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从教学体制上看:在实际的实验教育中,电子技术实验附属于相应的理论课,实验教学学时多年来一直为时,约为总学时数的14%,任课教师普遍认为实验学时偏少,不能充分完成预定实验计划。同时,验证性实验所占的比例较高,实验题目和内容相对最新的科技发展水平及市场化需求具有较大的滞后性,教学实验体系与工程实际脱节,不能及时反映现代电工电子发展的最新成果。
从管理体制上看:由于各方面普遍不重视实验课,上级投入经费少、人员稀缺、仪器设备紧张等问题不能及时解决。实验课多数是辅助理论课的教学,在教学方式、教学内容和教学进度等方面受理论课制约。实验室规模小,人力、物力分散,实验教学队伍稳定性差,很难保证有一个相对稳定并能够深入开展实验教学的环境。
从教学过程上看:在目前中等职业学校的教学模式中,实验教学的课时较少且通常处于理论教学的从属地位,其内容也多为验证性的,很少形成完整的实验教学体系。同时,教师在详细讲解实验方法、步骤后,还要做一次演示实验,这样在课时本就不足的情况下,不仅浪费时间,而且不利于培养学生的创新思维能力。
三、深化电子实验教学改革的对策
1.改进实验设备,加强对学生实践能力的培养
选什么类型的实验设备,将直接关系到对学生实践能力的培养。鉴于此,在选购电路电工实验台时,学校应选择可由学生自己搭建实验线路、又能看到实际元器件的实验设备,这样可以大大加强学生对线路连接的感性认识,也为学生认识具体的电气元件提供条件。
2.建立一支高素质的实验型教师队伍
实行开放性实验教学,对实验教师和专业教师业务素质的要求较高。实验教师和专业教师除了要有必要的理论知识,还必须具备较强的动手能力和创新意识。电子技术发展迅猛,实验教师和专业教师必须及时学习和掌握新知识、新技术、新方法。只有这样才能指导学生设计出一个比较好的产品。因此,实验教师和专业教师必须不断学习,采用自学或进修的方式提高自身的业务水平。这样,拥有一支强有力的、稳定的实验教师和专业教师队伍才能保证电子技术实验教学更好地为培养目标服务。
3.革新管理理念,全面吸引学生
部分学校现有的创新室基本上只能做备用实验室,是否运转全凭学生的主动性。为了全面提高创新室的吸引力,拟定创新室形式上由专人管理,内容上由相关教师共同负责。具体为:学生上课时间和晚上自修时间,创新室应能随时开放,并提供学生所需器材和负责仪器维修;学生所做题目,一部分由实验中心邀请相关教师设计,其中包括将历年电子大赛题目分成若干小块,另一部分由学生自行设计,题目内容以综合设计性为主,其可行性需经指导教师论证,以免造成不必要的浪费;创新室开放时间、运行方式及准备的实验项目应随时公布于学生,以便学生提前准备讨论。
4.加强与兄弟院校“同行”的合作与交流是促进实验教学能力提高的有效途径
要提高实验教学的质量,就必须与实验、教学、科研能力强的兄弟院校的“同行”合作与交流。目前,合作与交流困难主要集中反映在教师间的实验教学、科研能力与水平存在着“差距”而产生的“屏障”。要缩短“差距”、消除“屏障”,首先要加强自身“内功”的“修炼”,提高实验教学的能力和水平,缩短与兄弟院校的“差距”。其次要积极主动地与实验教学和科研能力强的兄弟院校建立一种有效的、广义上的“联姻”机制,这种“联姻”机制是一种“紧密”与“松散”相结合的方式。“松散”型主要是通过教务部门在某些学科领域有方向性、有目的性、不定期地与兄弟院校的教师、专家、学者建立“友好联姻社”并进行联谊活动,为教师建立合作与交流的“桥梁”和“纽带”。而“紧密”型则是通过选拔本部门的培养对象进入水平较高的兄弟院校进行“深造”、“进修”。
总之,实验教学是学生实践的重要环节,也是能力培养的重要环节,这点对中等职业学校来说显得更为重要。因此,学校必须是要发挥人的主观能动作用,调动教与学两方面的积极性,并根据目前的实际情况,因地制宜,加以不断的探索试验,才能取得满意的效果。
【摘要】传统的电子技术实验教学方式和思维模式仅仅停停留在辅助于理论教学的层面上,已经跟不上电子技术行业的发展速度和方向,不利于培养学生的综合动手能力和实践创新能力。本文以电子技术实验教学的目标为切入点,研究了电子技术实验教学的问题和现状,并提出了有针对性的建议和对策。
【关键词】电子技术实验教学现状与对策
参考文献:
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二、教学方法改革
1.探究式教学
在理论教学中,注意引导学生主动提出问题、思考问题、解决问题,以增强其对理论知识的理解。首先由老师提出问题,启发学生采用新方法解决问题。例如,由具有逻辑相邻性的最小项相加可以合并为一项,并消去一个不同因子,启发学生是否可以利用图形的方式,使逻辑相邻的最小项在几何位置上也相邻,由此引出卡诺图化简。在CMOS门电路讲解中,可以由普通CMOS反相器输出端直接连接引起的短路问题,引出OD门来解决输出端线与的功能。
2.计算机辅助教学
多媒体辅助教学(CAI)已经成为一种广泛应用的教学方式,在教学中如果能够充分利用多媒体技术,将大大丰富课程的内容、增强其理解性。因此在教学改革中,对PPT进行全面改进,增加电路板、集成芯片等实物照片,对复杂的工作原理和物理现象增加动画演示。在传统PPT教学的基础上,充分利用电路仿真软件Multisim对电路工作过程进行模拟仿真。该软件提供了一个丰富强大的元件库及虚拟仪器,可对复杂的电路原理图进行仿真分析。例如,教学过程中,理论分析之后,用该软件对CMOS和TTL门电路进行仿真,通过仿真软件可以测量出门电路各部分原件的电压、电流值,与理论分析相结合,使学生更容易理解CMOS和TTL门电路的基本原理。受到实验设备、经费、课时等条件的影响,理论知识有很大一部分不能在实验课当中得到验证,因此借助Multisim软件对数字电路进行仿真,可以提高学生的学习兴趣,增加学生理论与实践相结合的能力。
三、实践教学改革
1.实验教学
实验是工科类专业中非常重要的一个环节,通过亲自动手实验,可以增强学生对理论知识的理解,适当增加实验的趣味性,更容易激发学生的学习兴趣。但在实验教学中发现,很大一部分学生对理论知识掌握不牢固,其实验过程只是机械的按照实验指导书中的步骤进行操作,而并不思考其原理,也不会通过理论分析来判断实验结果的正误。针对这种情况,进行了如下改进:首先要求进行实验预习,提前复习相关理论课程,并通过分析得出实验内容的理论数据。其次在实验之前对实验原理进行讲解,强调实验注意事项。最后在实验结束后进行总结,将理论分析结果与实验结果相对比并分析误差原因。
2课程设计
数字电子技术课程设计是在学生完成《数字电子技术》、《Multisim仿真分析》《DXP电路设计》等课程之后,独立完成一个电路系统的设计,例如多路抢答器、电子闹钟的设计等。以往的选题由教师决定,导致部分学生对指定选题没有兴趣,设计积极性不高。我们做了如下改进,由教师对已有固定选题进行难易评估,学生可根据自身能力选择不同难易程度的题目,对于创新性思维活跃、动手能力强的学生,可自主选择题目,由教师对其复杂程度进行控制。选题完成之后,要求学生自主查阅资料,确定设计方案,并通过Multisim对电路进行仿真,仿真实现之后,通过DXP绘制电路PCB,完成电路板的制作,最后对电路进行安装和调试,以达到设计要求。
四、考核方式改革
将课程总考核成绩分为三部分:平时成绩占30%、期中考试占10%、期末考试占60%。其中平时成绩分为到课率、作业、课堂提问、课堂笔记几部分。增加平时成绩比重,并细化平时成绩考核内容,更有利用督促学生重视日常学习。传统闭卷考试形式,学生需要识记内容较多、负担较大,很多学生通过死记硬背应付考点,而开卷考试又不适合主干课程的考试。因此我们创新式的改变传统期末考试形式,采用半开卷考试方式。提前要求学生在复习时对重点知识进行归纳,并总结在一张A4纸上,期末考试时允许且仅允许携带该一张A4纸。通过自己完整的归纳总结一遍,学生可以更好地理解所学知识,并在不知不加深了记忆。这种方式在近几次的期末考试中取得较为满意的效果,既可以检查学生掌握知识的水平,也反映出教学中存在的问题,以便在以后的教学中改进。
五、结束语
科技发展越来越需要具有工程技术和创新能力的人才,在课程改革中要紧跟时代的步伐,注重对学生动手能力和创新能力的培养,教师也要不断学习提高自身水平,才能使教学质量不断提高。在教学中逐步引入双语教学,引导学生查阅外文文献资料,与国际接轨。此外,对电子技术兴趣较为浓厚的学生,要组织他们积极参加全国大学生电子设计竞赛、“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛等。总之,只有不断的改进教学方法,更新教学内容,注重创新能力培养,加强实践教学,才能提高教学质量,培养出社会需要的有用人才。
作者:郑丽媛 李如 单位:河南科技学院机电学院 河南科技学院高等职业技术学院
参考文献:
[1]任希,侯建军,李赵红,路勇,曾涛.研究性教学在“数字电子技术”课程中的探索[J].电气电子教学学报,2010.08
[2]赵航.“数字电子技术”课程教学改革与实践[J].吉林工程技术师范学院学报,2012.04
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二、电教化教学在电子技术专业教学中的合理应用
在电子技术专业的教学中合理地应用电教化教学模式,有利于提高专业教学质量,但不能盲目地使用电教化教学而疏忽了教学内容,因此要在保证基本教学的基础上,找到最佳的时机将多媒体技术应用到教育教学中来,通过合理地运用使电教化教学的作用发挥到最大化。
1.培养学生的学习兴趣,调动学习积极性
对于课堂教学来说,良好的开始是引导学生进入学习状态的关键。巧妙地设计课堂教学的开头,能够有效集中学生的注意力,引导学生进入教学课程当中,营造一个良好的课堂氛围,调动学生求知的积极性,奠定学生在课堂上的主体地位。例如,在电子测量这门课的教学过程中,书中提到的所有测量仪器,不可能全部应用到课堂教学中来。通过多媒体教学中的电子仿真软件,引领学生通过对软件的相关操作,体验仪器的测量过程,并通过测量结果自主进行电路的状态分析,得出试验结论。可见多媒体教学可以使学生独立完成教学的试验内容,并在仿真试验中学习专业知识,积极地发现问题并主动地解决问题。通过电子式多媒体教学方式,培养学生对专业知识的求知欲望,使学生在一个轻松愉快的氛围中学习理论知识,为专业技能的掌握打下良好的基础。
2.结合现代信息技术,解决教学难点
在电子技术专业的教学过程中,通过合理地运用现代信息技术,可以让学生的学习过程更加直观化、生动化、形象化,有利于学生对知识重点的良好掌握和知识难点的有效解决。新课程标准要求教师要树立学生在课堂上的主体地位,培养学生自主学习专业知识的能力,激发学生的独立创造性,通过教师的辅助指导,使学生达到对理论知识的充分理解和掌握。秉承以学生为主、教师为辅的教学思想,通过多媒体教学的合理运用,教师和学生协调一致,促使电子技术教学达到理想化水平。
三、信息反馈对电子技术专业教学的影响
对于教师而言,课堂的教学效果可以通过学生在课堂上的反馈信息来判定。根据学生反馈的信息,教师可以判定学生对课堂知识的掌握程度,对教学方法进行及时有效的调整,对学生在学习中出现的偏差进行准确的纠正,使课程教学达到预期的效果。对于学生而言,将自身对专业知识的理解程度和掌握能力的信息进行反馈,可以及时地发现自身学习上的不足,并准确地进行调整,提高自己的学习效率。在多媒体教学试验中,通过计算机仿真技术软件的应用,学生在独立试验操作过程中,能够及时地发现问题,并将问题信息反馈给教师。教师通过辅助教学,帮助学生分析问题,引导学生自主解决问题。与传统的教学模式相比,多媒体信息技术教学能够更加及时、准确地反映学生对教学内容的掌握程度,帮助教师更加有效地调控学生的学习状态。
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2.1培养模式的改革电子书籍的教学中以综合学科知识运用与新媒体技术结合的方式,改变单一教学模式,以开放式态度对待学生和教学。在电子书籍的内容采集阶段,提倡凸显个性化特征;在创意阶段,鼓励学生突破、创新;在电子书籍的制作阶段,以合理化运用新媒体技术为原则,将视听多媒体元素进行有效的编辑和安排。教师应把握学生在每一个阶段的学习,以不同阶段的要求对学生进行指导,不能一味追求新媒体技术带来的全新效果,而是要本着传统书籍技巧与电子书籍技术结合的方式,确立艺术与技术相结合的人才培养模式。
2.2电子书籍设计教学内容的设置优秀的电子书籍设计是以实用性、艺术性、文化性相结合的产物,教师在电子书籍设计的教学内容中需要注意以下几个方面:强调版式设计:在电子书籍教学中信息传达是电子书籍版面设计中的重点,虽然电子书籍不同于传统书籍的纸质媒介和形态,融合了音频视频以及图形图像为一体的心得表达形式,但是它的呈现,在读者阅读时,仍然以图形、文字、色彩为主要构成,所以将传统设计元素与视频、音频相结合的方式来传达信息。强调适量的设计元素,避免视觉混乱进行有序的设计,准确把握整体和部分的关系。提倡交互式设计:相较于传统书籍,电子书籍运用交互式技术使读者通过界面中的按钮、图标、菜单等交互式设置,来实现阅读的主动性,所以引导学生通过交互式设计来增加读者阅读的互动性、趣味性和主动性是电子书籍设计教学的重点,但在电子书籍中交互设计应当适度、合理,带动读者的参与,调动读者的阅读积极性。鼓励运用新技术:由于电子书籍中的媒体多元化,所以对于新技术(软硬件)的掌握与操作尤为重要,鼓励学生将新技术在电子书籍设计上进行运用,利用flas、视频音频、3D模拟虚拟空间等手法,使学生在电子书籍在个性风格和艺术表现上更为丰富,但这也是教学的难点与挑战,需要学生指导掌握综合知识与技术。在课题设置训练上:以网络上招标的电子书籍设计项目来作为学生训练项目,如:电子杂志、电子书刊、电子报纸等,而不是局限于虚拟课题设计,提升学生的设计能力和兴趣,引导学生结合市场的需求来创意,设计出优秀的电子书籍。
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根据教学内容的难易、重点,向学生提出要解决的中心课题,要求他们分析问题情境,探索问题的解决方法。笔者讲授《数字电子技术》中“二值逻辑与基本逻辑运算”时先介绍安全带报警系统,如图2所示,然后引到学生思考“什么是与逻辑”,之后了解与运算之后,发问“如何用与门实现安全带报警系统”。通过巧设问题和情境,激发学生那种强烈的探索欲望,使学生处于一种积极的思维状态。对于教材中比较抽象的概念和原理,在教学中要深入浅出,用形象生动的比喻去帮助学生进行分析理解,提高学习兴趣,激发学习热情。学生沉浸其中,才会学有所思、学有所问、学有所悟、学有所得,才会有新的发现。要想让学生沉浸于学习还得发挥学生的主体作用。凡学生能够自己探索得出的,决不替代,凡学生能独立发现的,决不暗示,尽可能给学生多一点思考的时间。为让学生深刻理解74HC151七段显示译码器[6]三个辅助端即灯测试输入、灭灯输入和锁存使能输入端的功能,笔者让学生根据74HC151的功能表,分析输出有字形时对应的三个辅助输入端信号分别是什么,从而得出结论:灯测试输入端用于检查译码器本身及显示器各段的好坏,灭灯输入端用于将不必要的零熄灭,锁存使能输入端由0跳变到1时,输入码被锁存,输出只取决于锁存器的内容。
3授课要承前启后,注重教学内容的衔接
在教学中关注知识之间的前后联系,了解知识的来龙去脉,可以使我们更好地衔接教学内容之间的关系,形成一个系统的知识链;在这一基础上的教学设计,能促进学生利用迁移、转化的方法来解决问题,能使我们有效合理地进行教学。一方面注意本课程内容的前后衔接,另一方面注意本课程与前后相关课程的衔接。如讲全加器时,可以得出全加和S和进位数Co的表达式,分别如式(1)和式(2)所示。根据式(1)、(2)和已经学习的半加器知识,由此得到图3(a)所示的全加器实现电路。同时,引导学生将式(1)和式(2)分别变换成如式(3)和式(4)所示的最小项表达式。进而,让学生回忆二进制译码器74HC138重要应用之一,即可以实现给定的组合逻辑函数。最终,在引导下,学生得出如图3(b)所示的电路图,即用已学的74HC138实现全加器的功能。这样学生开阔了思维,加深了对已学知识的理解。有意点拨前后课程中与本课程相关的知识点及其应用,让学生认识到电子技术课程承前启后的重要作用,激发学习的兴趣和热情,提高学习的主动性,树立学好电子技术课程的信心。
4理论联系实际,拓展学生的思维能力
理论教学学生一般感觉枯燥、难学懂。在理论教学的过程中,若能结合具体实验案例,则能给予学生感性认识,提高学习兴趣,进而通过理论学习上升到理性认识,再到实践环节中,验证理论,又可促使学生真正理解理论知识,进一步深化理论。对数字电子技术的掌握更重要的是能够通过电路的学习学到一种思维方式,学会一些分析问题和解决问题的方法。逻辑运算是数字电子技术的基础,让学生理解基本运算是重点也是难点。为此,笔者在讲授或运算时,以如图4所示的“入室盗窃检测和报警系统”为例讲解或运算及或门的应用。这样一来,学生易于理解或运算的本质及其应用。教学多结合实际,激励学生不但要具有坚实的理论基础而且应能够灵活综合应用来分析和解决问题。
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例如,在学习晶体二极管和整流电路这一节时,首先要理解晶体、导体、半导体、绝缘体等等这些概念,深刻理解半导体的三大特性;其次,鉴于半导体在整个学科中的重要性,回顾物质结构示意图的画法,尤其要了解硅元素的结构示意图。在学生了解了硅元素的物质结构示意图,了解了半导体以及半导体的三大特性等这些准备知识的基础上,给学生讲授二极管及整流电路,就比较轻松。
1.2电工电子技术教学中,每一节知识都是为后面知识的基础,这就需要在每一节新课程内容开始前,需要花一定的时间去对原来学过的知识进行巩固
在对原来知识充分理解的基础上,才能开展新的教学,这对于教学效果的提升将会起到极其重要的作用。不打好基础,就像建筑地基不牢一样,根基不稳,则上面建设得再美好也是在浪费时间而已。电工电子技术教学也一样,学生没有打好基础,则会在以后的知识学习中无法进行理解,从而对课堂产生厌倦,对学生失去兴趣。所以在教学中,教师可以通过多种形式来对学生的基础进行巩固,如讲解、提问、制作知识卡片等,以便于更好的提高学生的学习效果。
2通过改革教学方法使学生更好的掌握电工电子技术知识
2.1创造一个良好的课堂氛围
高职学校的学生入学门槛很低,学生素质也存在着较大的差异,部分学生存在着一些不好的习惯,课堂上睡觉、挑衅及答非所问的现象都普遍存在,学生具有较强的叛逆性和任性,由于知识缺乏所以在学习中极度的不自信,但其个性中又存在着自傲,针对于这部分学生,如果教师一味的进行批评指责则不会达到好的效果,可能会导致这部分学生对这门课程的厌恶程度增加。所以教师需要以宽容的态度来轻松对等学生的一些缺点和毛病,在对学生自身的不足之处进行纠正时要利用恰如其分的提醒,给学生发展意见的机会,允许其有背离常规的思维,增加师生之间的交流,让学生充分的感受到课堂气氛的轻松和愉快,从而才能更好的发挥其主观能动性,在课堂中畅所欲言,激发其学习的兴趣。
2.2加强实验教学
长期以来在我国传统的教学方法上,通常都更注重理论教学,所以在学生刚接触这个专业时就会首先进行理论知识的学习,电子技术专业理论知识具有抽象性,在学生毫无感性认识的基础上进行理论教学无法取得良好的教学效果,所以需要先让学生通过实验进行验证,然后再进行理论学习,学习一定理论知识的基础上,再进行实践,这样在教学中理论和实践相结合,可以使学习更好的掌握对知识点进行掌握,而且具有较强的动手能力。例如在讲单管放大电路时,老师先让学生在实验室自己动手连接一个共发射极单管放大电路,然后用万用表分别测出不同输入情况下的输出电压,并记录下来,同时用示波器观察输入、输出波形,最后以小组为单位,讨论输出、输入电压的比值以及波形的情况,这样让学生有了感性认识后,老师再结合理论分析学生在实验中观察到的现象,学生便很容易理解放大原理,并掌握知识点。
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根据教学内容的难易、重点,向学生提出要解决的中心课题,要求他们分析问题情境,探索问题的解决方法。笔者讲授《数字电子技术》中“二值逻辑与基本逻辑运算”时先介绍安全带报警系统,如图2所示,然后引到学生思考“什么是与逻辑”,之后了解与运算之后,发问“如何用与门实现安全带报警系统”。通过巧设问题和情境,激发学生那种强烈的探索欲望,使学生处于一种积极的思维状态。对于教材中比较抽象的概念和原理,在教学中要深入浅出,用形象生动的比喻去帮助学生进行分析理解,提高学习兴趣,激发学习热情。学生沉浸其中,才会学有所思、学有所问、学有所悟、学有所得,才会有新的发现。要想让学生沉浸于学习还得发挥学生的主体作用。凡学生能够自己探索得出的,决不替代,凡学生能独立发现的,决不暗示,尽可能给学生多一点思考的时间。为让学生深刻理解74HC151七段显示译码器三个辅助端即灯测试输入、灭灯输入和锁存使能输入端的功能,笔者让学生根据74HC151的功能表,分析输出有字形时对应的三个辅助输入端信号分别是什么,从而得出结论:灯测试输入端用于检查译码器本身及显示器各段的好坏,灭灯输入端用于将不必要的零熄灭,锁存使能输入端由0跳变到1时,输入码被锁存,输出只取决于锁存器的内容。
3授课要承前启后,注重教学内容的衔接
在教学中关注知识之间的前后联系,了解知识的来龙去脉,可以使我们更好地衔接教学内容之间的关系,形成一个系统的知识链;在这一基础上的教学设计,能促进学生利用迁移、转化的方法来解决问题,能使我们有效合理地进行教学。一方面注意本课程内容的前后衔接,另一方面注意本课程与前后相关课程的衔接。如讲全加器时,可以得出全加和S和进位数Co的表达式,分别如式(1)和式(2)所示。根据式(1)、(2)和已经学习的半加器知识。同时,引导学生将式(1)和式(2)分别变换成如式(3)和式(4)所示的最小项表达式。进而,让学生回忆二进制译码器74HC138重要应用之一,即可以实现给定的组合逻辑函数。最终,在引导下,学生得出如图3(b)所示的电路图,即用已学的74HC138实现全加器的功能。这样学生开阔了思维,加深了对已学知识的理解。有意点拨前后课程中与本课程相关的知识点及其应用,让学生认识到电子技术课程承前启后的重要作用,激发学习的兴趣和热情,提高学习的主动性,树立学好电子技术课程的信心。
4理论联系实际,拓展学生的思维能力
理论教学学生一般感觉枯燥、难学懂。在理论教学的过程中,若能结合具体实验案例,则能给予学生感性认识,提高学习兴趣,进而通过理论学习上升到理性认识,再到实践环节中,验证理论,又可促使学生真正理解理论知识,进一步深化理论。对数字电子技术的掌握更重要的是能够通过电路的学习学到一种思维方式,学会一些分析问题和解决问题的方法。逻辑运算是数字电子技术的基础,让学生理解基本运算是重点也是难点。为此,笔者在讲授或运算时,“入室盗窃检测和报警系统”为例讲解或运算及或门的应用。这样一来,学生易于理解或运算的本质及其应用。教学多结合实际,激励学生不但要具有坚实的理论基础而且应能够灵活综合应用来分析和解决问题。
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(1)改变传统教师直接讲新内容的方式,可以在每节课开始,先写出本节课要解决的所有问题,按照问题来讲课,让学生带着问题听课,这样可以提高学生学习兴趣。例如在讲卡诺图化简时,可先提几个问题:①什么是最小项?②卡诺图的结构?③逻辑函数和卡诺图的关系?④用卡诺图如何化简表达式以及卡诺图化简规则?在讲课中可一步一步逐渐解决问题,最后让学生学会如何用卡诺图化简逻辑表达式。
(2)因为在数字电子技术课程中主要以分析和设计两部分为主,在学生学习这门课程中就可以让学生逐步建立设计思维,可从最基础最简单的开始,例如最初可让设计一个判断输血者与受血者的血型是否符合的逻辑电路,4-6个人分为一组,采用小组讨论的形式,最后要求每组说明自己的设计思路,并比较每种设计的优劣点。这样可逐步设计计数器、秒表计时器等等。当然在此过程中,为防止个别学生偷懒,可在每组说明自己的设计思路时,要求每位同学只说一个部分。
(3)传统的教学手法主要用黑板讲授,但是数字电子技术这门课有大量的电路,像集成芯片的内部电路图,需花费大量时间画图,而且这种教学手法单一,很难提高学生学习兴趣,随着现代教学技术发展,多媒体技术应用越来越多,我们可以在数字电子技术的教学中采用多媒体教学,当然多媒体教学也有弊端,幻灯片放映过快,没有黑板讲述思路清晰,所以我们可以在以多媒体讲课为主的情况下,采用黑板辅助的教学方式。这样既节省大量教学时间,又可以提高学生学习兴趣。
(4)实验教学部分需要降低验证性实验的比例,增加设计性实验内容,为增加学生对实验的重视度,可增加实验考试部分,可在实验开始时告诉学生将会进行实验考试,实验考试内容就在所有做过的实验中,到时抽签决定做那个实验,可以提高学生独自做实验的积极性。
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一、存在的主要问题
从课程本身的发展来看,随着科技的进步,电工和电子技术的信息量日渐增加,如脉冲功率技术、新型电源技术等,另一方面,以就业为导向的专业人才培养方案的不断调整与修订,《电工电子技术》的学时数进一步减少,传统《电工电子技术》课程的教学内容不能适应非电各专业的教学目标。从学生方面来看,《电工电子技术》不是非电类学生的专业课,部分学生认为所学的专业与电工电子无关,以后工作生活也不会涉及电工电子方面的知识,因此这些学生学习的主动性和积极性都不高,再加上传统《电工电子技术》的理论知识多且比较难,大部分高职学生的物理、数学等文化基础知识相对薄弱,对学好这门课程即缺少兴趣又缺乏信心,这些思想直接影响了教学效果。从教师方面来看,高职的很多教师缺乏企业经验,从本科院校毕业后直接从事教学,将本科院校里学习本课程的教学模式照搬到高职院校的课堂里。在理论教学中,采用单一的讲授法,以“一言堂”教师为主体的方式进行枯燥的理论推导,这样就使得电学基础差的学生听不懂,逐渐形成厌学、怕学的心理。在不多的实验教学中,学生只是机械地按照实验步骤与要求进行验证性实验操作,缺乏自己动心动手动脑设计实验的环节,这样的学习过程,使理论知识与实践操作相脱离,达不到相辅相成、互相促进的教学效果。
二、“面向学生、服务专业”,建构《电工电子技术》模块化课程教学内容
《电工电子技术》是我院工程实训中心电工电子基础教研室,面向全院的工科非电各专业授课的一门专业技术基础课,服务的专业面较广,如数控设备使用与维修、机电一体化、汽车检测与维修、计算机应用等,由于各个专业对该课程的要求不完全相同,如果采用一个标准进行授课,会导致《电工电子技术》课程不能有效支撑后续课程的学习,极大地影响人才培养质量。为此,工程实训中心电工电子基础教研室老师和各系部专业教师、行业企业专家经过三年多的对接调研,深入了解不同专业的人才培养目标和对本课程内容的要求,形成了电工电子课程模块化的体系结构,并开发了系列教学载体,以期表征相关专业的特征。《电工电子技术》课程模块化是源自于学科体系的《电工电子技术》知识与技能内容,即对电路基础、电机及电气控制、电子技术三部分内容进行教学加工,同时结合国家职业资格标准“中级维修电工”技能鉴定要求,以工作过程中的能力要求对接学习过程中的能力培养,序化知识结构。电路基础、电机及电气控制、电子技术三个模块下分子模块,共有14个子模块,即安全用电,直流电路的安装、测试与分析,正弦交流电路的安装、测试与分析,三相交流电路的安装、测试与分析等模块,各个模块既相互独立又相互联系,其中4个为必选子模块、10个为选修模块。通过各专业人才培养目标对这些模块进行选择,从而实现专业《电工电子技术》的教学内容广度的选择,体现“必需、够用”原则;通过对模块中的教学载体的选择完成对教学内容深度的选择,体现“实用”原则,凸显其“专业性”特点,激发学生学习兴趣。基础模块和差异化模块见图1。《电工电子技术》课程的模块化教学可以实现对不同专业的学生进行有针对性的区别教育,见图1。如计算机应用专业的学生对“电”知识的要求以实用为主,趋向于科普化,没有国家职业资格标准“中级维修电工”的职业资格考证的要求,因而选择了电路基础部分的四大基础模块,以及“常用电子器件的测试与辨别”、“基本放大电路”、“直流稳压电源的分析与设计”、“基于触发器构成的计数器分析与设计”4个选修模块。体现了“1+X”,即“基础平台性+差异性”。授课教师在课程的讲授过程中,以趣味的、日常接触到的计算机用电实例为教学载体,更多地偏重于知识性和应用性,刻意淡化电工理论的数学推导和计算过程。如此一般,能够降低学生的学习难度,通过趣味性、实用性引导学生掌握电的相关技术及其应用。《电工电子技术》课程内容结构的“1+X”化,有助于实现《电工电子技术》课程开发的开放性,从而不断开发带有各非电专业特色的教学载体,使《电工电子技术》具有基础与应用的双重性。如汽车检测与维修专业的学生在学习“变压器使用与维护”时,除了学习常用的变压器外,还会以汽车上使用的变压器“点火线圈”为教学载体进行教学,力图将电工电子技术基本知识与技能直接应用到汽车维修实践中。“面向学生、服务专业”,建构《电工电子技术》模块化课程教学内容的核心是为了改变传统的学科式的《电工电子技术》教学内容与教学模式,开发出符合高职院校学生思维特点“先动手、再思辨”的特点,以能够实际操作的教学载体为课堂导入,通过完成任务来引导学生在实做中发现问题、解决问题。《电工电子技术》模块化设计的出发点是以职业需求为基础,以提高技能为目标,以能力的培养为划分模块的依据,将理论知识进行巧妙加工在教学载体中,从而实现理论与实际操作技能的有机结合,整个教学过程贯穿工程素质的养成,体现职业技术教育的特色。
三、“任务驱动、项目引领”,系统化教学设计
《电工电子技术》模块化课程教学内容是整合相关的理论知识、实践经验、操作技能以及活动方式、方法、方案的理实一体化的教与学,以实现学生理论知识的掌握与应用、操作技能的领悟与习得,工程素养的学习与内化。因此课程是”任务驱动、理实一体”的系统化教学设计,按照职业能力培养、工程素养养成和学生个性要求构建“学习与工作任务相结合”的教学范式,有针对性地采取任务驱动、项目导向、课论与实践一体化等行动导向的教学形式。传统的《电工电子技术》课程的实验教学主要包含验证性实验,验证性实验指的是为了配合本课程的理论教学而设置的实验,目的是使学生熟悉常用仪器仪表的使用方式,掌握正确的实验方法,如验证经典的叠加原理、戴维南定理等。这样的验证性实验一般需要到实验室完成,由于硬件资源的限制,验证性实验的课时量不可能开设太多。这就与实现理实一体化的教与学形成冲突,这也是《电工电子技术》课程改革的瓶颈之一。为有效突破这一瓶颈,以任务驱动,项目引领为主体结构,完成任务,整合相应的知识、技能,实现理论与实践的统一,电路基础部分大模块的课程教学设计如图2所示。图2电路基础部分大模块的课程教学设计建构主义学习理论认为,学习是在旧知识的基础上构建新知识的过程,强调学生学习的主动性、情境性,主张以学生原有的经验为主构建知识。《电工电子技术》课程以关注学生已有的经验为起点,通过教学载体,通过完成任务,把学生已有的知识、经验与新知识进行有效衔接,学生不仅提高学习兴趣,缩短电工理论知识与现实生活之间的距离,极大地调动学生积极性、自觉性与主动性。以“电的认知与安全用电”模块的教学为例,这是本课程的第一个学习模块,学生在高中物理中学习过欧姆定律,能够绘制简单的电路,这是学生已有知识,作为本次学习的逻辑起点;本模块的目标是掌握安全用电常识,具有安全用电意识。根据起点与目标,我们引入教学载体“试电笔”,设计学生行动任务:(1)用试电笔测出教室内的插座上是否有电?判断零线、火线?(2)绘制出用试电笔测量教室内的插座上是否有电的电路图。(3)用欧姆定律计算此回路中的电流。学生通过完成上述任务,掌握人体电阻,试电笔氖管电路结构,电流对人体的危害、安全电流等安全用电常识。把握学生学习的逻辑起点,找准新旧知识的连接点,把握好新知识的生长点,才能帮助学生实现知识迁移。再以学习模块七:“基本控制线路的装接”为例,学生已有的知识与经验是已经掌握了低压电器各元器件的元件识别、电气图形符号认知、简单电气控制原理图识读与绘制知识与技能,是本次学习的逻辑起点;本模块的目标是完成具有电动机正反转控制功能的线路设计与装接。根据完成任务的要求和环境等条件,选取适合的各种行动导向教学法,例如项目教学法、案例教学法、任务设计法、小组工作法等,教学资源为任务单、工作单、评价单、技术资料手册、技术网站的网址等。图3验电笔的使用及其电路图根据起点与目标,我们引入教学载体“正反转控制线路原理图、正反转控制线路实物等”,设计学生行动任务:(1)识读电动机正反转控制线路原理图逻辑起点,温故知新(2)资讯并设计电动机正反转控制线路资讯(3)确定正反转控制线路设计方案与实施方案计划与决策(4)实施作业,完成检查并评价实施、检查与评价(5)总结学习单元,明确课后任务知识归纳与内化在上述任务的设计中,体现了完成任务的6个行动基本步骤,即“资讯、计划、决策、实施、检查、评价。”同时根据学生的逻辑起点,找到联系新旧知识的连接点,即通过分析电动机正反转控制线路原理图,经过资讯,设计电动机正反转控制线路的实物装接图,包括元器件的选择,元器件的布局布线等;教师帮助学生选择设计方案,确定实施方案;教师在学生的实施环节中,观察学生的实施情况,并及时做出示范及引导;针对学生的作品,进行多种形式的评价,包括学生自评,小组互评,老师评价等;最后,教师总结本学习单元,布置课后作业,让学生反思行动的知识并进行知识的归纳、总结与内化,构建形成新的知识。图4“电动机正反转控制线路”的教学任务设计“载体导入、激发兴趣;操作体验、温故知新;建构新知,拓展延伸”是检验学生灵活应用本课程的理论解决现实问题的能力,是理论与实践相融合的关键。学生根据课堂已学过的理论知识,按照要求通过自主或小组讨论确定任务完成方案并实施,得出操作结果,再从实践结果来分析所应用的理论知识。经过学生在实践与理论融合的教学过程中,学生不但从中锻炼了动手能力,而且培养了分析和解决问题的能力,加深了对本课程相关理论知识的理解,培养了工程素养。
四、以“电动机正反转电路装接与调试”单元为例,看教学实施效果
通过实践我们发现,任务驱动教学法是一种比较适合电工电子技术基础课程的教学方法。运用任务驱动法教学,教师要精心设计学习任务,创设激发学生根据已有的知识与经验,探究新知识、掌握新技能的教学情境。在设计学习任务时,教师要紧扣本模块的重点、难点,从模块的知识特点以及学生的具体实际出发,遵循由简到难、循序渐进的原则。在整个教学过程中,分解模块的学习任务,将学习任务具体化,以完成一个个具体的任务为线索,把教学内容巧妙地隐含在任务中,让学生带着任务去完成学习。“电动机正反转电路装接与调试”单元是子模块七基本控制线路的装接中的学习单元2,学生已经熟知了低压电器以及电动机的工作原理等,能识别、检测各低压电器,能够对电动机的点动-连续控制线路进行连接、排故等。结合学情及教学目标、重难点进行本单元的教学设计与实施,如下图所示。图5“电动机正反转控制线路”的教学组织与实施(1)下发工作单,明确初步任务———即电动机正反转控制线路原理图的识读。教师以班级授课的形式,引导学生应用已有知识,分析电气原理图,识别各低压元器件及控制线路的工作原理。(2)设计方案并明确工作过程,明确具体任务———即工作流程。学生以小组的形式进行讨论,对电动机控制线路的连接过程进行任务分配,确定所需的元器件、工具及其检测方案、线路连接方案和故障检测与排除方案。(3)实施工作,按照所确定的方案进行作业,明确各流程中的具体小任务———即①工具准备和元器件检测;②完成电动机正反转控制线路的装接;③完成线路检测,故障排除,并进行通电试验。在各阶段,同组成员需团结并分工合作,积极主动动心、动脑、动手,按照电工职业标准进行操作;鉴于学生的竞争心理,学生都会踏实、努力完成任务。在此过程中,教师需从旁协助,密切关注各组的完成情况,并对安全用电知识进行普及,确保各组成员有效、安全的完成任务。(4)总结学习单元,明确课后任务———即完成实验报告。在此阶段,学生需将自己的作品进行呈现,并做简要说明与总结,最后将自己的认识,理解通过实验报告的形式呈现。通过本单元的学习,学生对电动机正反转控制线路的认识,以及线路检测、排故方面都会有所认知,同时培养了学生勤动手、爱动脑、爱设计的习惯。
五、结束语
《电工电子技术》课程教学的改革并非盲目的改变现有的教学模式,我们结合学生的学情以及非电各专业对本课程的要求,在教学内容的选择,教学载体的确定以及教学形式的选取上进行了系统化建构与设计,实现《电工电子技术课程》教学内容与载体上的“1+X”化,体现出该专业技术基础课程的“基础平台性”特征与“非电类各专业接口”特征;以任务驱动、项目引领为主进行系统化教学设计,突出“教、学、做、练‘一体化特色,遵循了由浅入深,循序渐进的教学规律,通过教学改革探索与实践,授课教师明显感觉到学生的学习兴趣高涨,极大提高了教学效果。
作者:龙海燕 龚 雪 单位:成都航空职业技术学院
参考文献:
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1.了解相关课程之间的分工。知识是相互联系、相互渗透的。在开课前,熟悉本课程与相关学科的联系,了解先修课“电路”和“电子技术基础”两门课程的教学情况和后续课“变频调速技术”的安排,处理好他们之间的关系,保持整个专业课程体系前后衔接,避免内容的重复和疏漏。例如“自关断器件”一章节,电子技术基础中已讲过小功率晶体管、场效应管的结构、原理、特性及应用。在本门课程中,对功率晶体管、功率场效应管应重点讲述其与小功率管的不同之处。对于晶闸管直流电动系统部分,重点应在整流、有源逆变两种状态下,电流连续、断续时的电动机特性,而直流可逆调速系统的内容则需放到后续课程“变频调速技术”中。
2.以器件、电路、应用为主线,加强基础知识的学习。以开关方式工作的电力半导体器件是现代电力电子技术的基础核心。电力电子器件的基础之一是能以小信号输入控制很大的输出,这就使电力电子设备成为强弱电之间的接口的基础。讲解器件原理及特性,目的是为了应用器件组成电路,故应掌握器件外部特性、极限参数和使用注意事项。三方面的内容应以电路为主,学习各类电力半导体器件所构造各种功率变换电路时,学生应掌握功率变换主电路的构成、工作原理和工作波形,不同负载对电路工作特性的影响以及主电路的元件参数计算和选择。
3.介绍学科前沿发展的动向,反映本学科和相邻学科的新成果、新进展。无电网污染、无电磁干扰、节能省电等绿色指标是全球范围内的热门话题。由于很多电力电子装置结构相当复杂,为简化设计而出现的集功率开关、变换控制电路、传感控制电路为一体的智能功率集成模块受到欢迎,厚膜集成模块、积木式的功能模块,灵活机动既能单独使用,也能相互组合成较大的系统,成为电力电子技术的发展方向。教学内容应主动吸收最新信息,同时引导学生了解电力电子技术的发展动态,扩大知识面,这可通过指导学生阅读与电力电子技术有关的学术期刊,登陆相关的专业网站,使学生了解自己目前所学知识在本领域所处的位置,从而站在较高的起点上,去适应学科未来发展的需要。
三、改革教学方法,形成以能力培养为主线的课程特色
《电力电子技术》是一门理论包含实践的课程,根据其自身的特点,课程的内容设计应注重“讲”“练”。多年来,电力电子技术课程的教学方法是以教师为中心的,逐章逐节不厌烦地讲授,讲得过多、过细,以求“当堂弄懂”“课上解决”。这样只是传授,学生总是处于被动接受的地位,极大地妨碍了学生学习的主动性和积极性的发挥,不利于学生的素质和能力的培养。而实现教学现代化是加大授课信息量,节约课时,增强教学效果的重要措施。为改变这种情况,首先,教师在课前注意调查学生的学习基础,合理安排教学内容。而在教学中力求突出内容的重点和难点,但又要保证内容的系统性、完整性,并精选一部分内容留给学生去自学,写报告,然后开展课堂讨论,同时,结合学生看到的一些与电力电子技术有关的现象,让学生设计主电路,画出波形图。四、加强实践环节,注重综合能力培养
电力电子技术有很强的实践性,而实验是培养理论联系实际、动手能力、严谨的科学态度和科学研究方法的重要手段,因此应精选最基本的也有较高实用价值的实验项目。例如选择在计算机、通讯设备及家用电器等广泛应用的开关电源作为实验项目,介绍典型的开关电源的线路,比较开关电源和线性电源的性能,使学生对开关电源有了深刻的印象,并增强了学习电力电子技术课程的兴趣。由于电力电子电路具有强、弱电结合的特点,要特别强调实验操作的认真、规范,保证实验顺利进行,避免事故发生。实验前,要求学生根据实验名称及预习要求进行预习,从而在观察现象和发现问题等方面充分发挥主观能动性。实验过程中,注意考察每个学生的实际动手能力,针对性提出线路连接和实验现象方面的问题。让学生边做边答,防止学生机械接线,使实验走过场。注意介绍新仪表、新仪器的使用,例如数字式示波器的使用,这样学生会直接感受到科技发展带来的巨大方便。
计算机仿真是使用计算机对已经存在或正在设计的对象的模型进行研究,具有精度高、重复性好等特点,是进行科学研究的重要手段之一。现在出现了大量的仿真软件,将电子仿真设计软件PSPICE和科学计算软件MATLAB等引入到电力电子技术教学中,让学生按研究的侧重面或实际需要对实际对象进行简化提炼,而不是原型的复现,这样有利于抓住其本质或主要矛盾,对所学理论有深刻的理解,也为学生今后从事工程设计和科学研究打下良好的基础。
在课程结束前安排一周的课程设计,可将电力电子技术及其他先修课程(电工基础、电子技术、电机学等)中所学到的理论和实践知识全面地结合起来,同时培养和提高学生自我获取知识的能力。课程设计的内容应具有一定的系统性、新颖性。教师要发挥指导作用,指导学生阅读参考文献,审阅设计方案,检查设计进度,及时指导和帮助其解决存在的问题,逐步培养学生的独立工作能力、设计技能和建立正确的设计思想,重视学生的具有创新精神的见解。
五、结束语
电力电子技术课程的教学改革是一项系统工程,其学术性和技术性较强,涉及面很广。而教学改革是一项长期而艰巨的任务,我们只有不断积极探索教学内容、教学方法,充实自己,以适应当今社会的需要。
【摘要】本文介绍了“电力电子技术”课程的教学方法改革。研究、探索和实践与教学体系相适应的实践教学模式、教学方法和教学手段。提出了全方位教学的改革与实践的新思路,为社会培养具有创新精神的高素质技术应用型人才。
【关键词】电力电子技术教学方法教学改革
参考文献:
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(1)直接面向元器件。
原有电工电子技术实验是在实验台上做,接线容易,安全可靠,灵活性好,指导老师准备实验方便等。但也有其缺点,学生做实验看不到真正的设备元件,例如学生仅能从操作面板上的符号看到哪是线圈的接线柱,哪是主触点、哪是常闭触点、哪是常开触点,实验时看不到这些具体的元件。对于在实验中出现问题不容易查找故障出在哪里,只是机械地跟着老师做。现在是把实验箱外壳打开,使设备元件露在外面,让学生清晰地看到设备元件与实验板的连接线,看到设备的动作过程,提高了学生分析故障原因和解决问题的能力,因此学生做实验的兴趣也比原来提高了。
(2)对于一些常规性和验证性的实验,所用到的元件参数不固定。
例如验证基尔霍夫定律,只规定在实验中所用到的元器件个数和元器件参数的大致范围,自己制定实验所用的元器件个数和参数。老师仅对实验的重点、难点和容易出现的问题进行分析指导。这样实验过程中每组实验数据不一样,每个人都需要用心去做。
(3)教学组织与实施。
实验的前期阶段主要进行基本技能的训练,包括认识印刷电路板,手工焊接练习,认识和检测常用电子元器件。实验的后期阶段进行电子产品组装焊接训练。我们根据学生的兴趣爱好和能力,因人而异,针对性的进行训练。对于动手能力和接受能力比较差的同学,让其组装简单的电子产品,例如稳压直流电源、单波段收音机等,在实验过程中给予他们重点指导,鼓励他们克服思想障碍,树立信心,制作好作品;对于动手能力中等的学生,让他们组装相对比较复杂的万用表、电话机等套件;对于动手能力和接受能力都很强,并且对电子技术特别感兴趣的学生,要从设计制作上来要求,首先让他们自己选择电路内容,自己制作印刷电路板,自己选择电子元器件,制作期间要给他们指导设计思路、印刷电路板的布局、检测、安装工艺、排除故障和调试技巧等,这部分学生需要用比较长的时间,可以在业余时间继续制作完成。
3实验考核的改革
合理科学的实验考核制度,对于保证实验教学的质量有重要作用。实验考核制度一般包括参与实验的态度、知识掌握的深度、操作能力、安全文明等方面的内容。例如,对电子元器件识别和检测能力、元件安装焊接工艺质量、调试都进行考核,每一项都有具体评分标准。考试期间指导教师如实地做好每个学生的考核记录,并且结合学生出勤和实验报告来综合评定最后成绩。具体做法:一是实验成绩的组成比例。平时成绩占50%,实验考试占50%。二是考试资格。实验课原则上不准请假,对于遇到特殊情况请假的学生,要求他们回校后需要补做完落下的实验才能参加实验考试,否则不能参加实验考试;迟到、早退在三次以上者取消实验考试资格;不交实验报告的学生取消实验考试资格;实验课不遵守课堂纪律和故意损坏仪器者取消实验考试资格。三是未取得实验考试资格的学生,实验成绩按零分记。四是在考核前安排实验室开放时间,学生可自行预约到实验室试做。
4改革后的教学效果
从学生在电工电子实验过程中和实验报告中反馈的信息来看,改革后学生普遍认为电工电子实验对自己实践能力有很大的提高。
(1)学生的角色发生了转变。
电工电子实验要求每位学生独立制作完成自己的作品,可以根据自己动手能力、接受能力和兴趣爱好来选择适合自己的实验内容,遇到疑难问题要独立思考,老师只是起点拨指导作用,由学生自己动手解决实际问题。学生由被动变为主动,由原来的教育对象变成教育合作对象。
(2)调动了学生的学习积极性。
学生亲自制作电子产品,并且调试成功,学生体验到完成一项任务具有的成就感,更加激发学生学习电工电子技术实验的积极性。
(3)培养了学生的实践能力,克服了眼高手低的毛病。
电工电子实验不但让学生尝到了许多课本上无法学到的知识,而且还培养了学生分析问题和解决问题的能力。通过电工电子实验,锻炼了自己的毅力,培养了做事认真细致的习惯,体会到了眼高手低的感觉,认识到了理论与实践相结合的重要性。
(4)通过实验开放解决了实验课时数少的矛盾
特别是对一些学习比较好、动手能力强的学生,能够满足他们的求知欲,给他们一块创新的天地。
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1.2围绕能力培养,深化教学方法改革
根据学生毕业后从事职业所必需的能力,在教学过程中,弱化对教材中过于复杂电路的理论分析和公式推导,突出对实际电路应用和设计的分析。同时充分利用多媒体教学的优势,增加理论教学趣味性。加强实践性教学环节,通过实验、课程设计等实践性教学内容锻炼学生的实际动手和电路分析能力,发挥学生潜力。在教学中积极推广相关的学习工具和应用软件的使用。
1.3通过课程改革,提高教师教学水平与科研能力
新型元器件、电路拓扑和控制技术的不断涌现,使电力电子技术课程的内容更新较快。通过课程教学改革,激励教师及时更新知识储备,做好新知识、新技术的学习与传授,使课堂教学更能体现时代性,并使教师自觉提高自己的教学水平。同时,依托我校已建成的电力电子实验室,鼓励教师开发适用于各层次、满足不同专业侧重点的实验和实践环节,使教师通过指导学生课程设计、毕业设计,并结合企业项目需求,开发出多项科研教研项目,使教师科研能力得到提高。
1.4为课程群建设、产学研相结合的进一步探索研究奠定基础
电力电子技术已逐步发展成为一门由现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术多学科相互渗透的综合性技术学科[3]。通过课程改革,为电力电子技术精品课程建设、课程群建设奠定良好基础。此外,通过课程改革,探索适用于我校的电类专业卓越工程师特色培养模式,并促进教科研和企业项目合作与承接等工作的深入开展。
2教学改革方案的实施与主要特色
为努力改变该课程原有的难教难学的状况,教学改革方案从以下几个方面实施:2.1重新编排教学内容,突出课程实用性和趣味性改变传统教学中对四大变流电路孤立、单一的学习模式,引入生活中常见电路以及电子小制作的实例,通过一系列具体电路系统设计过程的演示,将《模拟电路》、《电机与电气》等前期专业课程的知识与《电力电子技术》所学理论知识相联系,展现课程强弱电结合、多学科融合的特点。并且,在保证理论基础扎实前提下,增加日常电路分析和设计实践环节在整个教学过程中所占比重,以实例激发学生自主学习兴趣,以兴趣带动能力培养,在这一过程中培养学生的读图、分析、画图、简单电源电路设计等能力,实现理论与应用相辅相成、有机结合,最终提升学生工程应用方面的综合素质。2.2采用引导型教学方式,注重教学过程中的互动性和学生分析解决问题能力的培养授课过程中注意开展互动,通过采用提出启发性问题—共同讨论—获得结论—实验验证的方法,在教师“教”与学生“学”的过程中不断发现问题和新的突破点,将学生被动接受知识的过程转化为其不断解决问题的过程,使学生主动学习、开放思维,并在此过程中加深相关理论的理解,训练其分析和解决问题的能力。2.3充分发挥多媒体教学优势,改变理论教学抽象、刻板的现状电力电子技术重视对电路波形的分析。课程原有的单一的板书或简单PPT课件加板书的传统授课形式课堂信息量较少,不够直观,不能解决学生缺乏学习兴趣,接收效果较差等问题。利用PowerPoint、Flash、视频等多媒体手段,不仅能使波形分析更为直观,还能方便地展示电路在不同条件下的工作状态,以及课程内容在实际生产中的应用。既可使教学内容更加丰富,还使分析过程不再枯燥抽象,分析结果生动醒目,便于学生理解。2.4以实际系统分析为手段,提高学生知识融会贯通的能力改变对变流技术中各典型电路孤立的讲解,通过带领学生进行典型的电力电子系统分析,结合系统供电、控制等模块电路结构、原理的介绍,体现该门课程电力、电子和控制学科间的交叉性,使学生学会将与课程相关的专业课内容灵活运用于电路分析和设计应用中,提高他们对所学知识的融会贯通能力。2.5引入专业常用仿真软件,激发学生学习兴趣,培养基本专业技能专业仿真软件在现代工业设计及应用中的作用越来越显著,掌握一至两种仿真软件工具将成为工科学生应具备的基本素质之一。同时,在教学过程中,利用仿真软件对电路工作情况进行仿真,可以使分析过程更为直观,有利于激发学生学习兴趣。目前,电力电子仿真软件主要有Matlab、Pspice、SIMetrix/SIMPLIS和Saber等,其中Pspice和Matlab在开关电源开发应用中具有重要作用,被相关企业广泛运用[4]。在教学改革中,通过在课堂教学和实验环节中引入建模的基本原理与过程,既能使课堂教学和实验更加生动直观与安全,还能引导学生学习软件的应用,使他们具备基础建模能力,有助于满足企业对于学生基本专业技能的要求。2.6开发一批设计性、综合性研究实验,培养学生的利用学校电力电子实验室和软件仿真的资源,结合当前热门课题和企业需求,开发一些设计性、综合性较强的实验,或通过课程设计、毕业设计的方式指导带领学生进行研究设计。实验的开发以培养学生应用创新能力为主要目的,既有助于学生巩固所学知识,提高知识综合运用能力,又可为电子设计大赛等专业比赛人才选拔奠定基础。2.7以课程改革为契机,积极拓展校企合作途径,开发产学研项目,提升教师科研水平在课程改革中,积极寻求校企合作的新途径,深化校企合作的内容,将企业实际项目作为教学的实践、提升环节,依托学校的实验实训中心,以教师为主导,学生进行设计、验证配合,不仅可以极大地激发学生学习和实践的兴趣,同时也有利于教师自身科研水平的提高。
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在电子的实践中,采用实物操作和仿真软件相结合的原则,可以使得事半功倍,使得学生对知识的掌握更加牢固,同时极大程度上提高了学习效率。主要体现在以下几个方面:
1.利用仿真技术减少了实物实验的故障率,使得实验的数据更精准。当学生装配好电路板后,开始进行调试时,一般要对实物电路板进行短路检测,确认没有短路故障后再进行调试。而实训的具体检测和调试都是带电操作,带有一定的风险性和不确定性。因此在开始操作的过程中,在学生开始调试之前,先通过仿真软件演示整个调试过程,这样学生不仅对调试过程有很清晰的认识,而且可以避免实训过程中的一些误操作,减少了调试过程中产生的故障。仿真软件演示的实验数据与实际调试的数据相差不大,学生可以比较数据,进行自检。另一方面,如果要设计一块电路板的时候,需要对电路的参数反复的调试,在实物电路板上实现起来比较困难,利用仿真软件可以反复调试,并可以寻找到最佳的方案,再去进行实物的设计,非常便捷。另外,仿真实验没有任何干扰信号的存在,更加能够真实的反映出实验的本质,做到精准、真实、完美。
2.利用仿真技术可以顺利进行故障的分析,并顺利找到故障点。在电工电子的实训中,学生不仅要熟练掌握电路的调试能力,还要有一定的电路排故能力。有时候安装一块电路板需要的时间可能并不长,但往往查找故障点需要花费大量的时间。另外如果在电路板上人为设定一个故障,比如元器件的接反或某处电路出现短路故障时,部分元器件可能会出现击穿、损坏、甚至出现电气短路等现象,这样在操作的时候非常危险。而我们在授课的时候,如果利用仿真软件去讲解电路时,可以随意地将元件焊反或将某段电路短路,学生可以很直观的看到故障的数据及波形,提高了学生的分析能力以及解决问题的能力。同时也提高了学生思考的能力。
3.利用仿真技术可以进行反复练习,大大降低了成本。对于电子线路的板子,很多时候装配完后进行调试,往往是只能使用一次,或者仅能对单一功能进行调试,不能够进行反复练习,尤其是在现代电子产品的高速发展,许多新型器件、集成块、贴片元件的大量使用,使得装配和拆装都不那么容易,另外成本也相对来说很过。仿真技术的使用,使每个学生都有机会根据自己的实际情况,扬长避短,并进行反复练习。而且仿真实验不需要真实环境的介入,软件中有取之不尽、用之不竭的电气元件,而且实验过程中也没有元件的损耗,实验室维护管理将更加方便。总之,将仿真软件应用于教学有很多的优点。另外由于现代电子技术的不断更新,往往使得实验室中实践环节教学资源相对短缺,一些设备不能及时更新和维护,实践耗材昂贵,而带来了很多的局限性。利用仿真实训软件后,不仅使得实训具有完整性、系统性、交互性、智能型。极大程度上弥补现有教学资源的不足。如在进行电力拖动的授课时,当讲授到三相异步电动机的时候,我们除了可以介绍电机的基本知识,结合实验室有的电动机的结构和使用方法外,我们还可以使用仿真软件,给同学们展示形式多样的、不同用途的其他电机。同时我们可以利用仿真技术对相关实验电路进行通过动态模拟,提高课堂效果。