新工科电工学实验信息化教学模式的研究与推广

　　[摘 要] 为培养学生自主学习和创新能力，将雨课堂、Multisim等信息化教学工具融入电工学实验教学，重新构建了电工学实验教学体系结构。实践证明，通过线上线下混合式学习、先仿真后实验的教学模式改革，激发了学生的学习兴趣，学生探究问题和动手实践的能力明显提高。

　　[关 键 词] 电工学实验;信息化;混合式教学;仿真

　　为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略。2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验，助力高等教育强国建设。工科优势高校要对工程科技创新和产业创新发挥主体作用，培养造就一大批多样化、创新型卓越工程科技人才，为我国产业发展和国际竞争提供智力和人才支撑，既是当务之急，又是长远之策[1]。

　　实验是工科院校培养学生实践能力的重要环节，电工学实验是面向非电类专业开设的学科基础课，能有效促进学生将电工学理论知识转化为实践能力。传统实验教学模式，不能充分调动学生的积极主动性，且存在部分学生浑水摸鱼的情况。

　　一、工科实验传统教学模式的不足

　　(一)时间和空间有限

　　电工实验一次两学时，90分钟，比较简单的实验，如叠加原理可以轻松完成，但复杂一些的实验，如单级交流放大电路，直流稳压电源的设计，如果课前学生没有充分预习，做仿真，很难在90分钟内完成。实验室一般15～16台实验设备，两到三人一组。学生在有限的时间和空间内，不能得到充分的发挥。

　　(二)预习方式单一

　　目前，工科院校本科生实验课程的预习，如大学物理、有机化学、电工学、电机学和电力电子等，多采用传统模式，停留在让学生抄写实验报告的层面。学生通过机械而大篇幅的抄写，只能简单了解实验内容和实验步骤，对于实验设备、实验原理仍不甚了解。这种预习方式，既费时间，又不能达到良好的预习效果。

　　(三)实验效果不佳

　　进入实验室，一般由教师介绍实验设备、实验内容、强调注意事项后，学生开始动手做实验。少数预习充分的学生可顺利地完成实验，但不少学生仍是懵懵懂懂，做一步问一步，照猫画虎，甚至有的组做不出来，抄写数据，对付走人。

　　(四)实验报告繁冗

　　后续实验报告的撰写，不乏重新抄写实验数据、将示波器等仪器仪表显示的波形重新绘于纸质报告，增加学生的负担，不利于学生抽出更多的时间进行问题的总结与探究。

　　这种以学生抄写预习报告—教师讲解—学生机械实验—撰写纸质报告—教师批改的传统模式实验教学方式，预习效果差，不能充分调动学生学习的积极主动性，实验过程机械，抄写实验报告浪费时间，在实验室动手操作的时间和空间有限，不利于学生探究和创新能力的培养。

　　二、利用信息化手段推动工科实验改革

　　新工科要求学生具有自主学习和探究、创新能力，我们必须改变传统工科实验教学模式，以学生为中心，将信息化技术融入实验教学，充分调动学生学习的主观能动性，从而达到掌握电工与电子技术理论知识，获得仿真软件和实际仪器仪表的知识储备，培养学生的工程思维、探究能力、动手能力和协作能力，同时激发学生的认同感、责任感，培养严谨的科学态度和良好的道德素养。

　　近年来，雨课堂、学习通等现代信息化教学手段提供了教学改革的工具，学堂在线、慕课、网络视频等，提供了丰富的教学资源，推进了工科院校电工电子实验的教学改革。雨课堂是由学堂在线和清华大学在线教育办公室共同研发的新型智慧教学解决方案，它将信息技术应用于PowerPoint和微信，科学覆盖了课前—课上—课后的每一个教学环节，让课堂互动永不下线。Multisim是以Windows为基础的仿真工具，适用于电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。电工学实验教学中，直流电路、交流电路、模拟电路和数字电路均可利用Multisim进行仿真。

　　重庆大学电工电子实验教学中心将混合式教学模式应用于电工学实验教学，完善了实验课程设计[2]。云南农业大学搭建了电工电子虚拟仿真平台[3]。西北工业大学机电学院开展了仿真实验平台和综合创新实验的建设[4]。河北工业大学电工学教研室自2010年以来，对电工与电子技术实验课程进行引入虚拟仿真技术、线上线下混合式教学、翻转课堂等教学模式的探索，从实验预习、预习考核、实验指导，到报告撰写，进行了一系列改革[5][6]，形成了一套较为成熟的教学模式(如下图所示)，充分调动了学生的积极主动性，培养了学生的探究能力。

　　(一)预习环节

　　1.雨课堂推送预习要点

　　利用雨课堂制作手机课件并推送，包括实验目的、原理、设备、电路、步骤和注意事项，教师配以语音讲解和仪器设备介绍小视频，学生利用手机进行预习，根据需要查阅实验指导书和教材，一般不会超过15分钟，能有效理解实验内容。

　　2.Multisim仿真

　　实验前，教师通过雨课堂发布仿真任务。如直流稳压电源设计，学生通过利用Multisim仿真软件绘制变压、整流、滤波和稳压四个环节的电路，用示波器观察各环节的电压波形，用万用表测量交、直流电压，可充分理解电路工作原理，学习各种仪器的使用。仿真结果通过雨课堂提交，教师及时批改反馈。由于仿真不受时空、设备数量限制，不存在仪器仪表损害的问题，学生能静下来思考问题、解决问题，提高了学生的探究能力，同时为进入实验室操作做好准备。

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