[教学成果校级]电工电子基础课程教学和实验体系改革的研究与实践

成果名称：电工电子基础课程教学和实验体系改革的研究与实践

成果完成人：金  波 佘新平 高玉良 蔡昌新 刘  焰 毛玉蓉

　　　　　　吴爱平 覃洪英

获奖等级：长江大学优秀教学成果奖一等奖

获奖实践：2008年

一、研究成果概述

“电工电子基础课程教学和实验体系改革的研究与实践”省级教学研究项目于2006年10月在省教育厅正式批准立项。两年多来，通过深入研究当前的高等教育面临的问题、电工电子基础课程的特点和我校的实际情况。对电工电子基础课程的教学体系、教学内容和教学方法进行了一系列的综合改革。课题组教师发表相关的教学研究论文18篇，出版主编教材和辅助教材8部，参编教材4部，其中参编 “国家十一五规划”教材1本。标志性工作有：第一、构建了新的电工电子基础课程和实验教学体系；第二、更新理论和实验教学内容并出版了相关的教材；第三、改革教学方法和手段；第四、在学生中开展学习竞赛活动。

本研究成果的实施，有显著的教学效果，既提高了教师的教学水平，又培养了学生的能力和素质，进一步提高了教学质量。

二、构建新的课程教学体系

  电类专业的电工电子基础课程包括“电路分析基础”、“信号与系统”、“模拟电子技术”、“数字电子技术”四门学科基础课程。通过对华中科技大学、东南大学、上海交通大学等重点大学的调研，结合我校的实际情况，制订了我校的电工电子基础平台课程教学和实验体系的改革方案。通过压缩理论学时，加强实践环节以构建新的课程教学体系。其中实践部分改革较多。具体的思路是：课堂教学总学时减少，压缩重复内容，压缩过于偏、很少在后续专业课用到的内容，压缩属于更高级、可以放到研究生阶段去的内容。必修课学时比例下降，以便给学生创造一个更为宽松的自主学习环境。同时实践教学环节增加，学生的工程能力的训练受到重视。课程设置如表1所示。

表1 电类电工电子基础课程教学改革的课程设置情况

表2  非电类电工电子基础课程教学改革的课程设置情况

非电类专业的电工电子课程所涵盖的专业很多，各专业对课程的要求存在差异，这对课程的教学带来困难。为了解决这些问题，我们首先与开课院系沟通，研究专业培养目标对本课程的需求，将教学内容的调整纳入到整个课程体系的改革中，根据对国内外有关教育及科技发展的研究，确定了电工电子课程模块化的体系结构。按照学科内容属性将电工学课程分为5个基本知识模块（电路基础、电机及电气控制、模拟电子技术、数字电子技术、电工学），针对专业培养需要，构造电工电子课程模块化教学内容，按知识模块统一教学要求和教学内容，统一考核。在课程模块化设置的基础上，制定了电工电子系列课程的教学大纲。课程设置如表2所示。

三、实验教学体系的改革

根据课程内容和知识结构的调整和个性化人才培养的需要，对实践教学体系也进行了相应的改革。在确保验证性实验质量的同时，增加提高型实验（综合性、设计性、应用性等）、研究创新型实验的比例。采取分层次、分阶段、循序渐进的模式， 由浅入深、由简单到综合、课内外结合，并通过开放式实验教学，鼓励学生自主立项，充分调动学生学习的积极性和主动性，培养科学的实验方法和严谨的工作态度。

电工电子实验课程体系分为三个层次：基础实习与实验、综合性设计实验、创新性自主实验。

（1）基础实验：包括电工电子实习初步和电路基础实验。学生通过实验和实训，进一步学习电路的基本知识，掌握电工电子的基本实验技能，建立对电路元器件、电子元器件、电子仪器的基本认识，熟悉常用电子仪器仪表的使用和操作方法，学会焊接和常用电器安装技术，安全用电，正确用电。

（2）综合性设计实验：设置综合性的实验课程，综合后的课程以设计为主线，通过增加实验学时，调整设计型实验的内容和比例，采用仿真与实做结合、课内与课外结合、硬件与软件结合的教学模式和手段，全面而系统地培养学生的获知能力、综合设计与研究创新能力。

（3）创新性自主实验：实验中心设有大学生创新基地。对学习成绩好的学生通过选拔进入创新基地学习。学生可自主地选择感兴趣的课题进行研究，实验中心提供元器件材料。

四、教学内容的改革与教材建设

教学内容的改革是电工电子基础课程改革的关键。如果不把教学内容精选确定，课程讲得再好、教学手段再先进也是无济于事的。而相应的教材建设就显得特别重要。因为教材是教学之“本”。近年来我们在多年教学实践的基础上，并参考相关的国外教材，编写了一系列教材。由我校教师主编的教材如表3所示。

表3  自编理论课和实验课及辅导教材

（1）重组“电路分析基础”课程的教学内容和知识点。在突出电路的基本概念、基本定理和基本分析方法基础上，增加计算机分析方法内容，引入自主开发的电路分析程序，编写了兼顾强电和弱电内容的电路分析基础教材。

（2）加强“信号与系统”课程内容的改革。该课程在进一步加强基本概念、基础理论和基本方法训练的同时，增加利用MATLAB与教学内容相结合的计算机综合练习，强化培养学生使用MATLAB工具的应用能力，

（3）大幅调整“模拟电子技术”课程的教学内容。面对新器件、新电路不断涌现而教学学时却多次压缩的现实，遵循“讲透概念定理、打好电路应用基础”的宗旨，最大限度删除了半导体器件内部物理过程内容，删减了单元电路的内部特性分析，增加集成运放及其应用及集成电路新技术的内容，培养学生电路设计和工程应用能力。

（4）调整优化“数字电子技术”课程的教学内容。遵循“自上而下”的现代数字系统设计思想的指导，压缩逻辑函数及其简化的内容，加强CMOS器件及其应用、组合逻辑设计、时序逻辑设计以及现代数字系统设计及实现的内容，以符合VLSI发展的需要。

五、教学方法的改革

1．课堂教学的“四位一体”的教学方法

经过多年的教学实践，我们认为，为了解决教师难教与学生难学、教学内容和学时数之间的矛盾，必须引入先进的教学方法和手段。采用“四位一体”的教学方法，可以提高教学效率。

“四位一体”的教学方法就是：多媒体课件+黑板板书+仿真演示+课堂练习与讨论。

（1）研究和探讨多媒体在正常教学中的作用问题，使传统教学与多媒体教学有机结合，提高教学效果；针对基础平台课程信息量大、数学公式多、电路图和波形多的情况，我们制作了各门课的多媒体课件。通过多媒体教学课件的使用，大大提高了课堂教学的效率。比如卷积积分的图解法，以前在黑板上讲时，学生总是不理解，教师往往花2学时。用多媒体的动画演示只要20分钟，学生就会明白卷积的图解含义。卷积积分不再是我们教学的难点了。

（2）传统的黑板板书还是不能丢掉的，它应与多媒体教学互为补充。有的时候用黑板板书更能吸引学生的注意，把问题说得更加清楚。如举例练习时，一步一步的在黑板上推演和计算，比用多媒体放映效果要好得多。

（3）研制仿真演示程序，使课堂教学的实时仿真和人机交互式的生动演示成为可能。如电路的一阶电路和二阶电路的EWB仿真、信号与系统中的周期信号分析和合成的MATLAB演示、模拟电路中单管放大电路的放大与失真的仿真演示等。通过这一教学手段，提高了学生的学习兴趣，开拓了他们的视野。

（4）采用互动式教学，重视对学生主动式学习的培养，通过问题和思考题等启发学生的探索精神；具体做法是每堂课都要通过一、二道课堂练习课或思考题要学生做，发现问题后再启发学生解决问题。这样做有助于培养学生的逻辑思维能力，这有利于促进学生分析问题和解决问题的能力。

另外，我们还研制出“电工电子系列课程试题库系统”。虽然计算机不断更新，10多年来，我们一直使用试题库考试，使试题的标准化、科学化、规范化做出了贡献。目前已有多所院校正在使用我们的试题库。试题库的研制工作在国内有一定影响。

2、实验教学的“四结合”的教学方法

长期以来，实验都是作为理论课的辅助教学手段而设置的，其目的是为了验证理论，帮助学生加深对概念的理解。受传统观念的影响，重理论、轻实验的现象在不同的方面表现出来。实验教学方法的改革是我们要探讨的重点，我们认为，实验教学方法和手段主要体现在“四个结合”，即：理论与实验结合、虚拟与真实结合、单元与系统结合和课内与课外结合。

（1）学习了理论课程之后，要动手实践，才能进一步理解和消化课堂上所学的理论知识。技术性基础课程尤其如此。再进一步就可进行设计，培养学生的创新能力，学生的能力就可得到发挥，同时又对理论知识的学习得到升华。注意理论在实验中的指导作用，强调对实验结果能够做出理论分析和正确解释。除了对理论进行验证外，力争使实验内容是理论课的延伸和扩展。因此，只有学好了理论课才能做好实验，做实验才有针对性和目的性。

（2）引入先进的仿真软件。发挥计算机在实验教学中的作用，引入虚拟仿真技术，并不断更新。在电子线路仿真设计中，2006年新增Protues仿真软件进行仿真设计；在可编程技术方面，采用Altera公司的MAX＋PlusII和VHDL语言，现在新增了Verilog HDL方面的教学内容。对于设计性实验，学生利用仿真软件，在完成项目设计方案后，利用仿真，验证方案的正确性和可行性，然后硬件实现，改变传统的实验模式，使学生掌握电子线路的设计方法和手段。

（3）在以往的实验教学中，实验项目分得太细、实验时间少、知识点应用的少，因而学生做实验的效果不好。实验内容要体现综合性，即在设计实验内容时，对某一类知识强调综合应用。所以实验项目个数不必太多，一个实验的内容相对增加。这样有利于知识的综合应用。使实验内容即有单元实验又有系统的综合实验。

（4）课内课外结合主要体现在：除了实验在课内进行外，实验室采取网上预约实验，实现实验时间、空间的开放。通过开放，促进学生自主学习，自主实践。特别是电子技术的综合性设计实验，实验教学方法采用先由教师布置实验课题，学生在课外查找资料进行理论设计，然后将所设计的电路在计算机上进行仿真、修改。最后列出元器件清单到实验室领取材料并进行安装测试。在这个过程中，学生是主体，教师起督促和辅导的作用。并且课内与课外进行了有机的结合。

另外，电工电子实验教学中心网站，收集和开发了各种实验教学软件资源。所有资源均放置于网站，便于学生自主学习、实验和设计；教师可以通过网络与学生交流，了解实验教学情况，实现实验教学的网络化管理。

六、成果的创新点

（1）立体化教材建设确保教学内容的先进性

参考了国内外的同类教材，并在积累了多年教学经验的基础上编写了多门课程的主教材和辅助教材。有纸质教材和电子教案，即多媒体课件。有理论课教材又有实验教材。还充分利用网络资源，形成了立体化教材。

（2）突出计算机辅助教学实现教学手段的科学化

针对电工电子课程信息量大、数学公式多、电路和波形变换较复杂的情况，制作了多媒体课件。还研制MATLAB演示程序和EWB仿真演示软件，使课堂教学的实时仿真和人机交互式的生动演示成为可能。研制的试题库系统。在国内有一定影响。在教学中发挥了较好地作用。

（3）“四位一体”课堂教学方法和“四结合”和实验教学方法

“四位一体”的教学方法，即“多媒体课件+黑板板书+计算机辅助教学+课堂练习与讨论”的四位一体的教学方法，使课堂教学在有限的时间内发挥最佳的效果。 “四结合”的实验教学方法，即：理论与实验结合、虚拟与真实结合、单元与系统结合和课内与课外结合。

七、成果的推广情况

1、教材推广使用情况：

电工电子基础课程和实验教学内容的改革主要体现在教材上。结合教学改革的成果，编写的教材有10多所学校正在使用。

2、电工电子基础实验教学改革推广情况

由于新的实验体系的构成、实验教学内容的更新、实验教学的开放式教学方法、实验教材的编写。2007年11月我校电工电子实验中心被教育部批准为国家级实验示范中心。

3、试题库推广使用情况

电工电子课程试题库系统，1993年获湖北省优秀教学成果奖。为我校试题的标准化、科学化、规范化做出了贡献。目前已有60多所院校正在使用我们的试题库。

4、电子设计大赛情况

由于学生实验技能提高，综合应用和创新能力增强，在全国和湖北省大学生的各种竞赛中取得了可喜的成绩。