电工电子实践课程教学的必要性

电工电子实践课程

作为教育部“国家电工电子基础课程教学基地”的重要组成部分，东南大学电工电子实验中心于1997年在浦口校区成立，成为东南大学电工电子大平台的实践教学基地，承担全校电类学科技术基础课程的实践教学的工作。电工电子实践课程是电工电子实验中心开展实践教学和教学改革的主要平台。

一、电工电子实践教学的必要性

过去很长一段时间，高等学校对学生的培养主要放在知识的传授上，现在大家都认识到，应对学生进行知识、能力、素质的全面培养，为此应该突破传统教学计划的框框，注意对学生进行课内、课外的综合能力培养。知识的传授通常以课堂教学为主，但能力和素质的培养绝不是仅靠增加几门课程就能做到的，应在课内、课外的总体活动中营造一种环境，形成一种氛围，使学生从中得到锻炼和提高。这种教育的过程实际上也就是培养学生终身学习方式的过程，因此构造良好的环境和氛围是十分重要的。电工电子实践教学为本科学生实践能力的培养提供了一个良好的环境。电工电子实践课程已成为工科电类学生不可缺少的必修课，通过这些课程的学习，学生更好地将理论知识与实践能力相结合，提高了实践动手能力与创新思维能力。

二、电工电子实践课程的改革

根据东南大学电工电子大平台建设整体规划对实践教学综合性、多样性、层次性的要求，需要建立一个全新的实践教学体系。

实践教学的综合性、多样性存在于整个大学学习过程中，包括各种课程的实验、综合课程设计、生产实习、毕业设计、社会调查、各类设计竞赛、科研实践、创新活动等环节。它的层次性体现于从低年级到高年级循序渐进，从认识性实践开始，到验证性、设计性、综合设计性实践及创新性实践。这就需要按照学生学习过程中的认识规律和实践教学自身的客观规律加以系统安排，形成一个全新的实践教学体系，以使学生的知识、能力和素质得到全面发展。

电工电子实验中心开设了由“电工电子实践初步”、“电路与数字逻辑系统实践”、“电子线路实践”和“综合电子设计实践”等多个教学单元构成的实践课程。各教学单元之间相互衔接、逐层深入，最后以综合性电子系统设计对该课程的内容进行系统集成与综合实践训练。实践课的教学计划及实验内容与相应的理论课程紧密结合、互相补充，同时又保持实践课程自身的特色、要求和独立性。实践课程的各个教学单元的内容均包括三个层次:基本部分、拓宽部分和提高部分。实验类型由过去的以验证型为主改革为以设计型、综合型为主。这些均有利于在培养基本能力的前提下因材施教，发展个性，培养创新意识和创新能力。课程的设置将从原来先电路再模电后数电的顺序整合为电路与数电在前、电子线路在后，以便学生较早地接触计算机辅助设计与模拟试验，为学生进行计算机相关理论和实践课程的学习打下基础。

为适应科学技术特别是信息技术的发展、适应电子系统日益复杂化的趋势，不仅课堂教学内容需要更新，实践和设计手段也要日益现代化。在培养学生实践动手能力的概念方面也发生了深刻的变化，过去那种以人工设计、焊接、安装、利用示波器等测试仪器进行调试为主的实践动手能力的培养已不能适应设计电子系统的要求，一个复杂的电子系统应该在EDA平台上进行设计、模拟，然后下载或流片，最后在实际条件下进行测试。因此，进行各种层次的EDA实验是当前电类学科实践教学和创新能力培养的必要条件。在电工电子实践课程群所覆盖的各个层次的实践环节中，EDA贯穿其中。对于二年级学生，要求初步掌握EDA基础，利用PSPICE、PROTEL、Maxplus II、Synario、Electronics workbench、Multisim完成离散元件电子系统的EDA，使学生掌握从电原理图到电路模拟，到PCB布图的完整设计过程。同时作为开放实验室，让学生进行虚拟实验。由于虚拟实验无器材供应和损坏的问题，所以受到学生和实验室的欢迎，可以放手让学生设计各种方案，有利于创新能力的培养。

三、树立“以学生自主实践为本”的实践教学观念

实践教学要摆脱简单的知识传授、验证理论课程内容的传统模式，以引导学生自主学习，培养学生综合运用知识、系统设计和实践创新能力为目的，开展实践课程体系、教学模式、教学内容、教学方法、教学条件、教学管理、教学考核等方面的教改工作，为学生的实践和创新创造良好的外部环境。

四、课程改革的基本思路

课程的改革从以下几个方面着手:

1.采取多元化教学方法。

在实验方法上采取实物实验、计算机软件设计和模拟、虚拟仪器等多种实验手段，使学生既掌握基本的实验方法，也充分了解当前科学技术的发展，掌握最新技术的应用。应用计算机、多媒体课件和网络资源等多种教学辅助手段，针对不同层面的学生展开多层次的实践教学，构建以开放式自主实验为主的多元化教学模式，培养学生知识综合应用、系统设计、工程实践和创新实践等多方面能力。

2.建立完善网络信息化教学平台。

为了给学生的开放式自主实践提供丰富的教学资源，便于学生了解实验的要求、进行实验预习、自主寻求解决实验中出现的问题，逐步建立了包含实验教材、网络课件、电子教案、仪器使用手册、元器件数据手册、设计资料、教学案例录像、电子产品生产工艺录像的网络平台，将网络化教学平台作为学生自主学习实践的舞台，打破了传统实践教学在时间和空间上的限制，学生可以在任何时间、任何地点，通过网络进行自主学习、交流讨论。

3.开展多层次的实验教学。

开展多层次的实验教学，根据实验教学要求和内容的难易程度以及循序渐进的教学规律，由易及难，分别开设了“演示性”、“验证性”、“设计性、综合性”和“创新研究性”实验，充分挖掘学生的综合运用能力和创新能力。

在综合设计型实践教学中实施因材施教，引导学生发挥个性，培养学生的创新意识和创新思想，发现创新人才和培养创新能力。让学生自主选题、自行制定实验的功能指标，自行设计、分析、实现，并制定测试和演示方案，教师仅仅进行适当的引导和发挥顾问作用。在课程实践中充分发挥学生的创造性、想象力和主观能动性，培养学生的知识应用能力、信息获取和选择能力、创新能力、动手实践能力，培养出一大批优秀学生。

4.建立适应开放式实验教学的质量保障体系。

建立了一套完善的管理制度和制度执行的监督体系，对实验过程进行管理、监控和考核，确保学生的学习效果，杜绝投机取巧现象发生。对教师，实行教学督导，开展授课竞赛，举办培训班，不断提高教师水平；对设备，加强管理，确保完好；对学生，一方面加大开放程度，让学生自由选择实验时间，对实验内容也有一定的选择自由，但是，教师在实验验收和实验考核时是严格的，以保证实验教学的质量。

在实验教学中，通过开放式自主实验中的“入室教育”、“阶段交流”、“预习抽查”、“实验验收”等环节，以及“期中检查”、“期末考试”、“实验设计竞赛”，全面考核学生在平时实验中的实验态度、实验能力、实验学时、自选实验状况。

比如，在期末实验考试中考查学生在方案设计、设计仿真、电路搭试、调试实现、仪器设备使用、数据测试方法、数据处理、实验结果分析等方面的能力表现，在实验设计竞赛中考查学生在实验设计的完整性、规范性、创造性和创造中的熟练程度等多方面的能力，对学生进行综合的评价和考核。

5.建立覆盖实验教学全面工作的实验教学综合管理系统。

兼顾开放式自主实验和传统教学管理模式，运用科学的管理思想，以局域网为平台，建立了集资源管理、事务管理、网络管理、数据管理、教务管理、实验室与仪器管理、实验过程管理、学生实验技能考核、学生成绩管理、教师教学考核等诸多模块为一体的一套完整的实验室综合管理和教学质量监控体系，实现以实验室为核心的全方位管理，充分发挥了实践教学软硬件资源的效益，让更多的学生享受教学改革成果，并在国内高校中起到了辐射和示范作用。

五、实践课程建设和改革的成果

1.建立电工电子实践课程体系。

从本科生电工电子实践教学和创新教学的需求出发，形成了一系列实践教学单元。教学单元突出体现对学生理论知识的综合运用、基本实验理论和实验方法、系统设计能力、工程实践能力的培养。重在以实践技能的提高和创新能力的培养为目标，而不局限于理论课程教学内容的验证，使实践教学与理论教学相辅相成，又自成体系，具有相对的独立性。在教学实施过程中，不断建设、更新、完善和改革各教学单元的内容，逐步将计算机技术、EDA技术、在系统编程技术、单片机应用技术等电子领域的新知识、新技术融入电工电子的实践教学中，培养学生的知识综合应用能力、系统设计能力和工程实践技能，以适应时代发展的需要。

在电工电子实践课程中建设了以下一些教学单元:

常用电子仪器使用、电子元器件识别与测试

三相交流电与安全用电

实验理论与实验方法

数据处理与误差分析

电子电路设计与仿真

电子电路设计与制作

电子电路的安装与调试

在系统编程技术应用

电路基础实验

数字逻辑设计实践

电子线路实践

综合电子系统设计

实践课程注重与理论课程的衔接、呼应，保持实践课程自身的体系与特色。在课程群的建设过程中逐渐完善了教学管理体系，制定了各种教学管理和教学指导文件:课程的教学大纲、课程的考试大纲、课程的进度安排、课程的实验要求及实验指导书、课程的实验考核要求。为了保证课程教学活动能够顺利开展，建立了长期的师资培训和教学管理制度:教师集体备课制度、教师培训制度、教师听课制度、学生成绩评定规范、教师检查考核办法。

2.建设立体化教材和网络化教学平台。

在电工电子实践课程体系的建设中，先后编写出版了以下教材:

《电工电子实践初步》

《电路与数字逻辑设计实践》

《电子线路实践》

《电子系统综合设计与实践》

根据开放式实践教学的需要，设计制作完成了一系列多媒体课件:

《电工电子实践初步》

《电路与数字逻辑设计实践》

《电子线路实践》

《电子电路设计制板》

《电子电路设计与仿真》

建立了网络化教学平台，利用网络这一现代教学手段，打破传统实践教学在时间和空间上的限制，学生可以在任何时间、任何地点，通过网络进行自主学习、交流讨论:

在网络化教学平台上向学生公布实践教学要求、计划和考核要求；

向学生提供网络课件、电子教案、电子书籍、电子手册、应用资料、设备使用手册、网络链接等网络教学资源；

在网络交互平台上，实时发布课程疑难问题、学生意见反馈，开展专题讨论和网络释疑、教学情况调查等教学辅助工作；

在网络平台上完成考试、成绩查询、统计等教学管理工作。

3.实现开放式实验教学。

从1999年开始开放式实验教学试点，逐步建立了针对开放式实验教学的教学环境，制定了开放实验教师守则、学生守则、考核办法和实验室管理制度，建立了完整的教学质量监控保证体系。

从2003年3月起，面向全校本科生的电工电子实践课程教学实施全面的开放式实验教学模式。学生可以通过网络自由地预约实验时间，可以在完成基本要求的前提下自由地选择实验内容，这就为学生提供了自主学习和创新的条件。

（1）对刚进实验室的学生，采取教师现场授课和指导实验的模式，以便学生理解教学内容和要求、熟悉了解仪器设备，迅速引导学生入门，也便于教师了解学生的学习状况。

（2）学生掌握了实验的基础知识后，进行开放式自主实验，有利于引导、培养学生自己获取知识的能力；在实验时采用全天开放实验，学生自主实验，有利于学生充分发挥主观能动性和创造性；同时建立严格的质量监控保证体系和考核制度，确保学生的学习效果。

（3）在课程设计、综合系统设计和课外创新活动中，引导学生发挥个性，自主选题，自行制定实验的功能和性能指标，并分析、设计、实现，制定测试和演示方案，教师仅仅进行引导。培养学生的知识应用能力、信息获取和选择能力、动手实践能力、创新能力，培养出一大批优秀学生。通过实验设计竞赛、综合电子系统设计、科研训练项目、电子设计竞赛等学生科学实践和训练活动，着重培养学生团队合作精神和科学研究、写作演讲、交际沟通能力。

开放式实验使学生逐渐克服了依赖老师的心理，培养他们自主发现问题、解决问题的良好学习习惯，学生动手能力得到了很大提高，开放式实验得到了学生的认同和欢迎。开放式实验使学生可以自主地安排实验，学生有了自由发挥和进行创新实践的时间和空间，缓解了长期以来按建制班难以安排实验时间的矛盾。

（4）营造综合性实践教学的硬件环境。打破传统按理论课程建实验室的习惯，根据电工电子实践教学和工程训练的要求，建成了跨课程、多层次、多功能的系统化综合性实验室，学生在综合性实验室里可以进行不同层次的实验、综合系统设计，以及电子电路制作、调试、测试等工程训练，为学生提供创新实践的场所和软硬件环境；学生通过在实验室的各项实践活动，了解电子系统或产品的技术动态、技术水平的知识，得到电子系统设计、开发、生产工艺过程等工程训练。

（5）开展系列化的课外创新活动。学生的实践活动不能仅仅局限于教学计划内。作为电工电子实践课程和优秀生培养计划的一个组成部分，开展形式灵活多样、面向不同年级学生、连续不间断的创新实践，如实验设计竞赛、趣味项目设计、项目设计方案宣讲、学生创新成果展示、学生创意竞赛、科技创新项目、学生科学训练项目（SRPT）、电子设计竞赛等系列化制度化的创新实践活动。从诱导学生的创新意识出发，使学生从逐渐参与创新到勇于创新。在各项活动中以学生为主体，充分发挥学生的创造性、想象力和主观能动性，培养学生的知识应用能力、信息获取和选择能力、实践能力，在实践中逐步培养学生的创新精神和创新能力。

（6）不断改革实验形式和教学模式。在实验室进行多层次的实验体系改革，提高更新演示验证型实验，大量开设综合设计型实验，开展创新研究型实验尝试。采取多样性的教学模式，理论教学与实践教学相结合，教师指导与学生自主学习相结合，学生创新与科学研究相结合，课堂教学与课外创新实践活动相结合。

（7）因材施教，培养创新能力。在实践教学中实施因材施教，诱导和培养学生发挥个性，培养创新意识和创新能力，发现和培养创新人才。在综合设计实验中，让学生自主选题、自行制定电子系统的功能指标，自行设计、分析、实现，并制定测试和演示方案，教师仅进行适当的引导和指导。在实践中充分发挥学生的创造性、想象力和主观能动性，培养学生的知识应用能力、信息获取和选择能力、创新能力、实践能力。学生在实践课程中形成的综合创新实践能力在学校创新活动、全国大学生电子设计竞赛和挑战杯大赛中得到了很好印证，成绩明显提高。

（8）课程建设获得多项奖励。

首批进入国家级实验教学示范中心　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2005

国家教学成果二等奖　　　　　　　　　　教育部，2005，胡仁杰、徐莹隽、王凤华、赵扬、常春

国家教学成果二等奖　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　教育部，2005，胡仁杰（第三）

国家级教学成果二等奖　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　教育部，2001，黄正瑾

国家科技进步二等奖　　　　　　　　　　　　　　　　中国高校科技奖励委员会，2001，黄正瑾

教育部科学技术奖教材二等奖　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　教育部，2001，黄正瑾

宝钢教育奖优秀教师奖　　　　　　　　　　　　　　　　　　　宝钢教育基金会，2006，胡仁杰

宝钢教育奖优秀教师特等奖　　　　　　　　　　　　　　　　　宝钢教育基金会，2000，黄正瑾

全国大学生电子设计竞赛优秀组织奖　　　教育部全国大学生电子设计竞赛组委会，2001，黄正瑾

全国大学生电子设计竞赛优秀组织奖　　　教育部全国大学生电子设计竞赛组委会，2004，胡仁杰

江苏省高等教学教学成果一等奖　　　　　　　　　　　　　　　　江苏省教育厅，2001，黄正瑾

江苏省高等教学教学成果一等奖　　　　　　　　　　　　　　　　 江苏省教育厅，2001，田 良

江苏省高等教学教学成果二等奖　　　　　　　　　　　　　江苏省教育厅，2001，王 尧 李桂安

江苏省电工电子实践优秀课程群　　　　　　　　　　　江苏省教育厅，2003，黄正瑾、胡仁杰等

江苏省高等学校教学名师　　　　　　　　　　　　　　　　　　　江苏省教育厅，2003，黄正瑾

高校实验室管理评优江苏省先进集体　　　　　　　　　　　　　　　　　　江苏省教育厅，1999

高校实验室管理评优江苏省先进工作者　　　　　　　　　　　　　江苏省教育厅，1999，王澄非

松下杯网络课件大奖赛二等奖　　　　　　　　　　　　　　江苏省教育厅，2000，电工电子中心

“自制实验仪器”二等奖　　　　　　　　　　　　　　　　江苏省教育装备中心，2002，徐莹隽

方正奥斯杯多媒体课件大赛二等奖　　　　　　　　　　　　　　江苏省，2002，李桂安 常 春等

方正奥斯杯多媒体课件大赛三等奖　　　　　　　　　　　　　　江苏省，2002，于维顺 王凤华等

另有东南大学校内教学改革、优秀教材、教学成果、网络课件等奖14项。

六、实践课程的教学效果和评价

电工电子实践课程的建设和改革，是“国家级工科基础课程电工电子教学基地”建设项目的重要组成部分。从1998年电工电子实践课程开设以来，每年受益的学生人次数在3 800以上，2001—2003年，受益学生年人次数达到5 600，在教学中发挥了重要作用，成为学生课内外的实践教学、创新实践和工程训练基地。课程教学内容、教学方法及手段的不断改革，教学形式的多样性，实验课程单独设课和独立学分等措施，使教学活动受到同学的普遍欢迎与重视，并取得了较好的教学效果。每年，电工电子实践课程的教学工作量都超过25万人时数。

随着教学内容、教学方法和手段的改革、完善，教学效果也在不断提高。近年来，在教学内容、开放实验教学方式、实验考核方法等方面得到学生的好评。全面开展开放式实验教学后，学生逐渐克服过于依赖老师的心理，自觉发现问题、解决问题；学生自主选择、安排实验，具有了发挥想象力、进行创新实践的时间和空间，学生的自主实验能力得到明显提高，在后续的实验设计竞赛中得到印证，实验质量、实验速度明显好于以往。电工电子实验课程的成绩考核中，优良的比率比以往明显提高，详见下表:

在国家级工科基础课程电工电子教学基地验收中，实践课程在开放式实验教学、立体化教材建设、网络化教学平台、课外创新实践活动以及综合实验环境建设方面所取得的成果，得到教育部专家的充分肯定和高度赞扬。华中、西电、电子科大、东北大学等电工电子教学基地的同行，纷纷专程前来考察。

电工电子实践课程在教学改革、教材建设、教学管理、实验室建设、师资队伍建设等方面取得的一系列成果和经验，通过在全国和地方性的教研会议上的以学术交流、发表教改成果论文、举办专题讲座和研修班等形式，在国内产生很大影响，得到同行的高度赞同，一些改革的成果、经验被采纳，一些多媒体网络课件已经被哈尔滨工程大学、解放军理工大学、珠海大学等20余所大学作为实践教学电子教材或辅助教材，在全国范围内起到了很好的示范辐射作用。

在综合设计型实践教学和系列化的课外创新实践活动中，实施因材施教，引导学生发挥个性，培养学生的创新意识和创新思想，发现创新人才和培养创新能力，培养了一大批优秀学生。学生在实践课程中形成的综合创新实践能力在学校创新活动、全国大学生电子设计竞赛和“挑战杯”大赛中得到了印证，成绩明显提高。

2001—2007年间在全国大学生电子设计竞赛中获得全国一等奖10项，二等奖7项，夺得“索尼杯”1次。

2001—2005年间全国大学生“挑战杯”科技作品竞赛中获得特等奖3项，一等奖、三等奖各1项，夺得“挑战杯”1次。

电工电子实践课程在实践课程体系建设、教学内容、教学模式、教材建设、教学管理等方面的教学改革工作始终走在全国的前列。电工电子实践课程在教学改革、教材建设、教学管理、实验室建设、师资队伍建设等方面取得的一系列成果和经验，得到了同行专家的充分肯定和好评，在实验室管理、实践教学内容改革、实验手段等方面的一些方法和措施已被推广应用到一些相关学校的教学实践中，在国内产生很大影响。