張雪輝 李華 黎霞 耿躍華

[摘? ? ? ? ? ?要]? 為培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力，將雨課堂、Multisim等信息化教學(xué)工具融入電工學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，重新構(gòu)建了電工學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。實(shí)踐證明，通過線上線下混合式學(xué)習(xí)、先仿真后實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式改革，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生探究問題和動(dòng)手實(shí)踐的能力明顯提高。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 電工學(xué)實(shí)驗(yàn);信息化;混合式教學(xué);仿真

[中圖分類號(hào)]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2021）31-0018-02

為主動(dòng)應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略。2017年2月以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式、中國經(jīng)驗(yàn)，助力高等教育強(qiáng)國建設(shè)。工科優(yōu)勢高校要對工程科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)揮主體作用，培養(yǎng)造就一大批多樣化、創(chuàng)新型卓越工程科技人才，為我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國際競爭提供智力和人才支撐，既是當(dāng)務(wù)之急，又是長遠(yuǎn)之策[1]。

實(shí)驗(yàn)是工科院校培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，電工學(xué)實(shí)驗(yàn)是面向非電類專業(yè)開設(shè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，能有效促進(jìn)學(xué)生將電工學(xué)理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐能力。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極主動(dòng)性，且存在部分學(xué)生渾水摸魚的情況。

一、工科實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足

（一）時(shí)間和空間有限

電工實(shí)驗(yàn)一次兩學(xué)時(shí)，90分鐘，比較簡單的實(shí)驗(yàn)，如疊加原理可以輕松完成，但復(fù)雜一些的實(shí)驗(yàn)，如單級(jí)交流放大電路，直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，如果課前學(xué)生沒有充分預(yù)習(xí)，做仿真，很難在90分鐘內(nèi)完成。實(shí)驗(yàn)室一般15～16臺(tái)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，兩到三人一組。學(xué)生在有限的時(shí)間和空間內(nèi)，不能得到充分的發(fā)揮。

（二）預(yù)習(xí)方式單一

目前，工科院校本科生實(shí)驗(yàn)課程的預(yù)習(xí)，如大學(xué)物理、有機(jī)化學(xué)、電工學(xué)、電機(jī)學(xué)和電力電子等，多采用傳統(tǒng)模式，停留在讓學(xué)生抄寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的層面。學(xué)生通過機(jī)械而大篇幅的抄寫，只能簡單了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟，對于實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)原理仍不甚了解。這種預(yù)習(xí)方式，既費(fèi)時(shí)間，又不能達(dá)到良好的預(yù)習(xí)效果。

（三）實(shí)驗(yàn)效果不佳

進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，一般由教師介紹實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng)后，學(xué)生開始動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。少數(shù)預(yù)習(xí)充分的學(xué)生可順利地完成實(shí)驗(yàn)，但不少學(xué)生仍是懵懵懂懂，做一步問一步，照貓畫虎，甚至有的組做不出來，抄寫數(shù)據(jù)，對付走人。

（四）實(shí)驗(yàn)報(bào)告繁冗

后續(xù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫，不乏重新抄寫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、將示波器等儀器儀表顯示的波形重新繪于紙質(zhì)報(bào)告，增加學(xué)生的負(fù)擔(dān)，不利于學(xué)生抽出更多的時(shí)間進(jìn)行問題的總結(jié)與探究。

這種以學(xué)生抄寫預(yù)習(xí)報(bào)告—教師講解—學(xué)生機(jī)械實(shí)驗(yàn)—撰寫紙質(zhì)報(bào)告—教師批改的傳統(tǒng)模式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，預(yù)習(xí)效果差，不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，實(shí)驗(yàn)過程機(jī)械，抄寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告浪費(fèi)時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手操作的時(shí)間和空間有限，不利于學(xué)生探究和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

二、利用信息化手段推動(dòng)工科實(shí)驗(yàn)改革

新工科要求學(xué)生具有自主學(xué)習(xí)和探究、創(chuàng)新能力，我們必須改變傳統(tǒng)工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，以學(xué)生為中心，將信息化技術(shù)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，從而達(dá)到掌握電工與電子技術(shù)理論知識(shí)，獲得仿真軟件和實(shí)際儀器儀表的知識(shí)儲(chǔ)備，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維、探究能力、動(dòng)手能力和協(xié)作能力，同時(shí)激發(fā)學(xué)生的認(rèn)同感、責(zé)任感，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和良好的道德素養(yǎng)。

近年來，雨課堂、學(xué)習(xí)通等現(xiàn)代信息化教學(xué)手段提供了教學(xué)改革的工具，學(xué)堂在線、慕課、網(wǎng)絡(luò)視頻等，提供了豐富的教學(xué)資源，推進(jìn)了工科院校電工電子實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革。雨課堂是由學(xué)堂在線和清華大學(xué)在線教育辦公室共同研發(fā)的新型智慧教學(xué)解決方案，它將信息技術(shù)應(yīng)用于PowerPoint和微信，科學(xué)覆蓋了課前—課上—課后的每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，讓課堂互動(dòng)永不下線。Multisim是以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。電工學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，直流電路、交流電路、模擬電路和數(shù)字電路均可利用Multisim進(jìn)行仿真。

重慶大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心將混合式教學(xué)模式應(yīng)用于電工學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，完善了實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)[2]。云南農(nóng)業(yè)大學(xué)搭建了電工電子虛擬仿真平臺(tái)[3]。西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院開展了仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的建設(shè)[4]。河北工業(yè)大學(xué)電工學(xué)教研室自2010年以來，對電工與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行引入虛擬仿真技術(shù)、線上線下混合式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)模式的探索，從實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、預(yù)習(xí)考核、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，到報(bào)告撰寫，進(jìn)行了一系列改革[5][6]，形成了一套較為成熟的教學(xué)模式（如下圖所示），充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極主動(dòng)性，培養(yǎng)了學(xué)生的探究能力。

（一）預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)

1.雨課堂推送預(yù)習(xí)要點(diǎn)

利用雨課堂制作手機(jī)課件并推送，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、設(shè)備、電路、步驟和注意事項(xiàng)，教師配以語音講解和儀器設(shè)備介紹小視頻，學(xué)生利用手機(jī)進(jìn)行預(yù)習(xí)，根據(jù)需要查閱實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和教材，一般不會(huì)超過15分鐘，能有效理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

2.Multisim仿真

實(shí)驗(yàn)前，教師通過雨課堂發(fā)布仿真任務(wù)。如直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)，學(xué)生通過利用Multisim仿真軟件繪制變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)的電路，用示波器觀察各環(huán)節(jié)的電壓波形，用萬用表測量交、直流電壓，可充分理解電路工作原理，學(xué)習(xí)各種儀器的使用。仿真結(jié)果通過雨課堂提交，教師及時(shí)批改反饋。由于仿真不受時(shí)空、設(shè)備數(shù)量限制，不存在儀器儀表損害的問題，學(xué)生能靜下來思考問題、解決問題，提高了學(xué)生的探究能力，同時(shí)為進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室操作做好準(zhǔn)備。