电子技术教育方式阐述

作者：孟秀芝 王宗省 高丽丽 单位：山东科技大学机械电子工程学院

科学技术的发展，使各个学科领域之间不再是相互独立，而是相互渗透和融合的关系。在此大环境下，电工电子技术作为高等院校非电类专业的一门重要的专业基础课程，能使学生掌握电工电子技术必备的基本理论、基本知识和基本技能，为后续专业课的学习和毕业后在工程技术岗位上的自学、深造、拓宽和创新打下坚实基础[1]。该课程融合了电路分析、电机学、可编程控制器、模拟电子技术和数字电子技术等多门学科，内容广泛，重应用而轻理论，实践操作性强。笔者通过多年的教学观察发现，学生在学习电工电子技术时常会出现以下几种情况：一是课程比较抽象，仅在学习物理课程的前提基础下，入门比较难；二是课程实践性强，而传统实验课多为“傻瓜”式实验，不能充分发挥学生的主动性，实验效果差；三是课程内容多，系统性较差，又是多门学科的压缩，学习起来比较吃力；四是此课程是一门公共专业基础课（涉及到全校十几个专业），与专业联系性不是十分紧密，没有一个公共学习交流平台，没有相应的学习氛围，学生的学习积极性不高。针对上述问题，除了在教学内容、教学方法[2]、考试方法[3]等方面进行教改外，多平台教学方式的构建也需要进行探索。笔者在多年的教学方式的探索中，除了利用多媒体与传统的教学手段相结合[4]的方式外，还构建出仿真软件平台、硬件平台及网络平台等多平台相结合的教学方式，拓宽学习电工电子技术的途径，激发学生的学习兴趣和积极性。

一、多媒体与传统教学方式相结合，形成有机互补

多媒体教学是当前比较普遍的一种教学手段，它利用图像、声音、动画及视频的效果给课堂带来活力。但整个课程纯用多媒体来讲课，仍存在一定的弊端。比如学生反应整个授课过程过快，思路跟不上，对授课内容印象较浅等问题，尤其是电路基础理论部分更是让很多学生感到头疼。而传统的黑板式教学在教学过程中，有一定的空余时间可以让学生思考，容易使学生紧跟老师的思路。所以，在整个课程的授课过程中，有选择地、合理地利用多媒体技术，有机结合传统的黑板式教学，做好整个课堂的教学设计，就可以取长补短，使教学效果达到最佳。以讲解单相交流电路为例，对于单一参数交流电路的电压与电流的关系分析过程，用黑板来讲解，从题设到结果，循序渐进，使学生在概念上从直流电到交流电的转变有个接受过程；而在介绍电阻器、电容器和电感器时，可以以图片的形式将这三种器件的种类及其多样的封装形式展现在学生面前，使学生对三种器件形成感观认识，并扩展了知识面；在讲解功率时，可以用动画效果展现出其功率曲线图，既有视觉冲击，强化记忆，加深理解的效果，又节省了画图的时间。在讲解电动机的继电器控制电路时，用黑板把低压电器的动作过程先讲述一遍（对于低压电器的结构用多媒体显示，可以节省画图时间），再利用多媒体的动画效果来形象地展示出电动机的启动和停止过程，使学生更易理解整个控制系统。所以合理利用多媒体技术，有机结合传统授课方式，既可以激发学生的学习兴趣，又能够突出重点，对于教学时间相对减少、教学内容不断增加的今天无疑是一种非常好的提高教学质量和效率的途径。

二、利用软件仿真平台，使抽象变具体

非电类专业的学生在初学电工电子技术时，对于每一个电路，常常想直观地分析出支路电流的具体流向，否则就像迷失了方向一样困惑。在引导课程入门时，尽管一再告诫他们先不用考虑电流实际流向，先设定支路电流的参考方向，然后在给定的参考方向下利用电路理论列式计算，根据计算结果分析电流的实际流向，但听从者并不多。基于此种情况，笔者借鉴前人利用EDA技术引入电工学教学[5]的经验，来协助学生解决在学习中遇到的困难。在授课初时，笔者先讲解仿真软件MULTISIM（仿真软件有多种，如EWB、PSPICE、PROTEL、CA-DENCE、MULTISIM等，现在用的比较多的是MUL-TISIM。）的使用方法，让学生在学习本课程之前先TISIM。）的使用方法，让学生在学习本课程之前先学会仿真软件。在课堂教学时，再把仿真软件作为教学的辅助工具。如对于举例电路，利用仿真软件中的电流表直观地给出支路电流的实际方向如图1所示，更具有说服力地改变了学生对“电源”只是提供电能的认识，使抽象变具体，使学生学习起来轻松入门，调动了学生的学习积极性（图略）又如讲解电路暂态分析中的RC电路中电容的充电过程，电路（图略）所示，用示波器XSC1观察电容C1两端的电压变化，其变化曲线（图略），使学生无法想象的电压变化过程非常直观地展现在学生面前，提高学生的学习兴趣，同时也有助于学生理解电路的工作原理。除此之外，利用仿真软件平台，学生还可以弥补由于授课学时少而造成的实验学时有限的缺陷，利用课余时间在此平台上设计电路，对一些电路原理设计相应的电路仿真验证，既达到了理论联系实际的目的，又锻炼设计电路的能力。对于那些对电工电子技术特别感兴趣的同学，还可以利用业余时间，综合应用自己所学的知识，在此平台上获得自己所做的一些小制作或小创新的仿真结果，既加深了对电路理论的理解，又提高了其动手和创新能力。总之，“授人以鱼时不忘授人以渔”，学生在掌握课程的知识基础上，借助于仿真软件这个工具，能够独立进行电路的设计及开发，为以后的工作打下良好的基础。

三、利用开放式的硬件平台，锻炼学生的实际应用能力

电工电子技术是门实践性非常强的课程，所以实验教学是该课程中的一个重要环节。但基于目前高校的电工电子技术课程的实验内容主要是一些验证性的实验，配备的实验教材往往把实验电路详细给出，硬件实验系统也基本上搭建好了，学生仅是对照着已给出的电路连接几根线，按照实验的要求测出几个数据。整个实验，学生基本上不动脑筋就能完成，实验成了一种“傻瓜”式实验。这种实验不仅挫伤了学生动手的积极性，养成学生的依赖性，也禁锢了学生的创新动力，使学生失去了成就感。基于此问题，也有人提出实验教学的改革，除了引入EDA[5]外，就是指导个别学生进行课外创新设计[6]，但这种改革仍解决不了大部分学生的实际动手能力的培养问题。除此之外，由于实验题目多是某个定理或现象的验证，学生在实验过程中没有“系统工程”的概念。针对上述这些情况，笔者开发出一套开放式的综合实验平台。平台按模块的方式组成，主要包括电源模块、模拟电子模块、数字电子模块三大部分，每一部分又细分几个子模块，比如数字电子模块有脉冲形成模块、开关阵列、计数模块、显示模块等。在每个模块上仅给学生提供比“面膜实验板”更好用的可能用到的多种电子元器件（每个元器件留出插孔）及多种规格的芯片底座。学生在此实验平台上既可以自行设计一些验证性的实验，也可以开发一个综合应用系统。但无论哪种实验，学生都必须独立完成电路原理设计、硬件选型、电路搭建及调试工作，从始至终，让学生把握主动权。例如在此平台上，让学生设计一个0～99秒倒计时器的综合实验（至少4个学时，可用于机电、机械设计及其自动化等课时较多的专业，也可以作为这些专业的电工电子实习内容）。学生首先必须根据系统功能要求，分析出系统的构成：时钟电路、键盘电路、预置电路、计数电路、复位电路、译码显示电路、电源电路及声光报警电路等内容，然后再组成系统，（图略）设计出原理图并做出硬件选型后，学生在平台上搭建电路，调试，并解决在调试过程中所出现的各种各样的问题，得出结果。在整个实验过程中，学生是主角，老师仅是扮演一个“技术顾问”的角色。通过类似于这样的实际应用系统的设计训练，使学生掌握模块化的设计方法，把所学的知识融会贯通起来，同时建立起“系统”的概念。总之，在这个平台上，既可以培养学生灵活运用理论知识的能力和解决实际问题的能力，也可以培养学生的科研素质。由于整个实验是学生在老师的配合下来完成，成就感强，激发了学生的学习兴趣和动力，也增强学生的创新能力。

四、利用网络技术构建一个学习交流平台，增强学习氛围

计算机的普及和网络技术的发展，使构建一个公共学习平台成为可能。在教学改革不断发展的今天，一些精品课程相继建立了相应的网站。针对学习电工电子技术课程的专业广，学生人数多（每年全校有十几个专业，1200多学生学习电工电子技术），而课堂授课学时相对较少（根据专业不同，授课学时不同，从36学时到120学时不等），学生之间、学生与老师之间交流机会少等情况，笔者利用网络技术构建了一个公共学习交流平台。在这个平台上，设计了课程介绍区、学习功能区、交流功能区、创新功能区等，每个栏目各司其职，不但方便了学习，更重要的是使师生间无障碍地交流。在课程介绍中，介绍了本课程的特点、内容体系结构、教学目的要求及参考教材，使学生对本课程有一个全面的了解；在学习功能区，学生可以在线利用电子教案进行学习，也可以在线做一些题目的练习或者是自测，来检查自己的知识掌握情况；在交流功能区，学生可以利用论坛交流学习中所遇到的问题或是学习心得，学习课堂宽广，学习心情放松，各抒己见，互相启发，教学相长；在创新功能区，公布学生的创新项目的成果及设计思路过程，一方面激发学生的创新积极性，另一方面也可以给学生的继续创新做出案例，创新题目可以咨询老师或者自拟，通过这样训练，可以使学生视野开阔、能力增强。综上所述，网络课堂扩大了课程的受益面，与课堂教学互补，实现了因材施教，创造了教师与学生、学生与学生之间交互的环境；因而活跃了教学和学术气氛，使学生得到熏陶。

五、结束语

本文是在学校的“群星计划”项目的支持下，针对电工电子技术的教学过程中出现的问题，构建出多平台相结合的教学方式，创造了良好学习环境和氛围，拓宽了学生学习电工电子技术课程的途径，使学生学习的积极性的得到了提高，学习效果比以往有较大程度的提高。电工电子技术课程的教学改革是一个系统工程，要想不断地提高教学质量，除利用多种平台方式教学之外，还要做进一步的教学改革探索。