示波器實驗報告范文

時間:2023-05-06 18:13:20

導語:如何才能寫好一篇示波器實驗報告,這就需要搜集整理更多的資料和文獻,歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文,供你借鑒。

示波器實驗報告

篇1

1.了解示波器顯示波形的原理,了解示波器各主要組成部分及它們之間的聯系和配合;

2.熟悉使用示波器的基本方法,學會用示波器測量波形的電壓幅度和頻率; 3.觀察李薩如圖形。

【實驗儀器】

1、雙蹤示波器 GOS-6021型1臺 2、函數信號發生器YB1602型 1臺 3、連接線 示波器專用 2根

示波器和信號發生器的使用說明請熟讀常用儀器部分。

[實驗原理]

示波器由示波管、掃描同步系統、Y軸和X軸放大系統和電源四部分組成,

1、示波管

如圖所示,左端為一電子槍,電子槍加熱后發出一束電子,電子經電場加速以高速打在右端的熒光屏上,屏上的熒光物發光形成一亮點。亮點在偏轉板電壓的作用下,位置也隨之改變。在一定范圍內,亮點的位移與偏轉板上所加電壓成正比。

示波管結構簡圖 示波管內的偏轉板

2、掃描與同步的作用

如果在X軸偏轉板加上波形為鋸齒形的電壓,在熒光屏上看到的是一條水平線,如圖

圖掃描的作用及其顯示

如果在Y軸偏轉板上加正弦電壓,而X軸偏轉板不加任何電壓,則電子束的亮點在縱方向隨時間作正弦式振蕩,在橫方向不動。我們看到的將是一條垂直的亮線,如圖

如果在Y軸偏轉板上加正弦電壓,又在X軸偏轉板上加鋸齒形電壓,則熒光屏上的亮點將同時進行方向互相垂直的兩種位移,其合成原理如圖所示,描出了正弦圖形。如果正弦波與鋸齒波的周期(頻率)相同,這個正弦圖形將穩定地停在熒光屏上。但如果正弦波與鋸齒波的周期稍有不同,則第二次所描出的曲線將和第一次的曲線位置稍微錯開,在熒光屏上將看到不穩定的圖形或不斷地移動的圖形,甚至很復雜的圖形。由此可見:

(1)要想看到Y軸偏轉板電壓的圖形,必須加上X軸偏轉板電壓把它展開,這個過程稱為掃描。如果要顯示的波形不畸變,掃描必須是線性的,即必須加鋸齒波。

(2)要使顯示的波形穩定,Y軸偏轉板電壓頻率與X軸偏轉板電壓頻率的比值必須是整數,即:

fy

nn=1,2,3, fx

示波器中的鋸齒掃描電壓的頻率雖然可調,但要準確的滿足上式,光靠人工調節還是不夠的,待測電壓的頻率越高,越難滿足上述條件。為此,在示波器內部加裝了自動頻率跟蹤的裝置,稱為“同步”。在人工調節到接近滿足式頻率整數倍時的條件下,再加入“同步”的作用,掃描電壓的周期就能準確地等于待測電壓周期的整數倍,從而獲得穩定的波形。

(1)如果Y軸加正弦電壓,X軸也加正弦掃描電壓,得出的圖形將是李薩

如圖形,如表所示。李薩如圖形可以用來測量未知頻率。令fy、fx分別代表Y軸和X軸電壓的頻率,nx代表X方向的切線和圖形相切的切點數,ny代表Y方向的切線和圖形相切的切點數,則有

nxfxny

李薩如圖形舉例表

fy

如果已知fx,則由李薩如圖形可求出fy。 【實驗內容】

1.示波器的調整

(1)不接外信號,進入非X-Y方式 (2)調整掃描信號的位置和清晰度 (3)設置示波器工作方式 2.正弦波形的顯示

(1)熟讀示波器的使用說明,掌握示波器的性能及使用方法。

(2)把信號發生器輸出接到示波器的Y軸輸入上,接通電源開關,把示波器和信號發生器的各旋鈕調到正常使用位置,使在熒光屏上顯示便于觀測的穩定波形。

3.示波器的定標和波形電壓、周期的測量

(1)把Y軸偏轉因數和掃描時間偏轉因數旋鈕都放在“校準”位置(指示燈“VAR”熄滅)。

(2)把校準信號輸出端接到Y軸輸入插座

(3)把信號發生器的正弦電壓接到Y軸輸入端,用示波器測量正弦電壓的幅值和周期,并和信號發生器上顯示的頻率值比較。

(4)選擇不同幅值和頻率的5種正弦波,重復步驟(3),記下測量結果。 4.李莎如圖形的觀測 (1) 把信號發生器后面50Hz輸出信號接到X通道,而Y通道接入可調的

正弦信號

(2) 分別調節兩個通道讓他們能夠正常顯示波形 (3) 切換到X-Y模式,調整兩個通道的偏轉因子,使圖形正常顯示 (4) 調節Y信號的頻率,觀測不同頻率比例下的李薩如圖

數據記錄 1、頻率測量

示波器頻率計數器的測頻精度 0.01% 示波器測頻儀器誤差3%

示波器測量電壓儀器誤差3%

(1) 示波器測量頻率

f=57.4KHz ffEf57.43%1.722KHz

f57.41.8KHz或f572KHz

(2) 函數信號發生器測頻

f=55.45 KH ffE0.0155.451%f

f55.450.56KHz或f55.40.6KHz

或0.01KH0.z0.6KHz

(3) 示波器測量電壓

V1=5.68V V1V1EV5.683%0.16V或0.2V

V15.680.16V或V15.70.2V (4) 函數信號發生器測量電壓

V2=5.3VV2V2EV1字5.315%0.10.81V或0.9V

篇2

一、撰寫實驗報告

撰寫實驗報告也是進行模擬電子電路實驗的重要組成部分,因為實驗報告是對模擬電子電路實驗的直觀反應,也是實驗者對模擬電子電路實驗的深刻總結與知識升華,在實際的學習中有著十分重要的作用。實驗報告的內容主要包括:實驗題目、實驗目的、實驗原理(包括實驗線路圖)、實驗內容(包括步驟、記錄表格)、實驗心得體會等。

二、模擬電子電路實驗故障的排除方法

2.1檢測實驗線路

在進行實驗出現故障之后首先進行的就是實驗線路的檢查。應該對照相應的實驗線路圖進行仔細分析、檢查。查看在導線有沒有錯接現象,所選擇的元件規格是否合適,可調元件是否靈活,二極管連接是否正確,另外還需要對電容器、集成電路和穩壓管等元件進行逐一排查,以此來發現電路故障。

2.2檢測電路直流工作狀態

對電路直流工作狀態進行檢查也是一種排除電路故障的一種方法,在接通直流電之前,應該檢測電源提供的電壓是否符合實驗要求,電路接通之后要使用萬用表對電路板上的電壓進行檢查,然后用示波器觀察電路輸出端,之后進行電路直流工作狀態的測量和調整。

2.3加上交流信號對放大器進行動態檢查

電路的動態檢測可以有效的排除實驗電路的故障問題,我們在實際的實驗過程中應該使用示波器檢測電路的放大情況,根據示波器波形的失真情況與幅度判斷放大電路的工作狀態。也可以使用多級放大器,將信號逐級輸入并同時檢測輸出的方式來檢測電路工作是否正常。

三、結束語

篇3

基金項目:江蘇省教學研究課題(0592)、江蘇省基礎實驗中心和學校特色專業建設項目。

作者簡介:朱昌平(1957-),男,湖北荊門人,海河大學計算機及信息工程學院副院長,教授,碩士生導師。

(河海大學 計算機及信息工程學院,江蘇 常州 213022)

摘要:為使擴招后的通信電子線路實驗課程教學質量得到充分的保證,本文對通信電子線路實驗課程教學過程的管理辦法進行了研究。結果表明在規范實驗預習、實驗操作、記錄審簽與器材檢查、實驗報告、實驗考核與實驗室開放等5個環節的管理中,每一環節均對教師和學生提出明確的要求,環環相扣,使每一環節均落到實處。此舉是加強師生對實驗教學的重視程度,提高實驗教學質量,降低儀器損壞率的有效辦法。

關鍵詞:實驗教學;五環過程;能力培養;通信電子

中圖分類號:G642.421 文獻標識碼:A

一、引 言

高等學校的實驗課程是理論聯系實際,鞏固理論知識,培養學生的實際動手能力的重要環節,實驗教學條件已成為評價學校實力和內涵的重要標志。優化實驗教學方法,提高實驗教學質量已越來越受到高校的重視[1-6]。但由于近幾年的連續擴招,高等學校的實驗師資、實驗場地、實驗設備均不同程度地顯得緊張。尤其是隨著信息時代的到來,通信行業成了青年人熱衷的職業選擇,于是通信工程、電子信息工程專業受到高考考生的普遍親睞[5,7]。河海大學的通信工程、電子信息工程專業雖然已有近20年的本科辦學歷程,近10年的碩士生培養經歷,但面對通信電子技術發展快、通信電子線路實驗設備的故障率高、學生人數多、實驗教師緊缺等現實問題,教師感到了很大的壓力。怎樣才能不負眾望,讓來自全國各地的優秀學子滿懷希望而來,學成而去呢?教師和領導選擇了以人為本,從管理辦法的改革入手,實行一系列有利于充分調動師生實驗教學積極性的辦法,通過實踐師生對這些辦法反映良好。

二、通信電子線路實驗課程教學的“五環”過程管理辦法

實驗室是培養工科學生創新精神和創造能力最生動、最重要的場所,對于培養工科學生的科學研究方法、工程實踐能力、嚴謹的工作作風等方面的作用別無替代。但是,隨著現代科技的飛速發展及各學科之間的相互滲透,傳統的實驗條件和實驗教學管理辦法已無法滿足新時期高校培養目標的需要[1-3]。因此,制定一套科學、系統、規范的實驗課程教學管理辦法是發揮資源潛力,提高人才培養質量,實現實驗教學可持續發展的根本途徑。

為規范實驗教學管理過程,使有限的實驗教學資源很好地發揮作用,確保擴大招生和大面積開放實驗室后,實驗教學質量的提高和教學秩序的穩定,使學生在實驗室順利地完成基本教學內容的驗證性實驗與創新實踐的探索性試驗,河海大學通信電子線路實驗室自2003年起開始實行如后圖所示的實驗課程教學“五環過程”管理辦法,辦法對實驗的5個教學環節都提出了明確的要求,有很強的可操作性。

(一)實驗預習(按A、B、C、D、E評定成績,該成績占項目成績10%)

凡事預則立,實驗預習是保證實驗順利進行,并能取得滿意結果的重要步驟。實驗預習可避免學生在實驗操作過程中的盲目與錯亂,又能指引學生在實驗的同時帶著問題進行思考,促使學生對實驗的操作不斷規范和深入[4]。

1、教師的預習指導:在每個單元教學實驗前,教師應首先做好實驗的試做和備課。除掌握實驗成敗的關鍵條件外,還要估計學生獨立進行實驗時可能發生的困難,擬出上課時向學生交待的注意事項。教師課前應充分熟悉儀器的功能、原理、基本的性能指標,尤其是示波器等測量儀器的量程與誤差等重要性能指標,因為儀器的量程與誤差是分析實驗誤差的重要依據。并將儀器、電路板、工具和元器件列出清單有序放置。將全班學生分組定位,并且從首次到末次均不要變動,這樣可增強學生愛護好本組實驗設備的責任心。

圖.通信電子線路實驗課程教學的“五環”過程管理辦法

實驗指導教師應提前一周給學生布置實驗預習內容。課程的第一次實驗開課前,由教師帶學生到實驗室熟悉自己的實驗座位及該組的實驗儀器,講解實驗注意事項,強調學校粘貼在墻上的七項實驗制度。提出預習報告、實驗記錄表格、實驗報告撰寫與繪制的明確要求。

2、學生的課后預習:學生獲悉實驗預習通知后,必須按教師要求認真閱讀實驗指導書及有關參考文獻,充分了解實驗的原理、方法、實驗條件及實驗重點,要注意實驗中所采用的實驗方法,特別是基本的測量方法,還要注意抓住每次實驗的學習重點。完成預習要求中基本內容的撰寫,包括實驗名稱、實驗目的、實驗原理(要求簡明扼要)、實驗電路圖 (原理圖,交流等效圖等)、實驗設備、解答預習思考題、分析預期實驗結果、擬出實驗內容(只要求列出實驗項目及記錄數據的空白表格),以及教師臨時補充的需要完成的內容。為能有目的地獨立進行實驗打好基礎。學生進實驗室上實驗課前,應按教師要求將預習報告上交到指定地點,待老師批閱、簽字、登記后再領回。

(二)實驗操作(按A、B、C、D、E評定成績,該成績占項目成績40%)

實驗操作是整個實驗過程中的最重要環節。在實驗操作過程中,教師指導學生嚴格遵守實驗操作規程并適當答疑解惑,學生獨立操作,積極思考,自主分析問題、解決問題,確保實驗課程的教學效果。

1、學生核對器材:學生進實驗室后必須保持肅靜,嚴格對號入座,嚴禁學生私自交換座位。學生入座后首先要熟悉使用的儀器、設備等的性能以及正常的操作規程,按實驗臺上實驗器材清單一一核對實驗器材是否齊全,并檢查實驗中要用到的實驗儀器是否能正常工作,有關指標是否與實驗儀器上的標注相符,切勿盲目操作。如示波器好壞的檢查,學生如能將示波器自身的校正信號同時雙線正常示出,且校正信號的頻率和幅度均能正確用示波器測出,那么這臺示波器即為正常。若發現異常,應及時申請更換。其次要全面的想一想實驗操作程序,不要急于動手,因為誤操作一步,可能會使整個實驗前功盡棄。

2、學生獨立操作:由于通信電子線路本身具有電路復雜,易受干擾,需細微調節等特點。所以學生在實驗開始前一定要認真聽教師講解實驗注意事項,并適當作記錄。教師講解的內容往往是實驗操作中的關鍵部分和較易出現的問題。因此,認真聽講,理清思路相當重要。實驗過程中,學生要發揮主觀能動性,根據所學知識獨立分析和解決實驗中遇到的問題。積極地將理論知識應用于實踐,自主分析和解決實驗中遇到的問題。要注意對現象的細心觀察,正確讀數,實事求是地記錄客觀現象和數據(切不可用鉛筆記錄客觀現象和數據),實驗數據不能涂改,如實驗數據記錄有錯,應在錯誤數據上輕輕劃上一道,在旁邊記上正確值。

3、教師過程答疑:當學生觀察到反常現象或實驗失敗而不知如何解決時,教師不要馬上被動地解答學生實驗中遇到的問題,忙于給學生排除儀器設備故障。教師應從通信電路理論或從儀器構成原理及操作方法上指導學生去仔細檢查和分析故障原因,使之一步一步獲得成功。教師在巡視時應細心觀察學生操作是否正確、檢查學生的實驗記錄是否正常,發現問題教師應及時記錄,并認真分析總結學生產生問題的原因,從理論上揭示出基本規律。

(三)實驗記錄審簽與器材檢查

1、實驗記錄審簽:實驗記錄是以后計算分析、總結討論的依據,是寶貴的原始資料。對實驗數據要嚴肅對待,被驗收的實驗數據應為測量得到的原始數據(即不必計算數據最終結果)。不要將實驗數據草記在另外的紙上,因為如果原始記錄零亂,在整理數據時就易出錯。實驗結束時,學生舉手示意教師,并在座位等候,各實驗儀器要保持實驗狀態,將數據交教師簽字,待驗收合格后,方可切斷連接線及電源。

2、實驗器材檢查:學生在教師審簽實驗記錄后,應對照實驗臺上實驗器材清單向教師匯報實驗器材是否齊全、實驗儀器是否完好如初。若發現實驗儀器損壞,應登記在冊,若屬正常損壞,課后由實驗室老師修復。若為學生違背操作規程所致,則應由該組同學負責賠償。

(四)實驗報告(按A、B、C、D、E評定成績,該成績占項目成績30%)

撰寫實驗報告的目的是培養和鍛煉學生以書面的形式總結工作或報告實驗成果的能力。實驗報告是一個實驗的系統總結,這個過程既是學生知識構建的過程,又是在認識問題、分析問題、解決問題的基礎上進行創新的過程,更是直接知識和間接知識熔于一爐的過程。因此,撰寫實驗報告要實事求是、嚴格規范、一絲不茍。

實驗報告由實驗目的、原理、器材、方法、步驟、結果及討論6部分組成。每個單元實驗中講義上列出的“實驗報告”一項的內容,以及教師臨時補充的需要完成的內容學生均需完整寫入實驗報告。討論是培養分析問題能力的重要環節,討論的內容可以是多方面的。如:1)實驗的原理、方法、儀器給你留下什么印象,實驗完成得如何?2)實驗的系統誤差表現在哪些地方,怎樣改進測量方法或裝置可以減少誤差?對實驗的改進有何設想?3)實驗步驟怎樣安排更好?4)觀察到什么反常現象,遇到過什么困難,能否提出可供他人借鑒的想法?5)測量結果是否滿意,如果未達到預期結果是何緣故?討論的重點是存在問題的解決方法或設想,由此可以看出學生發現問題、分析解決問題的思想方法。

(五)實驗考核與實驗室開放(按A、B、C、D、E評定成績,該成績占項目成績20%)

1.實驗考核:實驗成績的考核既是對優秀學生認真完成實驗的肯定,也是對不認真做實驗學生的督促。為了做到對學生的全面評價,實驗成績應標準化、定量化。通信電子線路實驗課程的最后一次實驗課程內容為實驗考核,實驗考核內容以考察學生完成綜合性和設計性實驗的實際能力為主旨。

2.實驗室開放:實驗室在完成基本的實驗教學任務后,盡力面向學生開放。筆者的實驗室在補差、揚優和提高三個層面上進行了開放嘗試。實驗室設置多個學生勤工儉學崗位來彌補實驗師資的不足,從同年級優秀學生中挑選部分學生,利用課余時間協助老師幫掉隊的學生跟上教學進度;從已確定的保研大四學生中選出少數學生,利用節假日幫優秀學生完成超出大綱的設計與探索性實驗內容;從研究生中挑出部分優秀學生利用長假協助教師指導學生在實驗室完成創新課題。這種以教師主導、學生自主、完全開放的模式使不同層面的學生均得到了較好的實踐機會[5,7]。學校鼓勵學生為實驗室的開放納言獻策,不同層面的學生在提高自身創新思維能力的同時,也在實驗室加深了相互間的交流,起到了互幫共進的作用。同時也為實驗室的建設和發展帶來了無盡智慧與良策。

三、結 語

實驗課程教學“五環過程”管理辦法在通信電子線路實驗課程中的應用實踐證明:這的確是一套科學的、系統的,并且行之有效的實驗教學管理方法。幾年來,河海大學信息學院的學生的實驗能力有了大幅度提高。學生的自學能力、動手實踐能力、思維判斷能力、表達書寫能力、實驗設計能力和創新意識等方面都取得了很大的進步。同時,也進一步地培養和提高了學生從事工程實踐的基本素質、理論聯系實際和實事求是的科學作風,增強了嚴肅認真、一絲不茍的科學態度和不怕困難、主動進取的探索精神。

實驗課程是理工科院校本科實踐教學環節的重要組成部分,科學的、正確的實驗教學管理辦法是使實驗課程充分發揮作用的先導。對于培養學生的實驗設計、動手操作、分析問題和解決問題的能力,以及創新思想與創造能力等都具有重要作用。隨著實驗課程教學“五環過程”管理辦法的不斷應用和深入,通信電子線路實驗教學將會取得更為顯著的成績。而這套教學管理辦法本身也在趨于不斷規范化、完善化。但愿“五環過程”管理辦法對其他實驗課程的教學也能有一定借鑒意義。

參考文獻

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[2]李銀滿,張利群.新時期實驗教學規范化管理研究\[J\].實驗室研究與探索,2004,(6):7-9.

[3]周亞俊.全面改革實驗教學,培養學生創新能力\[J\].實驗室研究與探索,2004,(7):78-80.

[4]王麗榮.怎樣上好實驗課\[J\].邯鄲職業技術學院學報.1998,(4):31-32.

[5]范新南,黃波,朱昌平等.研究生模式在本科生創新實踐能力培養中的應用\[J\].實驗技術與管理,2005,(2).

篇4

關鍵詞:電子技術 ;實驗實訓; 能力培養

電子技術是一門理論深,實踐性強的課程,實驗實訓在教學中占有非常重要的地位,教師在教學過程中,由于條件限制或主觀認識不夠,實驗實訓開設不足的現象較為普遍,成為制約教學質量提高的主要因素,因此要想真正地提高教學質量,培養學生熱愛專業,提高學習興趣,并具有一定的操作技能的實用人才,必須重視實踐性教學,尤其是重視實驗實訓。

如何保證實驗實訓的質量,教師對實驗實訓的認識和準備至關重要,如果教師沒有做好細致的實驗實訓準備工作,包括沒有掌握實驗實訓的目的、要求,以及實驗實訓前的準備,例如實驗實訓器材、儀器儀表的準備、檢查、校正等,會造成學生實驗目的不明確,手忙腳亂、實驗誤差大,以致使學生對書本上的結論產生懷疑,不能使實驗起到配合理論教學的作用,會造成實訓效果差。筆者就個人的經驗,對如何開好實驗實訓談些體會。

一.教師要認真做好實驗前的準備

實驗前教師應作好充分的實驗準備,包括:

(一)實驗元器件的準備,按實驗要求準備好,檢查有無故障的元器件,并準備足夠的連接導線。

(二)實驗儀器儀表的準備,檢查實驗用的儀器儀表是否能正常工作,例如穩壓電源可調范圍,示波器光柵是否正常,電子電壓表調零及量程互換性如何,信號發生器是否有信號輸出,以及儀器配備的電纜線,探頭等是否齊全,是否連接牢靠。

(三)教師要提前親自做一遍實驗,因為教材中的實驗參數和實驗線路可能有錯誤或不合理,教師在做的過程中會發現問題,并對參數和線路進行必要修改,以期達到最直觀的實驗效果。有時實驗的元器件參數與書本上的實驗圖中的參數不配套,也要從新設計實驗線路。

(四)編寫實驗指導資料。

二.引導學生規范操作,培養良好的作風。

學生實驗課時必須要規范操作,養成良好的操作習慣,主要有以下幾方面:

(一)準備好實驗指導書或者實驗指導資料、實驗報告、紙和筆。

(二)實驗操作前,檢查元器件的數量、規格,例如電阻、電容參數是否正確;二極管、三極管等半導體器件型號有無差錯。

(三)正確連接實驗線路,最好兩人一組,一人連接完后,另一同學檢查線路連接是否正確,認為無誤后,請指導教師檢查,經允許后方可通電。

(四)測量數據時,需要調零的儀器儀表應先調零,例如萬用表、電子電壓表;對電流電壓的測量,若不明的范圍,應將儀表置于最大量程檔,然后選擇合適的量程進行讀數。

(五)作好實驗數據的記錄。

寫實驗報告,內容包括實驗過程、實驗數據、作圖等,并回答問題及分析誤差產生原因。

實驗課是教學內容的重要組成部分,課本上的一個定理、一個公式,或一個電路的功能,通過實驗課驗證后,使學生將抽象的概念變成了看得見的東西,可以使學生加強理論知識的理解。完成實驗后,學生會有一種成功的喜悅,并形成較深刻的記憶。通過實驗學生還學會了使用各種常用的電子儀器儀表,如示波器、毫伏表、信號發生器等。學生通過實驗課學到了多方面的知識,例如在多級放大器有關參數測試的實驗中,通過短短的一次實驗課可達到以下效果。

1.學會連接電路,加強對多級放大器電路的印象。

2.掌握多級放大器的電壓放大倍數的計算,即AV=Av1·Av2。

3.通過測出的數據,描點作圖,作出放大器的頻率特性曲線,將抽象的頻率特性變成了自己作出來的實際曲線。

4.觀察波形,掌握合理設置靜態工作點的意義。

5.學會示波器、毫伏表、信號發生器等儀器的正確使用。

三.加強電子技術實訓,增強學生的實際動手能力

學生在實驗室里認真地完成每一個實驗是電子技術課程教學的重要部分,學生通過連接線路,測量數據、觀測波形,加強了書本上知識的理解,初步學會了電子儀器儀表的使用,但在技能的提高和創新能力的培養上仍顯欠缺,解決這一問題的方法,是盡量開設一些電子技術實訓。

電子技術實訓中,仍然要求學生必須規范操作,養成良好的操作習慣,可以要求學生編寫工藝文件,然后按工藝文件進行組裝調試。

四.實驗實訓課對教師提出的要求

實驗實訓的老師一般由本課程的任課教師擔任,指導教師在實訓的整個過程中起著組織、指導、調控的作用。要求指導教師要有較強的動手能力和維修經驗,以指導學生正確的進行實驗實訓操作,當電路出現故障時,能幫助和指導學生迅速排除電路故障,使學生能順利完成實驗實訓任務。實際教學中,我們發現有些指導教師不能迅速發現學生實驗實訓線路中出現的故障,不能正確指導學生檢查、排除故障,造成實驗不能進行下去,學生只好抄襲他人的實驗數據來完成實驗報告,造成實訓效果差。同時還要求教師有高度的責任心,吃苦耐勞的精神和嚴謹的教學態度;刻苦鉆研專業知識,熟練掌握實驗實訓操作技能及各種電子儀器儀表的使用,掌握新的元器件的性能和功能,關注新技術的發展。

篇5

關鍵詞:創新實踐;項目設計型;教學改革

近年來,河南科技大學電氣工程學院有計劃地進行了一系列教學改革活動,探索創新教育與專業教育深度融合的具體方法,初步構建了貫通課內、課外,融匯主要教學環節的地方高校工科大學生創新實踐教育模式,以求切實加深學生對課程理論知識理解、提高動手應用知識能力。其中,電氣工程學院提出項目設計型實驗教學模式改革的方案,電工電子實驗中心以電路實驗課程為依托進行改革,要求學生自主完成實驗電路設計,課下進行仿真軟件驗證;實驗中自選元件、芯片,在面包板上進行電路調試,使用數字示波器、萬用表等測取實驗結果。以實驗形式、實驗指導方式的改變,實現學生創新實踐能力的培養。

1電路實驗教學改革的必要性

傳統的電路實驗通常是教師進行實驗原理、實驗電路的講解,告知實驗數據結果如何測量驗證、實驗儀器設備的使用方法以及實驗過程中需要注意的安全問題;學生在外購的實驗臺上進行接線、驗證,完成實驗報告。該教學方式存在諸多的弊端,學生在整個過程中被動接受,按部就班地完成實驗過程,避開了實驗過程中可能出現的問題,缺少自主發現問題、解決問題的過程,不能充分調動其進行獨立思考和創新的積極性,也就無法達到通過實驗來加深對所學知識理解、鍛煉動手能力,在實驗中獲得滿足感,進而主動研究、接受挑戰,增強其實踐創新能力的目的。項目設計型實驗教學模式,基本思路是部分或者全部拋開實驗臺,實驗采用在面包板上插接電子元件的形式進行。電工電子實驗中心針對電路實驗課程中“二階電路響應”“雙口網絡”為例進行改革創新。要求學生在實驗前自行完成實驗電路設計,并使用Multisim仿真軟件進行驗證,獲得相應測量波形及數據,自我評估實驗方案是否合適。實驗中,學生根據實驗前自主設計的電路,選取合適的電子元件、芯片,最后插接在面包板上進行電路調試,使用數字示波器、萬用表等測取實驗結果,與仿真結果進行比較,自我判斷實驗結果是否正確。實驗結束后自我梳理,完成整個實驗設計報告。項目設計型實驗教學模式,學生首先需要利用所學的知識進行電路設計,再通過實驗驗證發現設計中的缺陷或者漏洞,結合實驗數據進行分析,解決問題,最終通過設計報告、實驗報告的撰寫進行總結反思,提煉成文。相比傳統的接線、驗證實驗方式,項目設計型實驗教學模式,學生從自己設計電路開始,能力培養目標轉變為電路設計、知識運用、自主分析問題、解決問題的能力和實踐動手能力。

2二階電路的響應

在二階電路的響應實驗進行改革之前,采取PSpice軟件仿真的形式進行,目的在于學習PSpice軟件的基本使用方法,同時理解二階電路的三種暫態過程,結合學生已掌握軟件和工具的使用情況,將實驗形式改革為“軟件仿真+面包板插接”。提前實驗任務,提出要求,限定元件范圍,要求學生課下使用Multisim軟件進行仿真設計,選取RLC二階電路的參數,查看仿真結果,列元件清單;既定實驗時間,完成PSpice仿真任務后,領取元件,進行面包板插接,自主操作完成對應結果的測量。

2.1使用Multisim軟件進行二階電路設計

完成參數選取、暫態過程波形記錄在電路實驗的課程設置中,RLC串聯諧振電路的分析是使用Multisim軟件完成的,故學生已掌握軟件的基本使用方法,可以使用虛擬函數信號發生器、示波器及基礎的電阻電容電感搭建仿真原理電路,并觀察實驗現象;一階RC電路的響應在實驗臺上完成,故學生已掌握由實物的函數信號發生器、示波器及分立元件組裝調試電路,觀察記錄測試結果的能力,且二階電路的響應在周期性重現操作時與一階電路是相通的,均可將方波或者矩形波的跳變邊沿視為換路時刻,進而觀察暫態響應過程,適合作為一階響應的進階實驗。基于以上兩點,在二階電路的整個實驗過程中,可以弱化任課教師的指導作用,放手讓學生自主設計并調試完成測試任務。任課教師提前二階電路的實驗任務,限定電阻、電位器、電感、電容的參數范圍,要求學生課下借助Multisim軟件選擇合適的電感、電容參數及恰當的方波頻率,計算電阻值,使暫態過程分別為過阻尼、臨界阻尼、欠阻尼,用示波器觀察記錄各暫態響應曲線并估讀暫態持續時間。

2.2使用PSpice仿真工具進行仿真實驗

既定實驗時間,學生提交Multisim軟件仿真實驗電路圖、仿真結果及元件清單,任課教師審核通過后方可進入實驗室。為了實現讓學生熟悉并掌握PSpice工具使用方法的目的,教師演示搭建二階電路原理圖及獲取仿真波形的示例后,預留一定時間如半個小時,供學生完成其自主設計二階原理圖的輸入,并截圖幾個暫態響應過程,比較分析三種暫態響應過程的不同點、變化條件、時間長短,課下完成總結。若不能在限定時間內完成實驗任務,可在實驗室開放時間自由補做。

2.3硬件面包板插接完成

PSpice仿真或者預留限定時間倒計時結束后,學生2人一組自由組合,憑元件清單領取元件及工具。自主操作,進行面包板插接,在面包板上搭建由分立元件組成的電路,用函數信號發生器給出合適頻率的輸入方波,使衰減或振蕩有足夠的時間減小到0,用數字示波器測量相應波形,改變電位器或者電阻值的大小,完成對應整個暫態過程波形的測量。在整個面包板硬件插接過程中,教師只負責元件工具的發放,講解儀器設備的使用。電路搭建、調試,制定測試方案,判斷實驗現象是否正確等由學生自主設計完成,達到預期實驗目標后,由教師負責驗收,并根據學生演示及問題回答情況給出實驗操作分數。

2.4評分標準

評分標準依據RLC二階串聯電路的設計電路圖、元件清單、電路三種暫態過程的Multisim軟件仿真波形,即設計環節占實驗成績的30%,實驗操作環節占實驗成績的30%,PSpice仿真波形及硬件插接實驗波形結果占實驗成績的20%,實驗設計報告完成情況占實驗成績的20%。

3雙口網絡

雙口網絡實驗在改革之前在實驗臺上直接完成,且實驗臺已經封裝好現成的T網絡和π網絡,學生只需簡單連線給定輸入電壓,連接測量儀表即可完成實驗數據的測量,課后計算T參數。為了進一步提高學生電路設計、知識運用能力,將雙口網絡的實驗形式改革為面包板插接。

3.1使用Multisim軟件進行雙口網路電路設計

并測量數據完成T參數理論值計算任課教師提前雙口網路的實驗任務,并限定電阻元件的選擇范圍,要求學生課下自主選擇電阻元件搭建T網絡、π網絡及二者級聯網絡的電路,并根據選取的電阻阻值及電路網絡結構計算相應的T參數矩陣的理論值。之后,使用Multisim軟件進行仿真,根據實驗指導書上的內容,給定直流穩壓電壓源10V。利用同時測量法測量輸出端開路、短路條件下T網絡、π網絡的輸入端、輸出端的電壓、電流值。用分別測量法測量T網絡和π網絡級聯后網絡輸出端開路、短路條件下,輸入端的電流值;以及輸入端開路、短路條件下,輸出端的電流值。要求有仿真測量電路圖、T參數矩陣的計算值及仿真數據表格。

3.2硬件面包板插接

既定實驗時間,學生提交其設計的T網絡、π網絡及二者級聯網絡的電路圖、各網絡的理論T參數、Multisim仿真測試數據及元件清單,任課教師審核通過后方可進入實驗室。憑元件清單領取元件及工具,在面包板搭建由電阻組成的網絡,根據仿真數據測量的方法,利用實驗臺的直流穩壓電源作為輸入,直流電壓表、直流電流表或者萬用表測量相應的電壓電流,完成T網絡、π網絡、二者級聯等效網絡對應實測數據的測定。由教師負責驗收,并根據學生操作及問題回答情況給出實驗操作分數。

3.3評分標準

雙口網絡的設計電路圖、元件清單、T參數矩陣理論計算結果、仿真數據測量正確與否占實驗成績的30%;實驗操作環節及實驗測量數據正確與否占實驗成績的50%;根據實驗測量數據及實驗方法計算的T參數正確與否、實驗設計報告完成情況占實驗成績的20%。

4實驗教學改革效果與改進

4.1實驗教學改革效果

通過課前布置實驗任務,課下設計實驗電路,再通過面包板插接環節搭建調試電路,很好地鍛煉了學生的自主設計電路、發現問題解決問題的能力。在實驗過程中,弱化教師的主動指導作用,發揮學生的主觀能動性,變學生的被動學習為主動思考,極大地提高了學生的積極主動性。同時,在實操環節,利用函數信號發生器、數字示波器等設備儀器,承接后續電子技術實驗課程的學習。俗話說:“兵馬未動,糧草先行。”設備、工具、軟件環境的熟練運用,可為以后的專業課學習、研究打下堅實的基礎。更重要的是在整個“學而思,思而做,做而樂,樂而學”的良性循環學習過程中,學生學習習慣和綜合創新能力的培養,將使其受益無窮。

4.2進一步改進的方向

腳踏實地,進一步細化電路實驗課程改革過程中存在的問題,找準下一步的努力方向。二階電路的響應實驗,在實驗時要完成PSpice軟件仿真和面包板插接,耗時較長,可嘗試將PSpice二階電路示例做成視頻,供學生課下學習,或讓其尋找網絡資源,符合當下流行的學習趨勢,且提高效率。雙口網路實驗,實際搭接電路時,電流的測量值在十幾毫安至幾十毫安時可減小測量誤差,這就要求電阻取值合適,否則直接影響測量數據的準確性,故可適當地修改電阻參數的選擇范圍。雙口網絡中電阻參數選取不同,T參數、測量的電壓電流值也各異,放手讓學生自主設計電路的同時,也給檢查學生數據帶來了一系列不便。可以根據雙口網路的一般結構,推導T參數的通式,將要測量的數據表示成T參數的表達式,借助數據處理軟件,減少數據比對過程中的計算量。

篇6

關鍵詞:物理實驗;教學改革;電類專業;創新能力

物理實驗教學改革的主要任務是在有限學時內提高教學效果[1],使學生的各種能力得到最好的訓練和培養。目前,由于國內大部分高校存在實驗設備投入相對不足,造成大部分高校對工科所有專業開設同樣的實驗教學項目和內容[2]。鮮有高校針對某一類工科專業或某一專業開設特定的物理實驗教學項目和內容;另外,物理實驗室也存在儀器較為陳舊,實驗教學內容不能與時俱進,實驗教學形式較單一等現象[3-5];除此之外,高校由專才教育向通識教育的轉變,減少學生的基礎課時,造成學生的基礎不扎實,削弱了學生學習基礎課程的興趣。這些原因使物理實驗教學難于達到較好的效果。因此,探索更有效的物理實驗教學方法,對促進學生各種能力的培養具有積極的意義。為此,我們以電類專業學生為研究對象,結合電類專業后續課程的需要和對該類人才的需求,探討了電類專業的物理實驗教學改革。

1各專業特點

1.1課程結構特點

電類專業在理工科高校中占有半壁江山,是國內理工高校專業的重要組成部分。電類專業包括通信工程、電子信息工程、電子科學與技術、電氣工程、微電子技術等專業。其培養目標是:主要培養從事通信工程及計算機網絡系統、系統分析、系統設計、系統運行等方面的研究、制造、開發和應用,且具有扎實基礎、寬廣知識面的、寬口徑就業的高級人才[6-7]。電類專業即與“電”相關的專業,主要課程有:電路理論系列課程,如電路分析、電子線路、電路原理、電子技術基礎;通信理論系列課程,如電磁場理論、微波技術與天線、光纖通信、移動通信、計算機網絡通信;自動控制系列課程,如自動控制理論、信號分析與處理;以及計算機技術等課程。這些專業課程的基礎必修課程為高等數學、大學物理、大學物理實驗、電工實驗等。國內有不少高校對高等數學、大學物理等基礎課程對后續專業課程的影響作了較深入的研究[8-10]。得到了扎實的基礎課程理論對后續課程的學習具有很大的幫助。另外,基礎課程的開設及內容選擇對后續專業課程的學習也具有較大的影響。工科專業的課程任務較重,各學科課時也顯得較為緊張,特別是目前大學教育呈現寬口徑就業人才培養的情況下,表現尤為突出。因此在壓縮基礎課程時間的前提下,如何設置基礎課程,結合各工科專業需要,選擇基礎課程的教學內容,提高教學效果是工科各專業教研教改的探索方向。大學物理實驗作為高等理工科院校的必修基礎課之一,在人才培養方面啟到了非常重要的作用。但目前全國理工高校仍采用各專業統一實驗教學內容的模式。這種情況嚴重脫離各專業發展需求和社會發展需要,沒有達到與時俱進的目的。因此,結合各專業后續課程研究大學物理實驗教學內容的選擇對探索人才培養具有積極意義。

1.2就業方向及要求

近年來,電類行業快速發展,電類專業的畢業生如沐春風[11],如華為、中興、UT斯達康等知名企業給電類專業的畢業生提供了很多就業崗位,而且是誘人的高薪職位。因此,電類專業畢業生的前景較好。畢業生的就業方向分為研發職位、非研發職位以及其它職位。研發職位包括硬件工程師、通信工程師、電子工程師、電氣工程師等;非研發職位包括電氣運行與維護、測試工程師、技術支持等;除此之外有部分電類畢業生也走上公務員、教師、管理等崗位或繼續深造。隨著社會的發展,社會各崗位對電類專業畢業生的基本素質要求除了要有扎實的基礎知識、寬廣的知識面外,還必須具有較強的創新能力。除此之外,隨著高校培養電類人才總數的增多,各類企業對該類人才需求相對減小,因此高校必須培養更具競爭力的畢業生才能更適應社會的需求。這種競爭力包括學生的創新能力。因為創新能力的培養不僅要有扎實的專業基礎,而且必須有扎實的高等數學、大學物理知識和大學物理實驗和電工實驗技術,所以基礎課程的教學必須更有效,基礎課程的教學內容也必須與時俱進。各類實驗對培養學生動手能力和創新能力起著關鍵的作用。其中物理實驗是基礎的基礎,對學生的創新能力的培養具有不可代替的作用。因此基于教學內容分類模式研究不同專業的物理實驗教學內容,對激發學生學習興趣,擴大學生的專業基礎知識面,培養學生各種能力具有重要意義。

2教學改革

目前,我國高校專業設置多樣化,新專業、熱門專業層出不窮[12]。受高校硬件條件和師資條件影響,針對每個專業定制特定的物理實驗教學項目并不現實。因此,把同類型的專業按大類開設相應的物理實驗教學項目是一種較優化的方式。所以我們以電類專業為例,針對該專業探討物理實驗教學項目與內容的改革。

2.1實驗項目的改革

改革前,我校理工科專業的物理實驗課時共64學時,包含緒論課學4學時,共2學分,在大一下學期和大二上學期開課。全校理工科專業的實驗項目相同,也即所有理工科專業必須完成相同的20個實驗項目才能取得相應的學分。改革前后的實驗項目同樣分為基礎實驗(A類)、綜合性實驗(B類)、設計性或探索性實驗(C類)。但實驗項目和內容突出“電“的特點。在保證課時不改變的前提下,擬對減少電類專業的實驗項目,但深化每個實驗項目的教學內容,開展探索性實驗項目教學。減少實驗項目的目的有二方面:一是改變以前教學中各實驗項目平均用力的現象,導致每個實驗內容完成并不理想;另一方面是雖然減少實驗項目,但每個實驗項目的內容加深,讓學生能更深入地研究改革后的實驗項目,從而讓學生的思維能力和創新能力得到更好的培養。如表1為改革前后的實驗項目及學時數。為了更好地結合后續專業課程,深化學生知識的運用能力和培養學生的創新能力,所以增加了霍爾效應的應用及基于霍爾效應的漏電開關設計的探索性實驗,而且把探索性實驗作為電類專業學生實驗項目中的重要內容,學時共為12學時。

2.2實驗項目的選擇依據

實驗項目和內容選擇的主要依據為與電類專業后續課程相關,有利于畢業生的思維能力、創新能力、動手能力的培養,突出“電類“的特點。如示波器(包括數字示波器和模擬示波器)是電子技術、醫療檢測技術中使用最廣泛的測量儀器之一。它能直接測量電信號或能轉化為電信號的物理量的波形。電類專業的后續課程電路分析、電子線路等課程均要用示波器檢測的基本知識。學生通過該實驗項目的訓練,掌握示波器的基本原理,以及測量電信號和分析電信號波形的方法。電類專業畢業生走上專業對口的工作崗位仍需用到示波器檢測電子設備的信號波形。因此,開設示波器的基礎實驗項目能起到為專業課程的學習和工作崗位奠定基礎;又如巨磁阻效應在硬盤存儲技術中應用非常廣泛,由于巨磁阻效應的發現,改變了硬盤的讀寫方式,巨大地促進了硬盤的存儲密度,使硬盤的存儲容量以MB字節計到GB到TB字節計的飛躍發展,通過該實驗,讓學生了解巨磁阻效應現象及其基本原理,以及在計算機中的應用;霍爾效應傳感器是一種靈敏度極高的傳感器,它可直接測量磁場或磁場的變化,而且測量數據非常精確。根據磁場的變化還衍生出位置傳感器等等。因此霍爾效應傳感器廣泛應用于各類的電子產品或其它工業,如手機、汽車等。因此增設霍爾應用的應用及基于霍爾效應的漏電開關設計的探索性實驗項目,旨在深化電類專業學生對知識運用能力、思維能力,更好地培養學生的創新能力。總之,實驗教學項目改革體現讓學生掌握物理基礎知識,培養學生各種能力的同時,讓物理實驗內容更好地成為專業課程的基礎和學生走上工作崗位的基礎。

2.3考核評價方式

考核評價是對學生學習過程和學習效果的一種總結,也是教學效果的反饋之一。因此,一個合理的考核評價方式是教學改革的成敗的體現之一。改革前的考核方式采用實驗報告評分制,但每個實驗報告權重一致,最后得到平均值,然后再轉化為“優秀”、“良好”、“中等”、“及格“、”不及格“的五級制。改革后,為了體現實驗項目要求和實驗內容的難易,簡單將基礎實驗、綜合實驗、設計性實驗分別標為A、B、C類等級,A、B、C類等級的權重分別為0.2、0.3、0.5,然后將全部實驗報告分數采用A、B、C類等級的加權平均算法得到一個平均實驗成績,(1)根據公式(1)的加權平均值,將平均成績轉化為五級制等級。采用不同權重的目的不僅是為了突出實驗教學改革后的重點教學內容,更重要的是突出教學內容背后創新能力和思維能力的培養。

3結束語

目前的物理實驗教學模式存在二方面的不足:一方面與后續專業課程結合不緊密,另一方面存在實驗項目過多,不利學生在有限時間內掌握過多的基礎知識和對某一知識點的深入研究。因此,結合后續專業課程的特點和需求,探索不同專業的物理實驗教學改革對人才培養具有積極的意義。我們以電類專業的物理實驗教學為例,研究了電類專業物理實驗教學的改革,并在部分電類專業作了嘗試,取得了良好的教學效果。在保證學時不變的情況下,結合實驗室已有的實驗儀器和專業后續課程,并突出“電”相關實驗的特點,減少實驗項目,但深化每個實驗項目的教學內容和深度。并增加了具有研究性的實驗項目:霍爾效應及其應用及基于霍爾效應的漏電開關設計。通過探索性研究實驗項目,深化學生的知識基礎,激發了學生探索研究物理的積極性,同時強化了電類學生對霍爾傳感器在電子技術中的應用能力,培養了學生的創新精神。因此,這種結合專業特點的基礎學科教學方式能較好地激發學生對物理實驗的興趣和積極性,也能較好地培養學生的各種能力,以及促進學生掌握專業的基礎知識。

參考文獻

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篇7

關鍵詞:電路實驗;教學方法;改革

中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)24-0163-02

隨著中國經濟的不斷發展和高等教育改革的不斷深入,對高等教育也提出了越來越高的要求,通過這幾年用人單位的反饋意見可以看出,目前的高等教育畢業生存在基本職業訓練不夠,動手能力、團隊精神不足,等等問題。電路分析課程是工科院校電類專業的技術基礎課,是后續課程,如電子技術和專業課的理論基礎課程,學生對電路分析掌握程度的高低,決定了其在專業領域學習和發展的高度。學生可以在電路基礎理論的學習過程中,通過電路實驗擴展其視野,驗證電路理論,提高分析問題、解決問題的能力,這是學好電路課程,提高動手能力的關鍵手段之一。本文通過分析電路實驗在電路課程中的作用和存在的問題,對如何提高學生的分析問題和解決問題的能力進行探討。

一、電路實驗在電路課程中的作用

電路實驗與電路理論教學是相輔相成。實驗是電路理論教學的驗證,是提高電路分析能力的關鍵手段之一,電路實驗在電路課程中的作用體現在以下幾個方面。

1.通過電路實驗可以驗證電路理論。通過電路課程,學生可以學習關于電路分析的基本理論和基本方法,但這些理論和方法畢竟是抽象的,而電路實驗是通過實際器件構成的電路,通過測量的手段實際分析電路的電壓、電流和功率等,直觀地驗證了電路分析的理論和方法的正確性。

2.通過電路實驗可以學習和掌握電路基本儀器和儀表的使用方法。通過電路實驗,學生不但可以認識和識別一些基本電路元件,如電阻、電容和電感,而且還可以學習和掌握一些基本儀器和儀表的使用方法,如直流穩壓電源、萬用表、示波器、功率表和函數信號發生器等。學生不但可以通過這些儀器和儀表進行電路分析和測量,同時這些儀器和儀表還是電類學生在以后工作中可能經常用到和使用的工具。

3.通過電路實驗可以激發學生學習電路理論的興趣。電路理論的課堂教學畢竟是枯燥的,容易使學生失去學習的興趣和動力,而通過電路實驗可以提高學生學習電路分析課程的新鮮感,可以使學生在實驗中進行分析和總結,探尋實驗中出現的一些現象的原因和結論,從而激發學生學習電路理論的興趣。

4.學生可以通過電路實驗培養分析問題和解決問題的能力。實際電路畢竟是由實際的電路元件組成的,這樣在實驗過程中,學生會遇到各種各樣的問題,可能所組成的電路會存在故障,造成實驗結論不正確。通過電路實驗,找到電路故障的原因,并排除電路故障,這也是電路實驗的目的之一,從而提高了學生分析問題和解決問題的能力。

5.通過電路實驗可以培養學生的合作精神。電路實驗中有的是單人實驗,即學生自己獨立完成的實驗。而有的實驗需要兩個學生合作完成,這兩個學生之間必須具有合作精神,才能夠完成實驗內容的要求。

從以上幾個方面可以看出,電路實驗在電路分析課程中是必不可少的教學手段之一,在電路課程中具有十分重要的作用。但是隨著教學改革的發展,電路實驗也遇到了一些問題。

二、當前電路實驗中存在的問題

當前電路實驗中存在許多問題,其中包括學校電路分析課程的課時量減少;做實驗前的準備不充分,不認真預習;實驗過程中分析和解決能力不足;實驗后的實驗報告分析和整理不認真;等等。

1.當前各個學校電路分析課程的課時量被不斷地壓縮,帶來的突出問題就是實驗課時量也在不斷地壓縮,從而造成實驗內容地減少,削弱了對學生動手能力的培養。

2.實驗前的預習不認真。電路實驗要求學生在課前要先完成預習報告,其目的是想讓學生知道本次實驗所使用的元器件和儀器儀表及驗證的電路理論,從而讓學生在課前完成相應地學習。但是從目前來看,預習效果并不理想,學生只是照抄實驗指導書的相關內容,并不進行相關的學習,不是帶著問題去進行實驗的。

3.實驗中的分析問題和解決問題能力不足。在電路實驗過程中,學生可能會遇到各種各樣的問題。學生應該首先自主地分析問題出現的原因,找到解決問題的方法,這也是電路實驗的目的之一,也是對學生能力的培養。但是目前學生一旦遇到問題,只想到問教師,讓教師來解決出現的問題,從而切斷了通過實驗提高自己能力的途徑。

4.實驗后的實驗報告分析和整理不認真。實驗報告的分析和整理是電路實驗的重要過程,學生通過對實驗數據的分析和整理,可以使學生很好地驗證電路理論的正確性,從而加深對電路理論的理解和掌握。但是目前大多數學生對待實驗報告的撰寫,不過是應付了事,在報告中沒有自己的思考,比如實驗中誤差較大的數據是怎么得來的,如何減小實驗中的誤差,等等。

由于電路實驗中存在著上述的幾個問題,從而使得電路實驗對大多數學生而言,失去了其應有的作用。通過多年的教學實踐和對存在問題的分析和研究,我校對如何解決電路實驗中存在的問題,進行了一些實踐和探索。

三、電路實驗教學中的實踐和探索

在電路實驗教學中應該不斷實踐和探索:(1)加強電路實驗教學中預習環節的作用;(2)加強實驗教學中對實驗內容的設計;(3)加強教師在實驗教學中的指導作用;(4)加強學生撰寫實驗報告的能力。下面來進行具體分析。

1.加強預習環節的作用。在學生對本次實驗的預習過程中,不但要求學生要學習實驗中用到的一些電路理論知識和必要的儀器儀表使用方法,同時還要利用一些電路分析軟件,如Multisim對實驗內容進行仿真,或者利用電路理論進行分析計算,即得到實驗電路的理論數據,從而使學生在實驗中能夠對測量的數據進行對比,方便學生對所取得數據是否有效進行分析和判斷。

2.加強對實驗內容的設計。針對目前實驗學時少的問題,可以在每次實驗內容中設計多個子實驗,有的是必做實驗,有的是選做實驗,這樣動手能力不足的學生可以只完成必做的內容實驗,而一些動手能力強的學生則可以在完成必做內容實驗的基礎上,再完成選做內容實驗,當然這些都會在實驗報告評分上得到體現。例如:在直流電路實驗中,必做實驗內容是“戴維南定理實驗”,選做內容為“疊加定理實驗”;在暫態電路試驗中,必做內容是“RC一階電路的微分電路和積分電路實驗”,選做內容是“RLC二階電路的零輸入響應實驗”。

針對學生在實驗過程中遇到問題,不能夠自主進行分析的現象,在實驗內容中加入了對實驗電路故障和分析環節。在實驗過程中,實驗指導教師根據實驗內容,用本次實驗中所使用的元器件和儀器及儀表給出一個相應的電路和測量數據,比如電壓表的讀數、電流表的讀數等,讓學生分析此時電路存不存在故障、故障的原因及如何排除電路的故障。通過對電路故障的分析和排除,鍛煉了學生分析問題和解決問題的能力。

3.加強教師在實驗中的指導作用。實驗指導教師在實驗前要先對學生的預習報告進行檢查和評分,在實驗過程中要盡可能地詳細介紹各種儀器儀表的使用方法和注意事項,同時還要掌握每名學生的實驗過程,對學生的實驗過程進行客觀地評價。

4.加強學生撰寫實驗報告的能力。在每次實驗結束后,要求學生當堂撰寫實驗報告,實驗指導教師對實驗報告的撰寫要進行悉心地指導,提高學生撰寫實驗報告的能力。實驗報告當堂提交,當堂給出其分數。

通過兩個學年的8個教學班的實踐,并且與其他的教學班進行對比,雖然在第一個實驗時,因為要說明電路實驗的具體要求,而且學生對這種新的教學模式還不適應,使得指導教師的工作量要多一些,但是只要指導教師嚴格要求,每次實驗的效果就會越來越明顯。到最后一個實驗時,指導教師的工作量反而會比其他教學班級要少得多。同時,學生的動手能力、分析問題和解決問題的能力會得到質的飛躍,而且是該教學班級的每個學生都得到了提高。

四、結論

如何培養學生的動手能力、分析問題和解決問題的能力是我校教學改革的目標之一,對于電類學生而言尤其重要。基于該目標,我校對電路實驗進行了一些卓有成效的實踐和探索,通過實驗內容和評價方式的改革,提高了學生學習電路課程的興趣,加深了學生對電路理論的理解,培養和提高了學生分析問題和解決問題的能力。

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篇8

關鍵詞 電力電子 實驗課 仿真

中圖分類號:G424 文獻標識碼:A

0 引言

實驗課在課程教學過程中占很重要的地位,尤其是工科課程,理論分析比較抽象,很難讓學生有直觀的認識。此時適時加入實驗課程不僅鍛煉學生的動手能力,而且有利于學生對所學理論課程形成較為完整的認識,以便于對相關知識更深入地理解和掌握。然而在電力電子技術這門課程的實際教學過程中卻發現使用傳統硬件設備的實驗課有諸多局限之處。為了達到更好的教學效果,可采用仿真實驗與設備器材實驗相結合的方法,力求結合二者優點、消除二者缺點,最大限度地發揮實驗課的作用。本方法采用的數字仿真軟件為美國MathWorks公司出品的Matlab仿真軟件,該軟件提供功能比較強大的專業仿真平臺,對電力電子電路有足夠的處理能力。

1 實驗分析

1.1 實驗安全性差

電力電子技術是針對電能變換的技術,實驗電路有真實的電壓電流通過,實驗所用元器件要經受高電壓大電流,稍有不慎極易引起事故。由于實驗中需要采取電能變換的控制策略,而控制策略需要由學生自己整定,調整失誤時小則保護裝置動作中斷實驗,大則燒毀器件設備;不僅實驗無法完成,還會給實驗帶來經濟損失并給學生帶來精神創傷。

數字仿真實驗過程為復現實際系統中發生的本質過程,完全為軟件計算,沒有任何的危險性。

1.2 實驗接線復雜,費時費力

實驗臺如圖1中a圖所示,采用模塊化設計、面板插孔連線。在組合不同的電路時容易連錯線,而且由于連接線全部垂在面板前,接完線后不易查線。即使一組實驗教師檢查查線及指導時間只要五分鐘,十五套設備也需七十五分鐘,九十分鐘的實驗課時間根本不夠用。如果不查線,學生可能會損壞設備或者做不出相應的結果。而分組過少每組人數多的話,又會導致很多學生無法親自動手而對實際設備認識不足,對實驗現象和結果觀察思考不夠。

MATLAB里面的simulink部分可以利用模塊進行系統模型搭建,其建立過程跟實際接線過程非常相似。圖1中b所示即為三相整流橋電路的仿真模型。仿真模型預先編制調試好,課堂直接說明結構并演示結果,然后再去指導學生做設備實驗。時間緊張可以少分幾組爭取能全部指導,這樣既鍛煉了學生的動手能力,又避免學生做不出實驗無法觀測實驗結果,又可提高學生學習MATLAB的積極性。

a b

圖1

1.3 現象觀察

在觀察實驗結果時,有效值可以用電壓表電流表直接獲得,但是大量需要檢測瞬態變化的量需要用示波器跟蹤觀察。目前所用示波器沒有多路檢測通道,所用雙蹤示波器只能觀察兩路信號,而理論分析時則多是多信號對比分析,因此在檢測結果時對比很不直觀。

圖2 圖3 圖 4

仿真的圖形顯示為自定義,可把觀察信號單獨顯示,也可多波形同時顯示以利于分析對比。圖2中實線為三相橋式整流電路晶閘管承受電壓的理論分析結果,圖3 中黃色為仿真實驗結果其余為參考曲線,圖4為傳統實驗中示波器觀測到的信號。由三圖對比可以看出,多了圖3,從圖2到圖4的認識和理解就比較容易過渡。

1.4 實驗類別少

實驗臺只能做指定的實驗,屬于驗證性實驗,故障情況因其為破壞性在實驗中屬于禁止情況,所以在實驗中根本無法進行。因此在實驗設置中不能進行故障情況分析和模擬類的綜合性實驗。因電力電子實際裝置的特殊性,在實驗和實際應用中極易損壞,學生在學習過程中體會不到故障情況的危害和現象,用仿真可以把故障情況模擬出來并可在數值上進行分析,使學生對故障有直觀的認識。圖5為單相半波整流電路中負載和晶閘管電壓波形,其中a圖為正常情況,b圖為脈沖丟失情況。在工程實際中經常用到的故障情況分析在本課程中屬于高級能力培養,可進行針對性授課。

圖5

1.5 參數不易修改

實驗電路中只要器件連接完畢,除了少數參數可調器件,大部分器件參數都不可調。元件參數選取無論是對電路分析還是對以后設備開發時元器件的選取都是至關重要的。某些場合即使原理正確,器件參數選取不當也會導致實驗或者設備開發失敗。在電子電路中,參數不同,同一電路實現功能就可能不同,比如三相橋式整流電路可工作在整流或者源逆變狀態。觸發角不同,工作狀態就不同,產生的結果和影響也不同。再比如負載類型不同響應也不同,如果在實驗中則需頻繁更改接線換器材,十分不便。而在仿真中元器件參數可以任意改動,在仿真模型中直接可以修改參數觀察現象,由于參數改動而造成的不同結果也均一目了然。圖6中abcd圖為三相橋式整流電路輸出由整流到逆變狀態的幾個變化過程,參數修改非常簡單。而傳統實驗時由于實際情況所限為防止逆變顛覆在觸發角調整上必須十分小心。

圖6

盡管仿真實驗有諸多優點,其缺點也是顯而易見的,那就是沒有真實的設備。學生對原理和現象掌握了以后跟工程實際還是有一定的差距,比如元器件的認識、示波器等一些必須設備的使用等。在傳統實驗過程中學生只是忙于接線,觀察波形,記錄數據,對于原理和電路構造及參數處理沒有深刻的認識。只鍛煉了觀察能力和動手能力,而思考能力和分析能力都沒有得到相應的提高。綜合二者優點,用數字仿真軟件搭建仿真模型,把仿真實驗和器材實驗結合起來取長去短,發揮各自的優勢。以期更好地提高學生的綜合能力。

2 教法設計

根據仿真和真實設備相結合實驗的思路,實驗課時間分配為:理論講解十分鐘,實驗演示十五分鐘,仿真對比十五分鐘,故障分析五分鐘,學生自己做實驗四十五分鐘。

2.1 演示法

實驗演示為實驗課必有流程,應根據實驗大綱和實驗說明書把整個實驗完整地做一遍給學生觀摩。學生可由此獲得比較直觀的印象,減少對實驗器材的熟悉時間。

2.2 對比法

此處應把理論課程的理論分析結果和仿真實驗結果以及實際實驗的結果對比,讓學生可以從理論到仿真再到工程實際的各種有一個遞推的漸進認識,從而對所學知識更容易接受和掌握。

2.3 分析法

分析法主要是針對電力電子的電路故障分析,適用于學習能力強,程度比較好的學生。可作為提高部分有針對性地教學,也可結合理論講解當作最后的思考題目。

3 效果分析

認識到傳統實驗的不足之后在實驗課上引入了仿真實驗,由幾個年級的實驗課后情況統計表明:對于只做傳統實驗的班級,可以明顯看出該年級學生實驗報告只有步驟和部分結果,對實驗分析思考很少。在課堂提問和考試上可以看出對知識的掌握程度不夠。

對于引入仿真實驗后和傳統實驗共同進行實驗的班級,學生對實驗興趣提高了很多,很樂意兩種方法對照著去做實驗并進行對比分析和思考,在實驗報告中也可以看到觀察力、理解力和分析能力有了很大的提高,在課堂上提問回答邏輯性和條理性增強了不少,考試的時候答題思路和方法也拓展了很多。

4 結束語

盡管在實驗課上引入仿真實驗,還是以實驗為主,仿真為輔,確立仿真是為傳統實驗服務的原則。因傳統實驗跟工程應用緊密聯系,仿真模型搭建方便,調試安全,容易完善,可以重復利用,使二者相輔相成后可以把實驗課進行得生動有趣又理論深入。通過對三個年級實驗課的效果進行對比,可以看出仿真實驗在實驗課上和傳統實驗相結合,能取得更好的教學效果。

參考文獻

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高校大部分理工科專業開設了“大學物理”課,“大學物理實驗”是與之對應的公共基礎性實踐課。“大學物理實驗”培養目標是:培養學生的基本技能和獨立思考能力,使他們學會分析問題與解決問題,將知識應用于實踐,提高創新能力 [1]。由于“大學物理實驗”的環節比較多,每個學期都涉及不同專業的眾多學生,具有很大的主觀性,因此難以用統一的標準評定學生的成績。各個學校采取的考核方式不一,常用的考核方式有平時實驗考核、筆試考核、實驗操作考核、多元化考核[2]、平時成績+理論考試+操作考試[3]、平時實驗的考核+期中實驗基本操作考核+期末考核[4]、考核多元化[5]和階段化的考核方式[6]等。不同考核方式存在部分相似性,又不完全相同,各有利弊。筆者鑒借這些考核方式,結合多年的實踐教學經驗和考核經驗,探索提出個人認為適合本校的一種成績評定方式。

1現行考核模式存在的不足

我校一向重視大學物理實驗教學工作,為了保障教學效果,促進教學工作,達到教學目標,盡可能高質量實現人才培養目標,團結一致,努力探索和改進教學模式、教學方法及實驗考核模式。關于實驗考核模式,最初我校通過平時實驗成績和期末考試成績綜合評定學生的《大學物理實驗》成績,但在期末考試中呈現諸多弊端。最終決定注重學生的實驗過程,進行了相應的實驗教學改革,其一,對實驗項目教學任務的承擔老師和指導方式進行調整。原來一個老師基本上承擔一個行政班級的兩個實驗項目,并在兩個相鄰的實驗室交錯同批次指導兩個實驗項目,由于指導老師無法同時出現在兩個不同的實驗室,導致在指導老師不在本實驗室的情況下,出現了很大比例的學生抄襲實驗數據或根據他人的數據偽造實驗數據的現象,但由于老師不在場不能及時發現這些現象,導致部分學生做完了實驗還不知道怎么使用這些基本的實驗儀器的現象,甚至老師覺得實驗數據可疑的情況下,由于沒有證據,導致在學生面前顯得很被動,起不到培養學生動手能力、分析和解決問題的能力的目的,甚至連最起碼的誠信教育也達不到。也不能合理的評價學生的實驗過程。因此,后來調整為一個老師只承擔一個行政班級的一個實驗項目,相應的同一時段一個老師只指導一組學生的實驗,這樣一來,指導老師能有效督促學生的實驗過程,也能及時發現學生實驗過程出現的問題,有效解決了部分問題。其二,實驗成績評定方式由原來的平時成績+期末成績的綜合評價調整為平時成績的綜合評定方式。由于注重學生實驗過程,對于每個實驗的成績又由實驗過程成績(占40%)和實驗報告成績(占60%)兩部分綜合評價給出。

上述這種實驗教學組織方式和成績評定方式,在一定意義上講有利于培養學生的基本技能和獨立。但也存在一定問題,如:有學生反映“誰誰抄了他(或她)的實驗報告,但最終成績比他(或她)高”,也有人反映“誰誰平時不認真做實驗,但得到了比較好的實驗成績”等。究其原因,由于指導老師無法督促實驗報告撰寫過程,出現了部分抄襲的現象,這部分學生往往抄襲成績比較好學生的實驗報告,而實驗報告成績占的比例又比較大,因此出現了學生所反映的這些現象,造成成績評定的不客觀性和不公平性,助長了部分學生的惰性,也打擊了部分學生的學習積極性。

為了進一步落實教學目標和人才培養目標,筆者探索和改革《大學物理實驗》成績評定方式,提出由平時成績(占40%)、期末考試成績(占30%)和自主實踐考核成績(占30%)綜合評價的成績評定方式。下述對該評定方式進行了詳細的介紹。

2平時成績、期末考試成績和自主實踐成績綜合評定的成績評定方式

2.1 平時成績的評定

以我校2015年下學期對某個專業16學時的“大學物理實驗(1)”為例說明平時成績的評定方式。16學時開設5個實驗項目,分別為:示波器的使用、電子元器件的判別與測量、在氣墊導軌上驗證動量守恒定律、光的等厚干涉現象的觀測和楊氏模量的測定(伸長法)。分別由5個不同的老師承擔,對每個實驗基本做到了1學生1小組獨立完成實驗,每大組學生不超過15個學生。對單個實驗,指導老師從學生預習情況(占10%)、基本的動手能力(占30%)、獨立思考及解決問題的能力(占30%)、實驗數據的準確程度(占20%)和完成實驗之后整理儀器及搞實驗室環境衛生的情況(占10%)給出實驗的過程成績,該成績在學生結束實驗時給出;指導老師再綜合學生對實驗原理的理解程度、實驗數據處理的方法及結果的準確程度、分析問題的透徹程度和實驗報告的完整性幾個角度給出實驗報告成績;綜合實驗的過程成績(占60%)和實驗報告成績(占40%),5位指導老師各自給出所承擔實驗項目的成績;根據5個實驗項目的難易程度和數據處理的復雜程度,綜合評定給出實驗的平時成績。本文所舉的上述5個實驗項目中,“光的等厚干涉現象的觀測”和“楊氏模量的測定(伸長法)”無論是儀器的調整還是具體的測量操作都具有一定的難度(特別是“光的等厚干涉現象的觀測”的測量過程中視覺很疲勞),數據處理也比另外3個實驗項目復雜,可以說這兩個實驗項目基本上起到了從全方位培養學生的各種能力,認為可以給這兩個實驗項目設置相對較高的平時成績比例,基于此,設置上述各個實驗項目成績所占平時成績的比例依次為:15%、15%、20%、25%和25%。

2.2期末考試成績的評定

目前,我校每上半年和下半年大概各有1000多學生和400多學生陸續進實驗室做大學物理實驗,一般情況下每個實驗項目只能同時接納15個學生實驗,因此難以在短期內公平公正的進行操作考試;其次,我校很注重實驗過程,在各個實驗過程對每個實驗給出了基本合理的過程成績。因此,實驗的期末考試仍然以理論考試為準,主要考核學生對已做實驗相關理論知識的理解情況和數據處理的能力,在考試中統一給某一個實驗的測量數據,讓學生處理實驗數據,進行數據分析。由于理論考試不能很好地體現實驗課程的教學目標和人才培養目標,所以期末考試成績不應占過高的比例,筆者認為期末考試成績占總成績的30%比較合理。

2.3自主實踐考核

為了能夠更好地實現教學目標和專業培養目標,提出增加自主實踐考核的思想,具體方案是:首先,由每個班的理論課老師給學生介紹實驗室的基本條件和現有的實驗儀器;然后,實驗室統一開放兩周時間,在這兩周內學生通過查詢文獻資料或書籍資料,自行確定實驗項目,自行設計實驗方案,到實驗室獨立完成實驗。自擬的實驗項目可以是再現某一物理現象或測量某一物理量,在現有的實驗條件不能滿足學生設計方案需求的情況下,允許及鼓勵學生做仿真實驗;最后,學生通過撰寫科技報告,論述自己實驗項目的實驗原理及設計方案,并對自己的測量數據進行數據分析和處理,對自己的實驗進行合理評價,給出結果。

該過程的每個環節都由學生獨立完成,要求每學生1個實驗項目,倆倆之間不能有相同的情況,并且不能選本學期開設過的實驗項目。有利于培養學生的獨立思考問題的能力、分析及解決問題的能力、基本動手能力、理論聯系實踐的能力及創新能力等,能全方位考核學生,能有效體現出學生之間的差距,能讓老師更好地了解學生的差異,以便因材施教,有效促進教學效果,可以說是最高層次的考核方式,但由于《大學物理實驗》本身是基礎性實踐課,照顧大多數學生的基本技能和基本的思考問題及解決問題的能力,因此其成績在總成績中所占的比例不應過高,基于此,認為占總成績的30%比較合理。

篇10

大學物理實驗是高等院校理工科專業開設的全面系統的必修課,課程獨立設置,其任務是通過實驗培養學生發現、分析和解決物理問題的能力,讓學生系統地掌握物理實驗的基本知識、基本方法和基本技能。通過該門課程的教學,不僅要加強學生實驗技能訓練,培養學生的實際動手能力,對實驗數據的處理及綜合分析能力,更主要是培養學生分析問題和解決問題的能力,科學思維和創新意識,這些都是服務地方經濟建設和社會發展所需應用型人才必須具備的素質和能力。目前大學物理實驗課程已經獨立設課,但是實驗內容仍然按照理論課體系來編寫,分為力學實驗、熱學實驗、電磁學實驗和光學實驗四部分。這樣安排大學物理實驗課程,只是考慮了物理學的理論體系,沒有充分考慮不同專業學生的學科特點和專業背景。只注重對物理原理的講解和學生動手操作能力培養,忽略了學生處理數據,分析誤差等綜合能力培養。實驗教學方式通常是先由教師講解實驗原理、實驗步驟、儀器的使用及注意事項等,然后由學生按照實驗的步驟,操作實驗儀器進行實驗和實驗數據的記錄,課后進行數據處理和誤差分析,最后完成實驗報告。期末實驗的考核,主要依據是最后完成得實驗報告。顯然,這種教學方式注重實驗由易到難、循序漸進,保證了學生掌握基礎實驗知識和技能,但卻忽略開設設計性和研究性實驗對學生綜合設計能力和創新意識的培養。結果導致學生只能按照實驗步驟完成實驗各項內容,達不到提高學生創新意識、分析問題和解決問題的能力,培養應用型人才的真正目的。另一方面,擴招制度下的生源素質下降,課程學時量的不斷削減。因此,我們有必要打破原有的教學模式和教學觀念,改革現有教學內容、教學方法和考核方式,使教學滿足應用型才培養的需要。

2大學物理實驗改革舉措

2.1建立分層次教學體系

培養地方社會發展和經濟建設所需要的高素質應用型人才,需要整合大學物理實驗的實驗內容,改革課程體系,基于專業需求,建立了分層次大學物理實驗教學體系。基礎性實驗主要訓練學生實驗技能,培養學生實際動手能力,和處理數據的綜合能力,教學對象為各專業學生。基礎性實驗包括長度和密度的測量、示波器和電位計調節與使用及分光計的調節等實驗。綜合性實驗是在基礎性實驗的基礎上,把力學、熱學、電磁學、光學的有關知識或測量儀器綜合加以應用,以綜合實驗能力鍛煉為目標,教學對象為理、工類各專業學生。綜合性實驗能夠提高學生的綜合素質和操作能力,為今后的設計性實驗和研究性實驗打下基礎。設計性和研究性實驗教學對象為物理、電子信息科學與技術各專業學生,內容為融合各分支學科和交叉學科的綜合創新性實驗。

2.2與畢業設計相結合

培養高素質應用型人才,不僅需要完善科學的課程體系,合理的實驗內容,還需要為應用型人才的培養多創造實踐和鍛煉的機會。將大學物理設計性和研究性實驗項目作為學生的畢業設計內容或者把大學物理實驗室作為完成畢業設計平臺。為完成畢業設計的各專業學生開放實驗室,學生自主選擇實驗設備,在教師的指導下完成設計性或研究性實驗內容。與畢業設計相結合可分為兩種類型,一是先給定某種主要儀器設備,讓學生根據已知原理,擬定實驗方案,選擇和組裝實驗所需儀器,完成某一物理量的測量。二是給定一個新的實驗項目,讓學生根據所學知識,自擬實驗方案,自選實驗儀器,自己組裝線路和設備,完成實驗項目所提要求。按照以上類型完成實驗后、根據實驗撰寫相關畢業論文,從而培養學生的分析解決問題能力和創新能力。

2.3搭建對外服務窗口

利用大學物理力、熱、光及電實驗室儀器設備,結合實驗教學改革的理念,積極鼓勵學生參加全國性大學生科技創新類競賽,使得學生在準備比賽中動手能力得到鍛煉,創新意識得以提高。把物理實驗實驗中心作為培訓周邊中學的物理教師和參加物理及相關競賽的學生基地,提供實驗理論知識,綜合性、設計性及研究性實驗的平臺。暑期還可以組織優秀中小學生,以夏令營的形式參觀實驗室,開放基礎性實驗項目,提供力、熱、光及電磁學的演示性小實驗。

3結語