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新工科背景下电工电子技术实验课程改革与探索

2024-12-18 84 上传者：管理员

摘要：在新工科背景下，电工电子技术实验课程教学改革采用“线上+线下”混合与“基础知识+课外拓展”混合的教学模式完成实验教学实施，包含了课前准备、课前引入、课中引导、课后总结、课外拓展5个步骤，通过引入工程应用背景，有效地结合了理论教学和实操环节。教学实践表明，教学改革有助于培养学生的工程素养和创新实践能力。对打造以学生为中心的培养体系、建设适应时代发展的复合工程人才具有重要意义。

关键词：
实验教学
教学改革
新工科
电工电子技术
高素质人才
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新工科着力于培养具有扎实理论知识和专业技术能力的复合型高素质人才。随着教育部积极推动建设新工科重点工程、研究制定了相关政策和指引方向，促进了新一代能源装备和信息技术等相关领域的快速发展。高校作为培养国家复合型高素质人才的摇篮，坚持创新机制、紧抓发展机遇、探索新工科背景下的教育模式，培养全方位发展的复合型人才。

作为实践教育体系中重要的组成部分，实验教学在工科人才培养过程中扮演了举足轻重的角色，其教学实施和效果直接关系到人才培养质量。电工电子技术实验课程作为能源类、机电类、材料以及机械类等工科专业的基础实践课程。通过开设电工电子技术实验课程，能够加强学生对理论知识的理解，结合实际工程案例提高学生的学习兴趣，培养工程素养和创新实践能力，为丰富专业课的内容奠定坚实的基础。因此，基于新工科背景，探索电工电子技术实验课程的改革，对打造以学生为中心的培养体系，建设适应时代发展的复合工程人才具有重要意义。

1、教学改革背景

传统的电工电子技术实验课程主要是对电工电子技术课程中涉及的理论和方法进行验证实验。电工电子技术作为工科的核心基础课，主要包含了电路基础、常用电机设备、电气控制以及模拟电子技术和数字电子技术，涵盖知识面广，内容较为复杂。

电工电子技术实验的传统课堂中，老师需要在有限的课时内完成实验所需知识要点的讲授，学生按照要求进行实验操作。电工电子技术实验多以验证性为主，在讲授过程中未能将思政教育有机融入课程教学中。在实验实施过程中缺少探究性和自主设计过程，很少可以和实际工程应用紧密联系在一起。学生在整个实验课程中只是被动地听老师讲解知识，按部就班地做验证实验。学生在实验中常会遇到理论值和实际测量值不符的现象，对实验原理的理解不透彻，不能将理论知识和实验操作有机结合在一起，无法调动学生的学习兴趣和积极性，实验效果较为不理想。而学生经过理论课的学习，基本具备了正确使用仪表以及仿真模拟和搭建实验电路的能力，并且学生思维活跃，不满足于按部就班、机械式的实验验证内容，渴望所学知识的更多工程实际应用。因此，师生之间的信息不对称，学生无法及时地向老师反馈信息，老师缺少引导，不能给予学生更多的实验自主权。因此，为了培养顺应新时代发展的复合型人才，加深学生对理论知识的理解和掌握、紧密联系理论知识和工程实际应用、提高学生的政治素养和专业技术能力，对电工电子技术实验课程教育进行改革成为必然之举。

2、新工科背景下电工电子技术实验教学改革

电工电子技术实验课程包含电工实验和电子实验两部分内容，多以验证性实验内容为主，本文以“555定时器”为例进行阐述。在传统的实验教学过程中需要学生验证555定时器的引脚作用和定时器的功能测试，学生按照实验要求完成单稳态触发器和多谐振荡器的接线，并观察输出波形。在实验过程中缺少工程应用背景的介绍，以及对学生人文素养的培养。学生在做完实验后不能更好的发掘所学知识的工程应用，在实验过程中缺少积极性。本次教学改革以实验“555定时器”为例，在教学改革中进行以下探索。

2.1 实验内容与设计思路

本实验基于555定时器和给定电路元件，引入课程思政、增加了实验的工程应用背景。在实验内容中，要求学生基于555定时器和给定电路元件，设计一个包含单稳态触发器和多谐振荡器的输液自动预警电路，并通过改变电路元件参数，实现预警灯亮的不同时长。实验要求设计出完整电路图，并用Multisim仿真平台上仿真出结果后，在试验台上搭建电路实现并演示效果，老师根据学生实物演示效果以及问答情况，现场评分。

本次实验教学改革增加了课程思政的引入、实际工程应用的介绍以及学生自主设计的环节。学生经历了前期知识预习、电路设计与仿真、实物电路搭建、报告总结以及课外拓展等实验环节，全程参与电路设计的过程。以理论知识联系工程实际应用，有助于学生进一步掌握所学理论知识、开阔视野，发现所学理论知识能够应用于更多实际工程应用中，激发学生学习理论知识的兴趣，培养学生工程实践与技术创新能力。实验的设计思路如图1所示。

图1 实验设计思路

(1)通过生活中常见的输液器设计液面预警装置，引入课程思政教育，激发学生科学探索精神，培养学生的工程思维。在传统的实验教学中，学生在学习555定时器理论知识时，对其工程应用没有清晰的认识。只是了解555定时器的功能。但通过555定时器在输液器液面预警装置的应用，可以将理论和工程应用紧密结合，提高了学生的学习兴趣，培养学生对工程应用的探索精神。

(2)在做实验前通过雨课堂线上发布预习资料，学生在学习相关理论知识后，在Multisim仿真软件上搭建基于555定时器的单稳态触发器和多谐振荡器电路。通过课前有效的线上自学以及已有的知识储备，为在实验室搭建电路奠定基础。学生可以自由选择时间和地点来完成软件仿真，摆脱了以往学生做实验时间集中、地点固定的模式，可以自主安排时间完成实验要求，增加了实验的灵活性和自主性。通过电路仿真加深对相关知识的理解和掌握，提高学生的自主学习能力和对知识的综合应用能力。

(3)实验过程中，始终贯穿“以学生为主体、以实际应用为导向”的思想。在实验现场老师讲解实验过程中的注意事项以及重点难点，通过提问的方式层层递进，引导学生设计和搭建输液预警电路。学生通过课前预习的知识以及在Multisim仿真软件的仿真，分模块搭建实物电路。在调试成功每一部分的功能的基础上，最后整合在一起进行测试和调试效果。老师在实验环节设置对应的相关问题，通过提问的方式鼓励学生积极思考实验中遇到的问题。在实验验收环节中，通过提问和让同学演示实物效果来验收打分。在实验过程中培养学生的动手能力和分析问题、解决问题的能力。

(4)实验结束后，需要每一位同学通过实验的观察、分析、调试，如实记录实验过程和结果，完善实验原理图和整理实验数据，总结在实验过程中遇到的问题和解决问题的方法。通过实验报告的撰写培养学生的总结和分析能力。

(5)在课外拓展环节，希望学生通过本次实验的学习能够举一反三，探索555定时器在实际工程中更多的应用，并通过软件设计电路并仿真实现功能。学生通过线上展示自己作品，来获得额外加分的机会。通过课外拓展环节可以培养学生的积极探索精神。

2.2 实验教学的实施

实验过程采用“ 线上预习仿真+线下实物操作” 混合与“ 基础理论知识+课外拓展”混合的教学模式完成实验教学实施。具体包括了课前准备、课前引入、课中引导、课后总结、课外拓展五个步骤，培养学生的动手实践能力和工程素养。

(1)课前准备阶段，通过雨课堂给学生提供了丰富的线上学习资源，供学生课前自主预习。同时发布课前测试，供学生自主检测预习效果，同时也便于老师了解学生预习情况。学生在完成线上预习和在线测验的基础上完成仿真设计环节。通过所学理论知识，分模块完成单稳态触发器和多谐振荡器的仿真，并撰写预习报告。

(2)课前引入阶段，教师及时关注学生的线上预习考核成绩以及预习报告的完成情况。现场随机抽查提问实验所涉及的知识点，加深学生对所学理论知识的理解和掌握，引导学生动手做实验。教师讲解实验中的注意事项及可能遇到的重难点。与此同时引入课程思政，以日常生活中输液液位报警器为切入点，激发学生的科学探索精神和严谨求实的科学态度。

(3)课中引导阶段，教师通过提问实验涉及的相关知识点，引导学生带着问题做实验，鼓励学生积极思考、发现问题、解决问题。学生按照课前准备的仿真电路，分模块搭建实物电路。在每一部分模块的调试成功的基础上，整合在一起最终测试和调试效果。在完成实验后老师检查每组电路的调试效果，随机提问学生实验相关的问题并进行现场打分。

(4)课后总结阶段，学生在完成实验后需要及时完善实验电路原理图，整理实验数据，总结在实验过程中遇到的问题及解决问题的方法。认真撰写实验报告，根据实验实际情况填写数据以及实验心得体会。在此过程中，学生不仅仅只是掌握了一种电路设计方法以及相关理论知识，更是开拓学生在实验过程中更多设计思路。

(5)课外拓展阶段，拓展部分在完成实验后的课外完成，学生可自行拓展实验内容，通过观察和思考，解锁更多555定时器在生活中的使用。在自己探索电路原理的基础上，通过软件仿真实现其功能。学生可以通过线上向教师和同学展示自己的作品并交流经验、分享心得。通过课外拓展环节培养了学生的探索精神，激发了学生对知识的兴趣。

3、成果、特色与创新点

本实验教学改革通过理论和实际工程应用场景相结合，增强了学生的学习兴趣，激发学生对所学理论知识应用在生活中的科学探索精神。通过虚拟仿真和实物电路搭建相结合，加深了学生对理论知识的理解，培养学生动手能力，提高学生的技术应用能力和实践能力。在课中教学环节，以学生为主体，以实际应用为导向，利用提问引导学生层层递进，深入理解，培养了学生的自主学习能力、发现问题和解决问题的能力。通过课外拓展，鼓励学生举一反三、自主探索，培养学生的发散思维和创新能力。

4、结束语

本次电工电子实验课程教学改革以学生为主体，以实际应用为导向，采用“ 线上预习仿真+线下实物操作” 混合与“ 基础理论知识+课外拓展”混合的教学模式完成实验教学的实施。包含了课前准备、课前引入、课中引导，课后总结，课外拓展五个步骤。实验内容有效地结合了理论教学和线下实操环节，将 555定时器的相关理论知识应用于实际的典型案例。实验聚焦工程案例，通过提问实验中涉及的知识点，循序渐进地引导学生经历自主学习研究、分析实验原理、设计电路、动手实操验证、测试和调试电路以及课外拓展环节，自主完成实验任务。教学实践表明，在实验五个步骤中，培养了学生的工程思维模式和工程实践能力。该实验教改通过将理论知识和实际工程应用紧密结合，明显地提高了学生的学习兴趣和动手能力；有助于学生更好地掌握理论知识，培养学生对工程应用的探索精神；以及培养学生自主学习能力以及构思问题和解决问题的工程应用能力。在“新工科”背景下，对打造以学生为中心的培养体系，建设适应时代发展的复合工程人才具有重要意义。

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基金资助:内蒙古工业大学示范性实验项目“模拟电路分立器件综合设计实验”(SFSY2023007);内蒙古工业大学课程建设项目“电工电子技术B”(RC2023008);

文章来源:弓煊,白雪峰,卢旭盛.新工科背景下电工电子技术实验课程改革与探索[J].现代商贸工业,2025,(01):266-268.