电路实验立体化教材的建设与实践

2013-11-23刘晓文陈桂真

实验技术与管理 2013年12期

刘晓文，薛雪，陈桂真，石超

（中国矿业大学信电学院，江苏徐州 221116）

立体化教材是指依托现代教育技术，以能力培养为目标，以纸质教材为基础，以多媒介、多形态、多用途及多层次的教学资源和多种教学服务为内容的结构性、配套教学出版物的集合。立体化教材能最大限度地满足教师教学需要和学生学习需要，满足教育市场需求，提高教学、学习质量，促进教学方法和教学手段的改革。因此，教材立体化建设已成为目前教材建设的一个新趋势［1］。电路实验是电类学科一门重要的实践性专业课程［2－3］，是培养学生动手能力、独立分析解决问题的能力、创新能力和理论联系实际能力的重要手段之一［4－5］，该课程覆盖了我校全部的工科电类专业，量大面广。近年来中国矿业大学电路课程组立足于现代教育理念和现代信息网络技术平台，深入研讨和挖掘，开发建设了电路实验立体化教材［6］，为全面提升教学质量奠定了基础。

1 立体化教材建设背景

由于电路实验课程量大面广，学生的学习积极性也参差不齐，给实验教学带来了一些问题，主要体现在以下几个方面：

（1）原有的教材（讲义）内容相对比较陈旧，不能满足分层次教学和能力培养等方面的要求，而各个学校采用的实验设备不同，所以也不能采用其他学校的教材，因此迫切需要编写符合本校实际的实验教材。

（2）原来的实验室没有多媒体设备，教师讲解实验内容时一般采用板书，对于实验设备的讲解和实验仪器的操作的讲解不够生动，学生经常感到乏味。利用国家级实验教学示范中心的经费，电路实验室配备了多媒体设备，为改善原来实验室讲解实验模式提供了硬件基础，因此，开发实验的多媒体课件成了一项重要的技术工作。

（3）参考书少，学生对实验预习感到困难。由于实验内容和设备的不同，各个学校的实验教材参考性和通用性差，因此为了满足学生对实验预习的需求，需要开发实验教学网站，用于学生的课前预习。

为了更好地满足我校电路实验的教学需要，在中国矿业大学电路课程组全体教师多年实践经验总结的基础上开发了《电路实验》立体化教材，为学生实验提供立体化、全方位的学习内容，以激发学生的创造力，提高学生学习效率和教师教学水平。立体化教材支持下的课堂教学模式改变了以往单一的学习方式，使拥有多媒体光盘支持的个性化学习、网络课程支持的自主学习、文本教材支持的参与式学习全面发展起来。

2 立体化教材建设与实践内容

2.1 编写实验教材

按照高等学校理工科“电路理论”课程的教学要求，为了更好地满足我校电路实验的教学要求，在中国矿业大学电路教研组全体教师多年实践经验总结的基础上编写了《电路实验》［7］，这本书已由机械工业出版社出版。

整个教材以技术和能力培养为主线，紧密配合理论教学，构建了基本电路实验、计算机仿真实验和综合、设计及创新型实验3个实验模块，实现了实验项目可选、实验内容可选的双选性实验教学［8－10］。

图1 仪器仪表展示图

（1）基本电路实验：主要包括对一些电路经典理论的验证，除此之外，也对一些电路实验方法和实验内容进行了重新设计。通过这些实验，学生可以更好地掌握课堂所学的基本理论知识，同时也对电路基本的实验方法有比较深入的了解［11］。

（2）计算机仿真实验：使学生能直接观察动态电路及频率特性的图形，可以将实验在实验室外进行，学生通过自己的计算机就可以完成实验设计，同时学生也学到一种验证所设计电路的正确方法。

（3）综合、设计及创新型实验：包含了一些与实际密切相关的电路设计，在设置上给学生留有很大的发挥空间，学生可以通过所学知识结合实际的需求设计出很多具有一定实用价值的电路。

该实验教材注重学生对“三基”的学习训练，注重学生综合应用能力和开拓创新能力的培养，精选应用性强、技术含量高、代表性好的实验项目，能循序渐进、举一反三，在有限的实验教学时间内达到较好的教学效果。整个教材突出实用性和先进性，加强了学生实践能力的培养。

2.2 研制实验多媒体课件

在实际教学中，制作了相应的实验教学课件与教材相配套，大大提高了教学效果。课件可以直观地将实验设备的结构、实验仪器的使用方法，以及实验元器件的特征生动地展示给学生，改变了以往的板书实验讲解方式，学生再也不用围着仪器挤在一起来听教师讲解，优化了实验教学环境，使学生看得更清楚、听得更明白，有利于学生更好地掌握实验内容。

实验教学课件很好地完成了实验仪器设备的讲解、元器件的介绍以及仿真软件的展示等，如图1所示。这就大大增加了实验教学的信息量，提升了《电路实验》教材的品质，提高了实验教学质量。

2.3 研发优质共享网络实验教学系统

图2 网络教学系统界面

为了优化教学结构，培养学生学习兴趣，实现多元化、立体化教学，开发研制了电路实验网络教学系统［12］，如图2所示。该网络教学系统内容形象丰富，包括课程大纲、实验内容、实验仪器、实验数据处理、在线测试练习、教学视频和师资队伍等7个模块，突出了多媒体和交互性，打破时间与空间的限制，是开展立体化教学的理想网络平台。

（1）课程大纲：分别包括24学时和32学时的电路理论实验的教学大纲内容。

（2）实验内容：覆盖了电路实验的主要内容，与大纲要求相对应，给学生提供相应实验项目的实验目的、实验原理及课后思考题，并提供相应多媒体课件。

图3 实验台视频讲解和使用举例

（3）实验仪器：包含学生进行电路实验所用到的所有电子仪器的功能介绍、操作演示及操作练习，是整个教学系统的主体，包括EEL－V型电路综合实验台、功率表、信号发生器、示波器等仪器仪表的操作使用讲解，如图3所示。

（4）实验数据处理：分为实验数据辅助处理和优秀实验报告两部分，学生可将自己测量的数据输入系统得到的曲线与标准曲线相比较，分析测量数据的合理性，如图4所示。专门开辟“优秀实验报告选登”栏目，挑选部分优秀实验报告进行展示，让学生了解怎样撰写一份优秀的实验报告。

（5）在线测试练习：遴选的都是在教学过程中常出现的错误和问题，学生通过自测的结果了解对整个电路实验内容的掌握程度，进一步强化重点。

（6）教学视频：为主讲教师的教学录像，学生可以进行复习和超前预习。

（7）师资队伍：展示了教师风采，学生可以自主选择最喜欢的教师以及最喜欢的授课方式，加强了教师与学生的互动。

3 立体化教材实践效果

实验教材、实验课件以及实验教学网站的立体化建设，极大地提高了学生实验的积极性，为学生做实验提供了全方位的立体化实验教学资源。《电路实验》立体化教材的纸质教材和电子课件以及网络教学平台已使用了4届学生。电子课件以及网络教学平台采用了边制作、边使用、边改进的方式，现已比较完善。该套教材使用4年来，受到了教师和学生的好评。