，（3）：47－50

［2］ PBL 教 學 ［EB／OL］，http：／／61.144.60.222：8080／0518／PBLWeb／index.htm

［3］ 黃亞玲 馬建輝 崔舜 等.以問題為基礎學習教學評價體系的研究與實踐［J］.中國高等醫(yī)學教育.2008，（9）：5－6

［4］ 師保國 申繼亮 許晶晶.論問題式學習中的“問題”［J］.上海教育科研.2005，（7）：55－58

［5］ 林銳利 劉芳.PBL教學與我國高等教學現(xiàn)實適用情況探討［J］.高等研究與評估.2008，（1、2）：98－100

［6］ 李昱 葉秀峰 李丹等.談PBL理解誤區(qū) ［J］.西北醫(yī)學教育.2006，（2）：196－197