“层次化”电工电子实验教学的改进
杜宇上+徐小明
[摘 要]“层次化”电工电子实验教学是国内高校电工电子实验教学的主要特点之一，但存在不足之处。“层次化”实验课在“层次化”的教学模式中需要对学生采用渐进式地启发方法，其教学模式改进的方法包括必修课与选修课相结合；渐进式启发学生操作探索。使学生能够在较为薄弱的基础上逐步地培养实践能力。
[关键词]电工电子实验；实验教学；层次化教学
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）04-0093-02
一、“层次化”电工电子实验教学现状分析
电工电子实验是高校本科工科专业重要的基础课程。国内许多高校对电工电子实验课程进行了教学改革和研究，取得了不少的成果[1-4]。采用“层次化”的实验教学模式是国内高校电工电子实验教学的主要特点之一，即，通过建立多层次的实验内容，划分出基础层、提高层和开发层三级台阶式教学模式，让学生从基础学起，逐步进行能力培养。但由于传统教学理念的影响，在实际的教学中仍存在不足之处[5]。常见的有：学时数不足，采用“开处方”的方式布置应用设计任务，实验中缺少对学生的启发。
二、“层次化”电工电子实验教学的改进方法
针对上述教学中的不足，在已有基础层、提高层和开发层三级台阶式教学模式的基础上做了教学策略的调整。
（一）必修课与选修课相结合
通常每次实验项目安排为2个学时。由于很多实验原理内容抽象，学生因知识背景薄弱，难以在短时间内理解，同时，由于以往所接受的应试教育，对实践操作环节也不能很快熟悉，因此很难在2个学时的教学中完成“基础层、提高层和开发层”的实验任务。
通过开设一系列的电工电子实验选修课，拓展学生在电工电子实验方面的操作能力和工程视野。因此，将基础层和提高层的实验教学内容安排在电工电子实验必修课程中进行，而开发层的实验教学内容安排在电工电子实验选修课程中进行，从而弥补学时数不足的缺陷。
（二）渐进式启发学生操作探索
现代教学论认为学习过程主要是人的认知思维活动的主动建构过程，强调教师教学过程中创设情景和启发引导，教师可以将教学内容与学生已有认知结构之间建立清晰稳定的联系，为进一步学习提供“脚手架”。因此，在基础层环节中，提供现成的实验方案，要求学生在操作中体会实验原理；在提高层的环节中，在已有的基础层方案基础上，启发学生对原有方案进行修改，实现电路功能的拓展，加深原理地掌握和理解；在开发层的环节中，要求学生在基础层和提高层的实验操作的基础上，自行设计实验方案，自主实现自己预期的电路功能，达到运用原理的学习目的。
三、“层次化”电工电子实验教学改进示例
数字电路实验项目是电工电子实验课程的重要组成内容。近年来，随着社会工程领域中FPGA设计应用的普及，电工电子实验课程也引入了采用硬件描述语言进行数字电路实验的项目内容。然而，在教学中发现，由于电工电子实验课程在低年级开设，学生因未深入接触专业知识，很多学生往往对实验内容中的代码不能充分地理解，只是囫囵吞枣地完成实验项目中基础验证性任务，达不到培养工程能力的效果。因此需要教师以基本原理知识为基础，逐步地启发学生，使学生在实践中经历原理验证、加深掌握、自主设计应用的学习过程。
现在以基于VHDL编程的《LED数码管驱动显示》为例[6]，说明对“层次化”实验教学模式的改进方法。
（一）基础层实验内容
基础层实验内容在于让学生理解和验证LED数码管驱动显示基本的实验原理。
首先向学生介绍了7段LED数码管的结构原理，以及LED数码管显示数字的原理，特别是动态显示的原理和方法。
接下来，呈现出VHDL代码，介绍VHDL程序的结构、有关语法，并且结合代码以及实验室所使用的实验箱，介绍实现LED数码管驱动显示的具体方法。表1所示为教学讲解的代码，以实现实验箱上1个LED数码管显示某一个数字。
然后，要求学生由提供的代码，先在QuartusII的平台上进行代码编写、编译、引脚定义和下载，观察实验现象，理解LED数码管驱动显示实验原理。在此基础上，要求学生修改代码，更改实验箱上的LED数码管显示的数字或LED数码管显示的位置，从而巩固对LED数码管驱动显示基本原理的理解。
（二）提高层实验内容
提高层实验通过启发学生修改LED数码管驱动显示的效果，促进学生对VHDL编程和LED数码管驱动显示原理的进一步理解和掌握。表2所示为提供给学生参考的部分代码内容，以实现3个LED数码管轮流显示的效果。
（三）开发层实验内容
开发层实验是在重新开设的选修实验课中，学生在基础层和提高层实验内容的基础上，自行修改实验代码，自主设计LED数码管显示的样式。为了让学生能顺利地完成设计效果，在教学中会提供部分的代码（如表3所示）供学生参考，启发学生在此基础上进行代码的修改。
由于实验箱上含有8个LED数码管，很多学生在自行设计时将表3所示的代码，由控制3个LED数码管修改为控制8个LED数码管，并且不局限于显示传统的数字或字母，于是出现了如呈现多个花样的“爬行的小虫”等一系列的设计方案。通过开发层实验内容的练习，促进学生自主地实践探索学习，培养了学生对VHDL编程的应用能力。
四、结语
电工电子实验教学中采用“层次化”的教学模式有助于促进学生学习，提高学生的工程实践能力。但是在教学实践中需要考虑到电工电子实验课程面对的是大学低年级的学生，因此需要利用必修课和选修课的结合，使实验学习时间更加充裕；在“层次化”的教学模式中需要对学生采用渐进式地启发方法，使学生能够在较为薄弱的基础上逐步地培养实践能力。通过对“层次化”教学模式的改进，获得了学生的好评，提高了电工电子实验的教学效果，使学生为后续课程学习打下了良好的基础。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 李建霞，等.构建综合一体化电工电子实验教学体系[J].教学研究，2014（1）：95-97.
[2] 赵怡.项目教学在电子信息专业实验教学中的探讨[J].电气电子教学学报，2013（5）：115-117.
[3] 化晓茜，等.改革电工电子实验教学，培养学生的创新能力[J].实验室研究与探索，2011（6）：151-153.
[4] 刘琳，等.电工电子实验教学改革探讨[J].实验科学与技术，2010（5）：103-104.
[5] 余仕求.非电类专业《电工学》实验教学改革探讨[J].长江大学学报（自然科学版），2013（31）：165-166.
[6] 彭端.电工与电子技术实验教程[M].武汉：武汉大学出版社，2011：247-255.
[责任编辑：张 雷]
[摘 要]“层次化”电工电子实验教学是国内高校电工电子实验教学的主要特点之一，但存在不足之处。“层次化”实验课在“层次化”的教学模式中需要对学生采用渐进式地启发方法，其教学模式改进的方法包括必修课与选修课相结合；渐进式启发学生操作探索。使学生能够在较为薄弱的基础上逐步地培养实践能力。
[关键词]电工电子实验；实验教学；层次化教学
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）04-0093-02
一、“层次化”电工电子实验教学现状分析
电工电子实验是高校本科工科专业重要的基础课程。国内许多高校对电工电子实验课程进行了教学改革和研究，取得了不少的成果[1-4]。采用“层次化”的实验教学模式是国内高校电工电子实验教学的主要特点之一，即，通过建立多层次的实验内容，划分出基础层、提高层和开发层三级台阶式教学模式，让学生从基础学起，逐步进行能力培养。但由于传统教学理念的影响，在实际的教学中仍存在不足之处[5]。常见的有：学时数不足，采用“开处方”的方式布置应用设计任务，实验中缺少对学生的启发。
二、“层次化”电工电子实验教学的改进方法
针对上述教学中的不足，在已有基础层、提高层和开发层三级台阶式教学模式的基础上做了教学策略的调整。
（一）必修课与选修课相结合
通常每次实验项目安排为2个学时。由于很多实验原理内容抽象，学生因知识背景薄弱，难以在短时间内理解，同时，由于以往所接受的应试教育，对实践操作环节也不能很快熟悉，因此很难在2个学时的教学中完成“基础层、提高层和开发层”的实验任务。
通过开设一系列的电工电子实验选修课，拓展学生在电工电子实验方面的操作能力和工程视野。因此，将基础层和提高层的实验教学内容安排在电工电子实验必修课程中进行，而开发层的实验教学内容安排在电工电子实验选修课程中进行，从而弥补学时数不足的缺陷。
（二）渐进式启发学生操作探索
现代教学论认为学习过程主要是人的认知思维活动的主动建构过程，强调教师教学过程中创设情景和启发引导，教师可以将教学内容与学生已有认知结构之间建立清晰稳定的联系，为进一步学习提供“脚手架”。因此，在基础层环节中，提供现成的实验方案，要求学生在操作中体会实验原理；在提高层的环节中，在已有的基础层方案基础上，启发学生对原有方案进行修改，实现电路功能的拓展，加深原理地掌握和理解；在开发层的环节中，要求学生在基础层和提高层的实验操作的基础上，自行设计实验方案，自主实现自己预期的电路功能，达到运用原理的学习目的。
三、“层次化”电工电子实验教学改进示例
数字电路实验项目是电工电子实验课程的重要组成内容。近年来，随着社会工程领域中FPGA设计应用的普及，电工电子实验课程也引入了采用硬件描述语言进行数字电路实验的项目内容。然而，在教学中发现，由于电工电子实验课程在低年级开设，学生因未深入接触专业知识，很多学生往往对实验内容中的代码不能充分地理解，只是囫囵吞枣地完成实验项目中基础验证性任务，达不到培养工程能力的效果。因此需要教师以基本原理知识为基础，逐步地启发学生，使学生在实践中经历原理验证、加深掌握、自主设计应用的学习过程。
现在以基于VHDL编程的《LED数码管驱动显示》为例[6]，说明对“层次化”实验教学模式的改进方法。
（一）基础层实验内容
基础层实验内容在于让学生理解和验证LED数码管驱动显示基本的实验原理。
首先向学生介绍了7段LED数码管的结构原理，以及LED数码管显示数字的原理，特别是动态显示的原理和方法。
接下来，呈现出VHDL代码，介绍VHDL程序的结构、有关语法，并且结合代码以及实验室所使用的实验箱，介绍实现LED数码管驱动显示的具体方法。表1所示为教学讲解的代码，以实现实验箱上1个LED数码管显示某一个数字。
然后，要求学生由提供的代码，先在QuartusII的平台上进行代码编写、编译、引脚定义和下载，观察实验现象，理解LED数码管驱动显示实验原理。在此基础上，要求学生修改代码，更改实验箱上的LED数码管显示的数字或LED数码管显示的位置，从而巩固对LED数码管驱动显示基本原理的理解。
（二）提高层实验内容
提高层实验通过启发学生修改LED数码管驱动显示的效果，促进学生对VHDL编程和LED数码管驱动显示原理的进一步理解和掌握。表2所示为提供给学生参考的部分代码内容，以实现3个LED数码管轮流显示的效果。
（三）开发层实验内容
开发层实验是在重新开设的选修实验课中，学生在基础层和提高层实验内容的基础上，自行修改实验代码，自主设计LED数码管显示的样式。为了让学生能顺利地完成设计效果，在教学中会提供部分的代码（如表3所示）供学生参考，启发学生在此基础上进行代码的修改。
由于实验箱上含有8个LED数码管，很多学生在自行设计时将表3所示的代码，由控制3个LED数码管修改为控制8个LED数码管，并且不局限于显示传统的数字或字母，于是出现了如呈现多个花样的“爬行的小虫”等一系列的设计方案。通过开发层实验内容的练习，促进学生自主地实践探索学习，培养了学生对VHDL编程的应用能力。
四、结语
电工电子实验教学中采用“层次化”的教学模式有助于促进学生学习，提高学生的工程实践能力。但是在教学实践中需要考虑到电工电子实验课程面对的是大学低年级的学生，因此需要利用必修课和选修课的结合，使实验学习时间更加充裕；在“层次化”的教学模式中需要对学生采用渐进式地启发方法，使学生能够在较为薄弱的基础上逐步地培养实践能力。通过对“层次化”教学模式的改进，获得了学生的好评，提高了电工电子实验的教学效果，使学生为后续课程学习打下了良好的基础。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 李建霞，等.构建综合一体化电工电子实验教学体系[J].教学研究，2014（1）：95-97.
[2] 赵怡.项目教学在电子信息专业实验教学中的探讨[J].电气电子教学学报，2013（5）：115-117.
[3] 化晓茜，等.改革电工电子实验教学，培养学生的创新能力[J].实验室研究与探索，2011（6）：151-153.
[4] 刘琳，等.电工电子实验教学改革探讨[J].实验科学与技术，2010（5）：103-104.
[5] 余仕求.非电类专业《电工学》实验教学改革探讨[J].长江大学学报（自然科学版），2013（31）：165-166.
[6] 彭端.电工与电子技术实验教程[M].武汉：武汉大学出版社，2011：247-255.
[责任编辑：张 雷]
