浅谈电工电子实验教学中的现代教学手段

浅谈电工电子实验教学中的现代教学手段（张珣，曾毓，杭州电子工业学院电工电子教学实验示范中心，310037）摘要本文通过对电工电子基础实验教学中的现代化教学手段加以分析和总结，提出了电工电子实验教学中的计算机网络建设、课件建设以及电教手段综合应用的方法，旨在充分调动学生积极性，提高教学效果和教学质量，提高实验室利用率，对各学校的实验教学改革有一定的参考意义。[关键词]现代教学手段，网络教学，多媒体，综合应用一、前言杭州电子工业学院是以电子信息为特色的高等院校。在电工电子实验教学方面，拥有较强的师资力量，20多年来积累了相当丰富的办学经验，逐渐形成了自己的办学特色，并在实验室软硬件建设上具有较强的储备。学院以提高学生的综合素质和创新能力为目标，对电子信息类专业的技术基础课程不断进行系统的改革。经过几年的努力和整合，建立了一套较为符合教学规律的能适应21世纪初教学需要的电子信息类专业技术基础课程新体系，走出了一条有利于发展学生个性、启迪学生创新精神的实验教学的新路子。建院以来，学校一直对电工电子的教学改革非常重视，实验中心承担了全校工科专业电基础实验教学任务，同时积极推进CAD、CAI的研究与应用，拨巨资进行实验室的扩建和实验设备的更新，鼓励自制实验设备、举办培训学习班，积极与其它高校的开展交流、调研、跟踪学习等活动，扩大学校的影响，在2001年经浙江省教育厅批准，改建成为浙江省电工电子基础教育实验示范中心。在电工电子教学改革过程中，实验室建设一直以来都是一个非常重要的方面，对于提高学生的整体素质，强化学生的实践能力具有特别重要的意义。实验课程体系，按电气、电子、信息、计算机等构成组织实验教学，将电子信息类各专业的技术基础课程（电工、电路、模拟、通信电路、数字、EDA等）从整体上优化，使能力培养落到实处，加强实验教学的联系与配合。体现“大电工”构想，拓宽学科基础。各电子信息类专业按教学计划进行课程的理论教学和实验教学，理论教学与实验教学之间以及技术基础课程之间密切联系，相互配合。为了强化上述目标，就需要提供充足的实验场地和设备，满足学生独立进行实验的需要。然而，随着招生规模不断扩大，在实验室场地和设备以及资金有限的前提下，传统的实验教学手段日益暴露出不足。二、传统实验课教学优缺点按照实验课的基本要求，通过对工科实验进行总结，其实验课教学一般流程是：1、预习，学生在课前预习实验要点及实验内容。2、讲解，教师在课内前15分钟简单讲解实验所用仪器及实验内容。3、演示，教师在课内为学生演示一遍实验过程。4、实验，学生通过理解实验要点及实验步骤，完成实验。5、报告，学生完成实验后，根据实验结果完成实验报告并提交给教师。这样的过程往往会带来一系列问题，主要有：1、学生预习实验一般只根据实验指导书预习，感性认识不深，效果较差。2、教师课内讲解，板书加上现场演示，学生对实验内容认识较深，学习效果较好。不过课内讲解、演示需要占用有限的实验时间，教师演示效果也受实验场地大小影响。3、以班级为教学单位，学生在规定时间内完成规定的实验内容，教学形式单一，内容固定，难以提高学生的学习积极性和主动性。如何通过引进现代化的教学手段，克服上述弊端，提高实验效率和实验设施的利用率，就成为一个迫切需要解决的问题。三、常见的现代实验教学手段随着计算机技术的发展，计算机价格越来越便宜，充分利用计算机及计算机网络来强化实验教学的时机已经成熟，其中常见的手段有1、多媒体技术。1〉通过数码相机将实验仪器、实验箱拍摄成静态图像并保存为计算机中的BMP或JPEG格式的图像文件。使用软件：数码相机附带的图像编辑软件、PHOTOSHOP等。2〉利用摄像机将实验教师的课堂讲解和实验演示记录为动态视频并保存为计算机中的MPEG媒体文件。再使用real流媒体压缩软件或MPEG－4压缩软件将动态视频压缩为RM或AVI格式的视频文件。3〉使用POWERPOINT、AUTHORWARE、DIRECTOR、FLASH等多媒体制作软件将前两步得到的图像、视频资源制作为实验教学演示课件。2、网络技术。1〉站点主页。通过使用FRONTPAGE或DREAMWEAVER等主页制作软件，设计并实现一个可访问的互联网站点。通过在网页中插入VBScript、JavaScript、ASP等脚本语言，可带有多媒体播放和课件演示功能的交互性网页，由此可提供给学生实验预习、观看教学演示、资料下载、成绩查询等操作。2〉BBS社区。通过使用ASP、PERL或PHP等脚本语言建立BBS（电子留言板）社区，由此提供给实验教师和学生网上交流的方便途径。学生可以在此向教师提出相关的学习问题，教师则在此答疑解惑，并且发布相关信息。3、虚拟现实。1〉使用虚拟仪器。专业的实验设备一般都比较昂贵，随着计算机软件及接口技术的进步和计算机价格的滑落，现在已出现利用计算机来完全或部分模拟实验设备的情况。相对于传统的实验仪器，虚拟仪器具有更低的价格和强大的数据处理能力这两个优点。例如常见的50MHz数字示波器，其价格一般在两、三万人民币以上，而具有相似功能的虚拟示波器其价格只要一万左右；而且虚拟示波器还可以方便地将显示图形或数据保存下来，这对于实验分析是非常有用的功能。2〉建立虚拟实验环境。通过安装合理的实验传感器和编写功能完善的实验模拟软件，我们就可以建立一个虚拟的实验环境。实验操作者在进行实验时所用的仪器除了要接触测试点的探针、探头和传感器是实物外，其他仪器都可有计算机软件虚拟而成。例如虚拟电压表，其显示电压由探头经电压传感器转换为数字信息传送到计算机中后再由模拟软件显示为电压读数或电压表指针刻度，学生只需操作两根表笔接触测试点，在计算机的显示屏上即可读出结果。通过编写更为完善的实验环境（软件），学生还可以直接在该虚拟实验环境中完成实验报告，并通过网络提交报告给教师，而教师可在该虚拟环境中即时批改报告，从而大大地提高了工作效率。四、基于网络的实验教学手段的综合应用1、实验室网络建设在各个学校，校园网已经非常普及。考虑到实验中心的教学和管理的需要，通过建设千兆以太网来满足远程辅导、实验录像点播和网络选课的要求。中心局域网在通过网关与校园网连接。下面是参考的网络方案：2、基于网络的实验教学管理。随着“学分制”的推行，和实验开放性的不断增强，传统的实验课教学模式已经不能适应新的教学要求。因此，实验室开始采用新的管理模式，开放绝大部分实验题目，打破传统的“班级”概念，让学生根据自己的时间安排，结合自己的专业方向和兴趣爱好，预约实验题目。但是，这也给实验教学管理带来一些新的问题：如何让学生自由的选择实验课程，并且保证实验设备的合理使用以及指导教师的人员安排，这是摆在实验教学管理者面前的首要问题。为了解决这一问题，保证实验教学有序的进行，使用一种灵活高效的信息管理系统成为解决问题的一种必然手段。我们根据开放性实验室的管理特点和实际情况，结合学分制教学管理思想，设计研发了电工电子实验中心管理平台。该平台通过使用网络技术和多媒体技术建构，包含实验信息发布、实验开放时间安排、实验时间查询、预约实验、实验成绩查询、BBS社区、实验预习和讲义下载共七个部分。其中，实验信息的发布和实验开放时间的安排只能由实验教师和系统管理员完成。学生在该平台下的操作步骤如下：1〉通过互联网访问实验中心站点主页，第一次访问时注册为实验中心学员。2〉注册成功后，登录到学员信息页面。3〉在学员信息页面，选择预约实验页面，然后在可选的实验题目列表中选择要预约的实验，最后选择实验时间即完成了实验预约。4〉在学员信息页面，选择实验时间查询页面，然后在查询栏中选择实验题目和查询时间范围，即可查询到该实验在所选时间段内的开课时间、开课实验室及指导教师等信息。5〉在学员信息页面，选择实验成绩查询页面，在该页面中将显示该学员所完成的实验题目和所得实验分数。6〉在学员信息页面，选择BBS社区则可以进入实验课相关论坛，在论坛中学员可以进行发贴、回贴等操作，同指导教师进行课外交流。7〉想要预习实验时，学员可以进入实验预习页面，通过选择相应的实验题目，浏览实验预习讲义或在线观看实验演示录像达到实验预习效果。3、多种现代化手段综合运用的课堂教学。通过在实验室配置一台计算机和投影仪，实验教师在进行课堂教学时就不用口头讲解实验内容和进行实验演示了。教师可以有选择的播放实验讲义和实验演示，并在关键的地方重复演示实验步骤，这对于某些操作繁杂的实验演示是非常方便的。学生在做实验时如忘记了实验内容，还可再次观看实验演示，这样即减少了教师的重复劳动，又加深了学生对实验内容的理解。对某些测试记录性实验，通过配置虚拟仪器，学生可轻松完成数据记录、分析、比较和打点连线等操作。五、结束语采用多媒体化和网络化的现代实验教学方法，相对于传统实验教学方法，具有教学形式多样、实验开放时间灵活、信息发布及时、远程化教育、学生积极性高、学习主动性强等特点。在实验的三个层次训练过程中，通过多种手段的综合运用，使学生逐步学会上网查询、仪器使用、查找资料、使用仪器手册、实验调试、实验数据处理、计算机应用、综合设计、创新设计等。与此同时，还可以充分鼓励师生使用计算机辅助教学实验，包括编制实验教学课件、实验软件工具，以及硬件实验的软件化和智能化等。利用CAI的新手段、新工具，以及电路设计与仿真软件等，将计算机引入各门实验教学过程。总之，在计算机技术逐步普及今天，探讨如何以计算机网络为核心的多种教学手段综合应用，必将是现代实验教学改革发展的一个重要课题。