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[摘要]本文介绍了电路实验课在教学内容、教学方法方面的改革，以及把CAI技术引入实验教学中从而提高实验教学质量和深化教学层次的方法，探讨了专业基础实验课教学改革的方向。
[关键词]实验教学 教学内容 教学方法 改革 CAI
一、关于电路实验
电路课程是电专业的一门基础课，该课程从基本的电路元件和电路定理出发讲述了电路中电压电流间的约束关系，阐述实际电路中的能量转换过程，以及电子电路的分析与设计方法。电路课程是后续课程，诸如模拟电子技术、数字电子技术、信号与系统等课程的先修课程，实践证明如果衔接不好，后续课程的教学内容、实验和课程设计将无法进行。
众所周知，理论教学和实验教学是高等学校教书育人的两个重要组成部分，而实验教学是培养学生实际工作能力的主要环节。电路实验课是高等院校理工科电类专业学生的第一门专业基础实验课，在基础课阶段打好基础和养成良好的习惯和作风是很重要的。电路课作为电类专业的第一门技术基础课，多年来已形成了一整套的传统实验，这些传统实验对培养学生的基本实验能力、早期科研能力、巩固所学的理论知识无疑是基本的、重要的、必不可少的。笔者对该课程改革的目的就在于如何充分调动学生学习实验课的主动性和积极性，使他们在有限的学习时间中掌握一种科学的实验方法和学习方法，从而培养学生分析问题和解决问题的能力，使实验教学取得更好的教学效果。为了与电路理论课的教学相配合，电路实验在经典实验内容的基础上又增加了近代电路理论的内容，扩展了实验范围，反映了近现代电路理论的最新内容和成果。实验课引入了计算机辅助分析技术，体现了当前先进的科学技术与电路理论的有机结合。
二、电路实验改革的内容
(一)精选实验项目，优化教学内容，提高教学效果
目前由于基础课学时的压缩，实验课的学时也相应地减少，要在有限的时间内达到良好的教学效果，就必须精选实验教学内容。实验内容必须具有代表性和应用性，既反映基本定理和基本规律的验证，又具有设计性和思考性。因此，笔者把原来两个学期的实验压缩为一个学期，在19个实验项目中精选出12个。在实验内容的安排上依据由浅入深、循序渐进的原则，按课程教学要求，先安排一组具有基础课教学特点的验证性实验，包括有仪器的使用、电源等效互换、迭加定理和戴维宁定理的验证、RC和RLC电路的特性，等等。学生通过这组实验，基本掌握常用仪器的使用和基本实验方法。继之安排一组较容易独立完成的适合训练实验技能的实验：双口网络的研究、二阶电路的模拟、信号通过线性系统、信号频谱的测量等，使学生进一步掌握仪器的使用方法和提高实验的动手能力。最后安排一组设计性实验，如电阻温度计、补偿分压电路和移相器电路的设计。通过设计性实验，开拓了学生的思路，提高了学生的自学和设计能力，同时提高了学生对实验课的兴趣。通过三个阶段的实验，学生的思考能力、动手能力和分析解决问题的能力得到全面的培养。实践证明，实验教学效果并不因学时和实验项目的减少而降低，相反，由于实验项目少而精，实验目的明确，学生有充裕的时间预习、消化每个实验过程，从而扎实地掌握了实验依据的理论和科学实验的方法，达到了基础实验课的教学目的，取得了较好的教学效果。
(二)改革教学方法，重视学生能力的培养
1.实验指导书的改革。实验课要达到预期的目的，有一本好的实验指导书是首要的条件。实验指导书的编写应该目的要求明确、原理论述简明、实验步骤清楚，既体现对学生基本技能的训练，又能体现新技术的应用。笔者在编写实验指导书时打破了以前把实验原理、内容、步骤、方法等全部详细写出的格式，按实验内容分为三个阶段，不同阶段的实验有不同的目的要求。第一阶段是基础实验部分，这一阶段的实验原理写得详细，并写出实验仪器的原理和使用方法、注意事项以及给出实验电路图，列出所需数据表格和实验步骤，使学生通过这一阶段的训练，掌握实验的要求和一般方法。第二阶段只提供实验时需要的仪器设备，给出实验电路图，提出实验目的要求，简单介绍实验原理，要求学生通过预习，查阅资料，自己拟定实验方案，写出实验步骤，完成规定的实验内容。第三阶段的设计性实验则只提出技术指标要求，提供仪器设备和元器件，让学生自行设计电路图和实验方案，鼓励学生用不同的方式达到实验目的要求，有意识地引导学生从依赖指导书现成的步骤做实验转向独立设计实验方案和步骤完成实验，从而培养学生独立思考的良好习惯和实验能力。
2.实验预习的改革。实验预习是培养学生自学能力，提出问题和解决问题的能力的主要途径，因此要求学生通过预习，明确实验目的要求和内容，复习好与实验有关的理论知识，查找资料，设计实验方案，做必要的理论计算，预期实验结果，写出预习报告。预习报告不要求抄一大堆指导书上的内容，只要求列出实验内容要求的必要的理论计算和用来记录数据、波形的表格、座标以及对实验结果的预期。强调预期实验结果的目的是使学生对实验过程初步的了解，避免实验过程中的盲目性，一且实验过程中得出的结果与预期的不一致，就要求学生对结果进行综合分析，找出原因和解决的方法，这样可以让学生自己发现问题，可使学生了解科学实验并非总是正确无误的，培养了学生实事求是的科学态度和正确的科学实验观。
3.实验报告的改革。实验报告是衡量学生掌握实验的程度，是学生分析解决问题能力、计算总结能力和文字表达能力的综合反映。平时学生写实验报告时，用很大篇幅重复实验指导书的内容，实验数据处理和分析讨论的内容很少，既浪费时间又没有效果。笔者的改革是要求学生平常只需要在预习报告的基础上，写出实验测量结果及数据处理过程，并对实验结果作分析讨论，回答指导书中提出的问题，写出经验体会。所有实验结束后，要求学生自选一个实验项目，写一份质量较高的实验报告，包括实验目的、实验原理、实验仪器、实验电路图、实验步骤、数据记录过程、结果分析、问题的提出及解决方法，同时鼓励学生大胆提出实验课的改进意见。鼓励学生以科技小论文的格式写实验报告，以简明而准确的语言表达自己的思想和论点，使实验报告成为培养学生概括科学实验能力的一个环节，使学生的综合能力和文字表达能力进一步得到提高。
4.实验课考核的改革。为了全面反映学生的学习情况和学习效果，充分调动学生上好实验课的积极性，笔者采取分项考核记分的方式来评定学生每次的实验成绩。对在实验过程中出现的问题能提出独立见解的分析，对实验课能提出合理性建议的学生给予额外的加分鼓励。实验结束后，结合每次实验的分数和最后一份实验报告的成绩，评出综合成 绩。实验课是否进行考试则视该班级本学期学习负担和学习情况而定，如该学期学生基本都能掌握实验内容及方法且学习负担较重，则不考试。若学习负担较轻且还有学生未能掌握实验内容和方法，则要求考试，考试成绩占总评分的比例一般为20％。这种比较符合学生实际情况的考核方法，普遍受学生欢迎，提高了学生对实验的重视程度。
(三)应用CAI技术，提高教学质量
要开展综合性和设计类的实验内容，需要增添相关的实验设备。但由于实验经费的紧张，又大大约束了实验内容的改革。随着现代科技的发展，尤其是计算机在各个领域的广泛运用以及新技术的普遍使用和推广，基本上解决了上述的矛盾。电路仿真实验的出现，为学生成功地验证自己的设计方案提供了有力的保障，而且不受实验仪器设备的限制。目前仿真软件比较多，如PSPICE、EWB的等多种CAA和CAD，它们的优点不言而喻。在实验课中笔者应用CAI技术，可以大大丰富教学内容，扩展教学环境，深化教学层次，弥补传统理论和实验教学方法的不足，使实验教学提高到一个新的水平。具体做法是把实验课分为软实验(在计算机上做仿真实验)和硬实验(实际操作实验)两部分。在开出硬实验之前，利用CAI软件，对硬实验内容进行仿真。通过仿真实验，使学生对硬实验部分的内容有全面的了解，先进行理论分析和预期实验结果，为下一阶段硬实验打下良好的理论基础。笔者建立了以EWB为平台的“电路实验虚拟实验系统”，该系统界面友好，操作方便，结果直观准确。目前，笔者应用CAI技术进行仿真实验的实验项目有迭加定理和戴维宁定理的验证、RC电路的特性、RLC电路的特性、双口网络的研究、二阶电路的模拟、信号频谱的测量、补偿分压电路的设计和移相器的设计。在仿真实验中，要求学生首先按照讲义所提供的电路参数做出结果并分析之，然后有目的地更换电路参数，观察由于电路参数的变化对电路工作状态的影响，并分析实验结果。通过仿真实验，不仅清楚地显示了电路特性及工作过程，而且通过对电路工作状态改变的结果，进行分析探索和思考，从而深入地启发了学生的思维和想象力，拓宽了学生的知识面，增强了学生学习的主动性，提高了教学质量。
笔者的体会是，用软件来对实验系统进行仿真有以下几个优点：(1)实验成本低，且实验设备的选择余地大。(2)实验参数选择、调整方便、快捷，易于实现较为复杂的实验过程。(3)实验所需时间较少，实验效率高。(4)不必担心损坏实验设备，能轻松的进行边缘情况的实验。(5)便于记录和分析实验过程和实验结果。
三、结束语
实验教学的改革方向应该是重视能力的培养，在实验过程中培养开发学生潜在能力和创造、思考能力。然而，学生能力的培养不是一朝一夕能完成的，它应贯穿在各门课程学习的全过程中。如何加强实践环节，使学生能系统地、广泛地在实验理论、基本技能和分析、解决问题的独立工作能力等方面，得到切实的培养和训练，仍然是当前实验教学改革中一个十分重要的研究课题。对此。应继续深入进行有关的实验教学研究，使实验教学工作更完善，使所培养的学生更能适应社会科学技术快速发展的需要。
(责编 黎原)
[关键词]实验教学 教学内容 教学方法 改革 CAI
一、关于电路实验
电路课程是电专业的一门基础课，该课程从基本的电路元件和电路定理出发讲述了电路中电压电流间的约束关系，阐述实际电路中的能量转换过程，以及电子电路的分析与设计方法。电路课程是后续课程，诸如模拟电子技术、数字电子技术、信号与系统等课程的先修课程，实践证明如果衔接不好，后续课程的教学内容、实验和课程设计将无法进行。
众所周知，理论教学和实验教学是高等学校教书育人的两个重要组成部分，而实验教学是培养学生实际工作能力的主要环节。电路实验课是高等院校理工科电类专业学生的第一门专业基础实验课，在基础课阶段打好基础和养成良好的习惯和作风是很重要的。电路课作为电类专业的第一门技术基础课，多年来已形成了一整套的传统实验，这些传统实验对培养学生的基本实验能力、早期科研能力、巩固所学的理论知识无疑是基本的、重要的、必不可少的。笔者对该课程改革的目的就在于如何充分调动学生学习实验课的主动性和积极性，使他们在有限的学习时间中掌握一种科学的实验方法和学习方法，从而培养学生分析问题和解决问题的能力，使实验教学取得更好的教学效果。为了与电路理论课的教学相配合，电路实验在经典实验内容的基础上又增加了近代电路理论的内容，扩展了实验范围，反映了近现代电路理论的最新内容和成果。实验课引入了计算机辅助分析技术，体现了当前先进的科学技术与电路理论的有机结合。
二、电路实验改革的内容
(一)精选实验项目，优化教学内容，提高教学效果
目前由于基础课学时的压缩，实验课的学时也相应地减少，要在有限的时间内达到良好的教学效果，就必须精选实验教学内容。实验内容必须具有代表性和应用性，既反映基本定理和基本规律的验证，又具有设计性和思考性。因此，笔者把原来两个学期的实验压缩为一个学期，在19个实验项目中精选出12个。在实验内容的安排上依据由浅入深、循序渐进的原则，按课程教学要求，先安排一组具有基础课教学特点的验证性实验，包括有仪器的使用、电源等效互换、迭加定理和戴维宁定理的验证、RC和RLC电路的特性，等等。学生通过这组实验，基本掌握常用仪器的使用和基本实验方法。继之安排一组较容易独立完成的适合训练实验技能的实验：双口网络的研究、二阶电路的模拟、信号通过线性系统、信号频谱的测量等，使学生进一步掌握仪器的使用方法和提高实验的动手能力。最后安排一组设计性实验，如电阻温度计、补偿分压电路和移相器电路的设计。通过设计性实验，开拓了学生的思路，提高了学生的自学和设计能力，同时提高了学生对实验课的兴趣。通过三个阶段的实验，学生的思考能力、动手能力和分析解决问题的能力得到全面的培养。实践证明，实验教学效果并不因学时和实验项目的减少而降低，相反，由于实验项目少而精，实验目的明确，学生有充裕的时间预习、消化每个实验过程，从而扎实地掌握了实验依据的理论和科学实验的方法，达到了基础实验课的教学目的，取得了较好的教学效果。
(二)改革教学方法，重视学生能力的培养
1.实验指导书的改革。实验课要达到预期的目的，有一本好的实验指导书是首要的条件。实验指导书的编写应该目的要求明确、原理论述简明、实验步骤清楚，既体现对学生基本技能的训练，又能体现新技术的应用。笔者在编写实验指导书时打破了以前把实验原理、内容、步骤、方法等全部详细写出的格式，按实验内容分为三个阶段，不同阶段的实验有不同的目的要求。第一阶段是基础实验部分，这一阶段的实验原理写得详细，并写出实验仪器的原理和使用方法、注意事项以及给出实验电路图，列出所需数据表格和实验步骤，使学生通过这一阶段的训练，掌握实验的要求和一般方法。第二阶段只提供实验时需要的仪器设备，给出实验电路图，提出实验目的要求，简单介绍实验原理，要求学生通过预习，查阅资料，自己拟定实验方案，写出实验步骤，完成规定的实验内容。第三阶段的设计性实验则只提出技术指标要求，提供仪器设备和元器件，让学生自行设计电路图和实验方案，鼓励学生用不同的方式达到实验目的要求，有意识地引导学生从依赖指导书现成的步骤做实验转向独立设计实验方案和步骤完成实验，从而培养学生独立思考的良好习惯和实验能力。
2.实验预习的改革。实验预习是培养学生自学能力，提出问题和解决问题的能力的主要途径，因此要求学生通过预习，明确实验目的要求和内容，复习好与实验有关的理论知识，查找资料，设计实验方案，做必要的理论计算，预期实验结果，写出预习报告。预习报告不要求抄一大堆指导书上的内容，只要求列出实验内容要求的必要的理论计算和用来记录数据、波形的表格、座标以及对实验结果的预期。强调预期实验结果的目的是使学生对实验过程初步的了解，避免实验过程中的盲目性，一且实验过程中得出的结果与预期的不一致，就要求学生对结果进行综合分析，找出原因和解决的方法，这样可以让学生自己发现问题，可使学生了解科学实验并非总是正确无误的，培养了学生实事求是的科学态度和正确的科学实验观。
3.实验报告的改革。实验报告是衡量学生掌握实验的程度，是学生分析解决问题能力、计算总结能力和文字表达能力的综合反映。平时学生写实验报告时，用很大篇幅重复实验指导书的内容，实验数据处理和分析讨论的内容很少，既浪费时间又没有效果。笔者的改革是要求学生平常只需要在预习报告的基础上，写出实验测量结果及数据处理过程，并对实验结果作分析讨论，回答指导书中提出的问题，写出经验体会。所有实验结束后，要求学生自选一个实验项目，写一份质量较高的实验报告，包括实验目的、实验原理、实验仪器、实验电路图、实验步骤、数据记录过程、结果分析、问题的提出及解决方法，同时鼓励学生大胆提出实验课的改进意见。鼓励学生以科技小论文的格式写实验报告，以简明而准确的语言表达自己的思想和论点，使实验报告成为培养学生概括科学实验能力的一个环节，使学生的综合能力和文字表达能力进一步得到提高。
4.实验课考核的改革。为了全面反映学生的学习情况和学习效果，充分调动学生上好实验课的积极性，笔者采取分项考核记分的方式来评定学生每次的实验成绩。对在实验过程中出现的问题能提出独立见解的分析，对实验课能提出合理性建议的学生给予额外的加分鼓励。实验结束后，结合每次实验的分数和最后一份实验报告的成绩，评出综合成 绩。实验课是否进行考试则视该班级本学期学习负担和学习情况而定，如该学期学生基本都能掌握实验内容及方法且学习负担较重，则不考试。若学习负担较轻且还有学生未能掌握实验内容和方法，则要求考试，考试成绩占总评分的比例一般为20％。这种比较符合学生实际情况的考核方法，普遍受学生欢迎，提高了学生对实验的重视程度。
(三)应用CAI技术，提高教学质量
要开展综合性和设计类的实验内容，需要增添相关的实验设备。但由于实验经费的紧张，又大大约束了实验内容的改革。随着现代科技的发展，尤其是计算机在各个领域的广泛运用以及新技术的普遍使用和推广，基本上解决了上述的矛盾。电路仿真实验的出现，为学生成功地验证自己的设计方案提供了有力的保障，而且不受实验仪器设备的限制。目前仿真软件比较多，如PSPICE、EWB的等多种CAA和CAD，它们的优点不言而喻。在实验课中笔者应用CAI技术，可以大大丰富教学内容，扩展教学环境，深化教学层次，弥补传统理论和实验教学方法的不足，使实验教学提高到一个新的水平。具体做法是把实验课分为软实验(在计算机上做仿真实验)和硬实验(实际操作实验)两部分。在开出硬实验之前，利用CAI软件，对硬实验内容进行仿真。通过仿真实验，使学生对硬实验部分的内容有全面的了解，先进行理论分析和预期实验结果，为下一阶段硬实验打下良好的理论基础。笔者建立了以EWB为平台的“电路实验虚拟实验系统”，该系统界面友好，操作方便，结果直观准确。目前，笔者应用CAI技术进行仿真实验的实验项目有迭加定理和戴维宁定理的验证、RC电路的特性、RLC电路的特性、双口网络的研究、二阶电路的模拟、信号频谱的测量、补偿分压电路的设计和移相器的设计。在仿真实验中，要求学生首先按照讲义所提供的电路参数做出结果并分析之，然后有目的地更换电路参数，观察由于电路参数的变化对电路工作状态的影响，并分析实验结果。通过仿真实验，不仅清楚地显示了电路特性及工作过程，而且通过对电路工作状态改变的结果，进行分析探索和思考，从而深入地启发了学生的思维和想象力，拓宽了学生的知识面，增强了学生学习的主动性，提高了教学质量。
笔者的体会是，用软件来对实验系统进行仿真有以下几个优点：(1)实验成本低，且实验设备的选择余地大。(2)实验参数选择、调整方便、快捷，易于实现较为复杂的实验过程。(3)实验所需时间较少，实验效率高。(4)不必担心损坏实验设备，能轻松的进行边缘情况的实验。(5)便于记录和分析实验过程和实验结果。
三、结束语
实验教学的改革方向应该是重视能力的培养，在实验过程中培养开发学生潜在能力和创造、思考能力。然而，学生能力的培养不是一朝一夕能完成的，它应贯穿在各门课程学习的全过程中。如何加强实践环节，使学生能系统地、广泛地在实验理论、基本技能和分析、解决问题的独立工作能力等方面，得到切实的培养和训练，仍然是当前实验教学改革中一个十分重要的研究课题。对此。应继续深入进行有关的实验教学研究，使实验教学工作更完善，使所培养的学生更能适应社会科学技术快速发展的需要。
(责编 黎原)