以创新实践能力提升为导向的电路综合实验教学体系改革

以创新实践能力提升为导向的电路综合实验
教学体系改革
李曙光
(东北电力大学 吉林省吉林市 132012)
摘
要： 电路综合实验是电路基础课程的实践环节，对培养学生创新实践能力起着重要的作用，有助于学生
对理论知识的加深理解和拓展知识面。

目前，电路综合实验存在教学资源单一、实验内容无梯度等问题，无法满足学生需求。

为解决此类问题，利用多元化的教学工具和平台，通过网络、信息化的方法，建立“上下分层—虚实结合—综合拓展—多元评价”的电路综合实验教学体系，增加虚拟仿真与实操结合的综合设计型实验，采用线上线下互动探讨，提升学生内在学习动力，增强创新实践能力。

关键词： 创新实践能力 电路综合实验 多元化 综合设计中图分类号： G64
文献标识码： A
文章编号： 1672-3791(2023)10-0180-04
Reform of the Teaching System of Circuit Comprehensive Experiment Oriented by the Improvement of Innovative
Practical Ability
LI Shuguang
(Northeast Electric Power University, Jilin City, Jilin Province, 132012 China)
Abstract: Circuit Comprehensive Experiment is the practical part of the basic course of circuit, which plays an im‐portant role in cultivating students' innovative practical ability, and helps students to deepen their understanding of theoretical knowledge and expand their knowledge. At present, there are problems such as single teaching resources and gradient-free experimental content in Circuit Comprehensive Experiment, which cannot meet the needs of students. In order to solve such problems, using diversified teaching tools and platforms, a teaching system of Circuit Comprehensive Experiment of "upper-lower stratification—virtual-real combination—comprehensive expansion—multi-evaluation" is established through network and informatization methods, the comprehensive design-oriented experiment combining virtual simulation and practical operation is increased, and the online and offline interactive discussion is adopted to enhance students' intrinsic learning motivation and enhance innovative practice ability.Key Words: Innovative practice ability; Circuit comprehensive experiment; Diversification; Comprehensive design
大学生创新实践能力的培养是本科教学的热点问题，特别是新工科背景下的本科教学更注重创新思维、实践能力的培养，通过课程实践环节，培养学生运用理
论分析、解决工程问题的能力。

实验教学在培养学生
创新实践能力方面起到重要的作用，有助于学生加深对理论知识的理解，
拓展知识面，有助于培养和提升学生的工程思维、创新思维[1]。

“电路综合实验”是电路基础课程的实践环节，是
DOI： 10.16661/ki.1672-3791.2209-5042-7321
基金项目： 2021年度东北电力大学教学改革研究课题（项目编号：JX2120）。

作者简介： 李曙光（1989—），男，硕士，实验师，研究方向为电路综合实验。

对电路概念、原理、定理的验证与应用。

通过该课程，学生可以认识电路的基本元器件，掌握常用交直流测量仪器的使用方法，熟悉电路定理验证、电路参数测量等方面的知识，为以后电气相关课程学习、课程设计、毕业设计奠定实践基础。

东北电力大学“电路综合实验”课程面向全校电类专业单独开设，共24学时，每年约有近630名学生进行实验，2016年实验室进行扩建，引入示波表和电能质量分析仪等高端测量设备，实验室硬件条件有了很大的改善，但实验内容仍延续传统的教学模式，并没有与教学需求进行深层次融合，实验教学水平与质量并没有有效提升[2]。

目前，在电路实验过程中存在的主要问题有以下几个方面。

（1）实验内容单一，层次不分明，不能满足学生需求。

在引入新设备后仍采用传统教学内容，实验项目以验证型实验为主，设计型实验项目不足，缺少综合设计型实验，无法针对学生接受能力开展实验项目。

（2）对学生的积极性、主动性调动还有所欠缺。

实验教学采用讲解—演示—实操的传统教学模式，缺少对学生的实践创新能力、自主学习能力的培养。

（3）数字化教学资源、信息化教学手段少。

对于实验台介绍、实验仪器使用等资源还沿用传统的讲授方法，学生不能提前预习、回顾相关内容。

为此，针对“电路综合实验”教学中存在的问题，以不增加实验学时前提，以电路思维、工程思维、创新思维培养为切入点，以培养学生基础实践能力、工程实践能力和创新实践能力为目标[3]，结合现代信息技术对电路综合实验教学内容和教学方法进行改革，充分考虑工程认证的理念，以学生为中心，以产出为目标，以满足学生不同的学习需求，提升学生的创新实践能力，以期为专业基础课程实验教学改革与创新提供一种思路[4-6]。

1 电路综合实验改革路线
针对电路综合实验教学中教学资源单一、实验内容无梯度等问题，利用多元化的教学工具和平台，通过网络、信息化的方法，建立起“上下分层—虚实结合—综合拓展—多元评价”的电路综合实验新型教学模式，增加虚拟仿真与实操结合的实验，采用线上线下互动探讨形式，提升学生主动学习的内在动力，提升创新实践能力。

深层次挖掘实验创新潜力，线上线下融合教学，注重学生实践过程，设立多元评价方法，以创新实践能力提升为目标，将实验所涉及知识点分解成模块式资源，根据实验难易程度、理论关联程度、实验综合程度进行实验类型分层设计，构建基于多种教学手段融合的电路综合实验教学体系[7]。

教学改革模式如图1所示。

在教师层面，“电路综合实验”的主要工作在于实验准备、过程指导、总结提升。

在实验准备阶段主要是
教师层面
学生层面
图1 教学模式改革示意图
针对现有实验资源的整理，增加学习通、雨课堂的实验资源建设，将实验安全、实验理论知识讲解、实验仪器使用等资源发布到学习通上，供学生学习。

增设阶段性测验重点考查学生对于仪器使用及安全注意事项的理解。

在过程指导阶段，课堂教学中引入雨课堂，考查学生对预习内容的理解和对理论知识的掌握程度；重点考核学生参与实验的过程，以及对于出现问题的理解和处理能力。

在总结提升阶段，依据学生参与实验过程中存在的问题进行分析，对实验项目进行优化设计，增补电路综合实验知识库。

在学生层面，学生在传统的实验预习、实验过程、实验结果这3个环节不变的基础上，开放设计综合设计型实验项目；增添实际生活问题，让学生用理论知识解释。

在预习上主要是以学习通学习为主，包含实验室安全事项、仪器使用与实验设计理论知识等预习内容，增加部分实验内容实验仿真，完成预习报告内容。

在实验过程中以虚实结合、创新驱动、主动实践的主线，采用线上线下相结合的方法，融合雨课堂和学习通的优势，构建全过程的实验学习路线，以问题引领，构建以电路思维、创新思维分析问题的方法。

2 电路综合实验项目改革
2.1 分层设计
优化现有的验证性实验项目，将实验项目细化为演示型实验、验证型实验、设计型实验、综合型实验，设计递进式实验教学任务，整合实验资源，设计综合性实验项目，满足不同学生创新需求。

在实验项目中增加演示型实验，主要是针对电路基本元器件的认知和测量仪器的使用方法。

2.2 因材施教
原有验证型实验的基础上开发设计型实验，以等效电源定理的验证为例，学生可根据自己的学习情况，选择以实验室电路进行实验，或自行设计电路验证等效电源定理。

2.3 学科融合
将高等数学、数字电子技术、单片机技术融合，开设综合设计型实验，以直流电流源、直流恒压源、低通滤波器、RLC参数测量、单相电能质量测量为设计对象，通过理论分析、仿真验证、实物设计等方式呈现实验结果。

改革后的实验项目如图2所示。

在交流实验部分，引入交流多参数测量设计，包含无功功率、有功能量、视在能量、无功能量等，加深对交流基本参数的理解。

对于交流实验部分，在保证原有实验项目基础上，引入交流设计型实验，鼓励学生引入新的测量方法。

针对电气类专业学生，鼓励学生用简单实验（RLC动态过程、交流参数测定、功率因数提高、三相电路参数测量等）来简化模拟实际复杂工程问题，
实验项目
验证型实验
设计型实验
综合型实验
基尔霍夫定理、特勒根定理的
验证
三相电路电压、电流的测量
叠加定理的验证
直流元器件的认识及仪器使用方法
演示型实验
等效电源定理的验证（可自行设计电路）
交流参数的测定（可自行设计电路验证）
功率因数的提高（增加参数）
串联谐振谐振电路的特性研究
低通滤波器的设计
三相电路功率测量
直流稳压电源设计
单相电能质量参数测试
RLC参数测试
一阶电路暂态过程的研究
二阶电路的响应与状态轨迹
图2 电路综合实验项目
以此拓宽学生的思维和专业知识。

在动态电路实验部分，增设直流法测量RLC参数实验，在传统的参数已知，观察动态过程的基础上，采用逆向思维[8]，通过观察分析实验现象，以理论推导计算“黑箱”的元件参数。

设计理论知识包括RLC动态过程、二端口网络、拉普拉斯变换等，学生可根据对不同内容的理解，选取合适的方法进行设计。

3 电路综合实验评价方法
注重学生的个性化、差异化，不再单纯地以实验报告作为评价标准，融合线上线下的评价特点，增加实验过程的成绩比重，形成有梯度的评价体系。

成绩组成如图3所示，平时成绩由学习通成绩和雨课堂成绩组成，其中学习通成绩包含对预习情况、阶段测验的成绩。

实验过程成绩主要由实际操作和实验报告组成。

设计型实验评价主要包含设计型实验完成情况，综合设计型实验的结果展示；重点考查学生对所遇问题的理解与解决方法，以及展示所运用的技术手段。

4 结语
针对电路综合实验教学中存在的实验内容形式单一、缺少对学生的实践创新能力、自主学习能力的培养、数字化教学资源、信息化教学手段少等问题，提出以培养学生创新实践能力为导向，结合现代信息技术的电路综合实验教学体系改革，建立“上下分层—虚实结合—综合拓展—多元评价”的电路综合实验新型教学模式，增加虚拟仿真与实操结合的实验，采用线上线下互动探讨，制定注重过程、梯度考核、多元评测的电路综合实验评价体系。

通过教学体系改革，落实以学生为中心，以产出为目标的工程理念，逐步提升大学生在实践过程中的参与度与获得感。

参考文献
[1]张燕军,徐勇,张超,等.创新实践驱动的大学生综合
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[2]刘东梅,原桂彬,王晓媛,等.以学生为中心的电路实验
内涵建设与实践[J].实验室科学,2020,23(2):161-163.
[3]张其亮,陈永生，杜晓明.基于混合思维能力培养的
计算机类实践教学改革与实施[J].实验技术与管理, 2021,38(6):203-207,216.
[4]曾文军.基于云服务的虚实结合实验平台设计与实
现[D].大连:大连理工大学,2018.
[5]李新国.线上线下结合的“电路实验”教学模式改革
[J].电气电子教学学报,2021,43(3):175-178.
[6]冯涛,杨旭,崔家瑞,等.电路实验远程在线教学模式
探索[J].实验室研究与探索,2022,41(5):179-187,206.
[7]吴屏,杨静,姜倩倩,等.虚实结合的电路实验教学建
设与实践[J].电气电子教学学报,2021,43(2):148-152.
[8]印月,周群.基于故障电路的“逆向”思维实验教学
模式[J].实验科学与技术,2020,18(3):95-99.
图3 电路综合实验成绩评价组成。