創(chuàng)新培養(yǎng)優(yōu)秀工程師的“電工學(xué)”教學(xué)研究
一、理論教學(xué)模式的改革
“電工學(xué)”課程學(xué)時(shí)比較少，概念較多，內(nèi)容相對(duì)抽象，學(xué)生在聽課過程中極易疲倦而走神，因此，課堂教學(xué)中授課內(nèi)容的有效組織與生動(dòng)展示是吸引學(xué)生學(xué)習(xí)注意力，提高學(xué)習(xí)效率的關(guān)鍵。
對(duì)于“電工學(xué)”課程中一些抽象的知識(shí)點(diǎn)，僅通過傳統(tǒng)的說講教學(xué)方法或者僅僅利用簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)PPT方法講授，學(xué)生不易理解。因此，本研究提出情境教學(xué)模式，在授課過程中加入動(dòng)態(tài)仿真演示，通過仿真軟件與可視化平臺(tái)動(dòng)態(tài)展示出電路的工作原理，直觀給出其輸出結(jié)果，生動(dòng)形象地幫助學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。
1.動(dòng)態(tài)演示所用到的仿真工具
采用虛擬儀器LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Work bench)開發(fā)平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)仿真。LabVIEW 是美國(guó)國(guó)家儀器公司(National Instruments，NI) 開發(fā)的基于圖形編譯語言(G語言)的實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境，它具有十分強(qiáng)大的功能，能夠完成仿真、數(shù)據(jù)采集、儀器控制、測(cè)量分析、數(shù)據(jù)顯示和過程監(jiān)控等任務(wù)。利用LabVIEW，可以通過G語言編寫后臺(tái)程序，通過圖形化前面板顯示過程與結(jié)果，在該平臺(tái)上開發(fā)的仿真演示程序可生成相應(yīng)的應(yīng)用程序(可直接點(diǎn)擊使用)，用以輔助教學(xué)。
2.應(yīng)用舉例
以正弦三要素的認(rèn)識(shí)為例，一般理論教學(xué)通過PPT文字和簡(jiǎn)單圖文描述正弦量三要素：角頻率、幅值、初相位。為了使學(xué)生一目了然，可使用LabVIEW開發(fā)平臺(tái)，在其后臺(tái)用G語言描述實(shí)現(xiàn)：將虛擬函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號(hào)送入可視化顯示控件，在前面板界面顯示不同要素下正弦波形的特征(初相位、幅值、角頻率可以自行設(shè)置并在前面板顯示)。還可以進(jìn)一步詮釋兩同頻率正弦量同相、反相、超前、滯后的相位關(guān)系。學(xué)生所看到的界面。
這樣的演示能夠更好地說明幅值、角頻率、初相位三要素的變化引起的波形變化，生動(dòng)描述同頻率波形的相位關(guān)系，有利于學(xué)生對(duì)正弦量三要素的認(rèn)知與理解。
3.仿真理論部分內(nèi)容安排
根據(jù)上課經(jīng)驗(yàn)歸納抽象知識(shí)點(diǎn)，分別設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)仿真演示程序。該應(yīng)用程序既可用于課堂上的演示，也可作為實(shí)踐課程中學(xué)生的設(shè)計(jì)參考。
二、實(shí)踐教學(xué)模式的改革
在改革理論教學(xué)的同時(shí)增加實(shí)踐教學(xué)課時(shí)，讓學(xué)生在仿真平臺(tái)上自己動(dòng)手搭電路，并對(duì)電路行為進(jìn)行仿真，從書本到自己的實(shí)踐過程將開拓學(xué)生的視野，增強(qiáng)動(dòng)手能力。也可以將其作為大作業(yè)布置給學(xué)生完成。
1.仿真工具
具體采用Multisim仿真平臺(tái)。Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器公司推出的仿真工具，適用于模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含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。使用Mmultisim可以交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路行為進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電工學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。
在仿真平臺(tái)上，學(xué)生可以自己搭建電路，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提升其自主學(xué)習(xí)和自主探究的能力，達(dá)到教與學(xué)、理論與實(shí)踐的和諧統(tǒng)一。
2.應(yīng)用舉例
以《電工學(xué)》下冊(cè)電子技術(shù)中第十六章內(nèi)容中反相比例放大電路的學(xué)習(xí)為例，仿真電路以及仿真結(jié)果的實(shí)現(xiàn)。學(xué)生通過繪制電路、功能仿真，加深對(duì)電路結(jié)構(gòu)的記憶與認(rèn)知，同時(shí)考慮各部分電路結(jié)構(gòu)與作用，虛擬示波器直觀顯示了結(jié)果，可以看出輸出與輸入信號(hào)的關(guān)系：在幅值上成一定比例;輸出與輸入信號(hào)相位相反;輸出與輸入信號(hào)同頻率。通過親身實(shí)踐使得學(xué)生完成認(rèn)知—設(shè)計(jì)—仿真—結(jié)論的.過程，這個(gè)過程正是工程實(shí)踐中調(diào)試分析的過程。
在傳授理論知識(shí)的同時(shí)，通過這種實(shí)踐環(huán)節(jié)，逐步使學(xué)生得到基本技能的訓(xùn)練，逐步培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力、邏輯推理能力、自主學(xué)習(xí)的能力與興趣，注重培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去獨(dú)立分析問題、解決問題的能力和實(shí)踐操作能力。
三、課程考核方式的改革
考試形式可采用閉卷理論考核與大作業(yè)考核相結(jié)合的形式。其中大作業(yè)為實(shí)際電路的仿真設(shè)計(jì)，大作業(yè)可與教師的科研工作、企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，使實(shí)踐面向工程實(shí)際，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)踐、主動(dòng)創(chuàng)造、主動(dòng)探索，充分發(fā)揮其創(chuàng)新潛能，全面提升工程實(shí)踐能力。主要考核指標(biāo)：仿真軟件的熟悉與使用;對(duì)電路模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn);對(duì)仿真結(jié)果做出的深入分析。
對(duì)大作業(yè)的考核采用答辯方式進(jìn)行，要求學(xué)生講述自己對(duì)仿真設(shè)計(jì)的說明，對(duì)其應(yīng)用前景的綜述，以及介紹電路功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)情況。
考核方式改革的目的在于考查學(xué)生將理論與實(shí)踐結(jié)合的綜合能力，深化學(xué)生對(duì)專業(yè)課程的理解，提升工程實(shí)踐能力。
四、總結(jié)
以卓越工程師的培養(yǎng)為目標(biāo)，不斷完善并建立科學(xué)的教學(xué)體系。本文從理論和實(shí)踐兩方面探索教學(xué)模式改革。提出情景教學(xué)方法，對(duì)一些抽象知識(shí)點(diǎn)的講授，通過仿真軟件與可視化平臺(tái)動(dòng)態(tài)展示，直觀地闡述相關(guān)知識(shí)，加深學(xué)生印象，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。并提出電路設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)，與課本理論相聯(lián)系，與工程實(shí)踐相聯(lián)系，注重理論與工程實(shí)踐的結(jié)合，以“在實(shí)踐中學(xué)，在學(xué)習(xí)中實(shí)踐”的教學(xué)模式，切實(shí)提高大學(xué)生運(yùn)用所學(xué)分析問題、解決問題的工程實(shí)踐能力。
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