电路实验教学中能力培养

理论，就是人们的实践经验的概括，最概括的理论也许不是用数学表达，而是对现象的理解能力。［１］要让学生更好地学习和掌握理论，就应该充分发挥实践课程的作用，为学生提供学习和掌握理论知识的现实。电路基础课程是电类专业必修的专业基础课，是学生进入大学后接触的第一门专业基础课。学好该课程为低频及高频电子线路、数字电路等后续课程的学习提供了有力的保障，利于学生掌握专业学习方法，树立学习本专业的信心，为培养专业学习兴趣迈出良好的一步。电路基础实验作为电路基础教学内容的重要组成部分，其不仅可帮助学生理解电路基础的定理及电路分析方法的原理，而且可以帮助学生提高实践动手能力，在实践中建立尊重科学、勤于思索的良好实验习惯。文中就如何通过设计电路基础实验过程达到培养学生主动分析问题和处理问题能力进行了研究，提出了以仿真实验为指导，开发拓展性硬件实验的改革思路，在实践教学中探讨电路分析原理，培养学生分析问题，解决问题的能力，并给出实例说明实验教学过程的设计与实施。［２］［３］

１实验项目的确立

实验项目是实验教学的核心，项目的合理化及科学性将直接影响实验教学的质量及效果。本着课程实验为课程教学服务的思想，实验项目的设立应紧扣理论教学内容。结合电路基础课程内容，把实验项目划分为表１所示的四个项目。

２实验项目的实施策略

电路基础课程教学内容抽象，主要学习电路基本原理和方法，单纯的理论教学很难激发学生的学习兴趣，从而突显了实践教学的重要地位。“学而不思则罔，思而不学则殆”，因此如何通过实践教学来提高教学效果，达到激发学生的学习主动性，丰富工程实践经验，实现“理论与实践相结合，注重创新能力培养”的目标，是电路基础实验教学改革的目标。

２．１基于仿真软件的实验预习实施策略

当代大学生只有掌握科学的学习方法，具备较强的自学能力，才能独立地探究新的科学领域，索取新的知识。大量的实践证明课前预习是培养学生自学能力的有效途径。电路仿真技术为电子电路的学习和开发提供了一条更加经济、高效的新途径。在电路基础实验教学中设置预习环节的目的是让学生通过仿真实验数据，较深层次地理解和掌握教学中的基本定理及电路分析方法，因此仿真实验的主要内容为验证性实验内容。针对电路基础中主要的定理及分析方法，如：基尔霍夫定律、叠加定理、戴维南定理、最大功率定理、电容电感特性、支路电流分析法，网孔分析法、电路的暂态分析等设计相应的仿真实验内容。仿真实验一般分为三个步骤：首先由教师为学生提供参考仿真电路，给出仿真验证的具体步骤；设计多组能充分反映定理内容的实验数据，并设计启发性问题；给出定理，指导学生仿照实例设计仿真电路。学生通过完成预习中的相关内容，可实现领会定理或分析方法要领的目标。设置此环节的另一目的则是引导学生思考，掌握仿真软件的使用方法，培养学生自学能力与电路开发能力。

２．２基于目标的硬件实验实施策略

传统教学中，电路基础课程的实验为验证性实验，工程实践应用性不强。验证性实验目标局限于验证定理的正确性，一般较为肤浅，大部分学生依葫芦画瓢，敷衍了事。为改变当前电路基础课程教学的局限性，教师从实验入手，把有效地提高硬件实验教学的效果，切实做到提高学生的分析能力及应用能力，充分发挥硬件实验教学的积极作用作为电路基础教学改革的根本目标。通过大量的实践及研究，总结出了较完善的硬件实验具体实施方案。通过前一阶段的仿真实验，学生对实验中所涉及的理论及定理有了较深层次的理解，但仿真实验与具体的硬件实验还是存在较大区别的。相应项目的硬件实验设计主要遵循以下原则：紧扣定理，注重实际应用、注重硬件电路设计及元件布局、注重培养学生检测与排除电路故障的能力，鼓励创新。

２．３后实验实施策略

后实验是指学生在完成硬件实验内容后，根据所得实验结果对实验进行的分析、改进及创新等后续实践内容。后实验对提高学生的应用能力及创新思维有较大的帮助，也是本次实验教学改革的创新点。后实验的进行依托于仿真实验与硬件实验，如设计仿真电路与实际硬件电路实验结果有区别，探讨原因及解决方案；设计硬件电路在使用上具有一定的局限性，探讨如何对其进行改进等。这需要教师设计出更多的适应后实验需要的方案，并设计引导学生展开后实验的步骤。后实验实施是整个实验教学改革的难点所在。

２．４实验成绩评定

实验成绩评定是完成实验教学的重要一环。成绩评定分为不及格、及格、中等、良好及优秀五等。建立完善的实验考核制度，要求学生在规定的时间内完成基础实验的操作，并能给出较正确的实验结论，严格把关基础能力考核，实现理论与实践紧密结合的教学目标。成绩评定紧扣能力培养，鼓励学生积极思考勇于创新，把其作为优等成绩的评判指标。创新内容的完成时间要相对宽松，内容具有选择性，学生可选择部分实验项目进行创新尝试，教师要对学生的创新思路给出指导性意见，引导学生完成创新工作。

３实验项目示例

电路基础课程的实验项目的设计应当以理论内容为中心，设计合理的软件仿真实验及硬件实验，实验内容及步骤应当突出实践性、实用性，注重学生的能力培养。下面以线性网络基本定理实验项目为例具体说明实验教学的实施过程。线性网络基本定理实验项目内容主要是叠加定理、戴维宁定理及最大功率传输定理的验证及应用。实验项目的设计的合理性及全面性是保证实验质量与实验效果的关键所在。实验电路的设时要考虑到通用性及可拓展性，实验内容及记录的数据要具有指向性，即通过对实验数据的分析能够较容易地看出其满足或符合相应定理的规律。本实验项目的仿真电路如图１所示。仿真电路的设计主要解决四方面问题：第一，叠加定理中的除源问题；第二，通过戴维宁定理实现电路的等效变换；第三，负载电阻可变，寻找最大功率点；第四，有源二端网络的外特性曲线的测量及作用；第五，可通过仿真实验结果对比求有源二端网络等效电阻各方法的优缺点；第六，设计的电路仿真结果与实际电路结果不一致，提示学生注意设备及器件的使用条件，增强实践处理能力。本实验项目所选用的电路不仅具有前面所述特点，其关键在于仿真结果与实际测量结果有较明显的区别。在本教学案例中，仿真实验数据的记录表格与实际实验的数据记录表格要保持一致，要求学生记录仿真实验与实际元件有源二端网络外特性曲线测量的数据并画出相应的图形，按照本例中的参数，仿真实验的特性曲线如图２所示，图３则为实际电路元件构成的电路的特性曲线，从图中很容易发现仿真实验与实际电路有区别。以此教育学生尊重实验结果，培养实事求是的实验精神。针对实验结果，提出拓展性问题，进入后实验阶段。由于大学一年级学生专业基础较弱，教师在提出拓展性问题的同时还要引导学生思考，给出解决问题的突破口。在此实验项目展开后，可提示学生通过仿真软件观察恒流源两端电压的变化情况。实践表明，学生按照教师的提示进行进一步的实验分析，很快发现恒流源两端的电压会出现负电压的情况，而实际的电流源则要求两端的电压大于零。找到了问题的原因，很多学生自觉地去寻找解决办法，并积极地把想法和做法与教师探讨。此过程帮助学生提高工程素质，培养了学生实践及创新能力。