“電路”教學(xué)改革的探索與實(shí)踐

劉慶雪?公茂法?劉寧?于昊昱

摘要：“電路”是電氣信息類專業(yè)非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，因此該課程教學(xué)在學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)和素質(zhì)培養(yǎng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其教學(xué)質(zhì)量的高低直接影響電類專業(yè)學(xué)生整體素質(zhì)的培養(yǎng)和提高。為滿足日益發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)需求，對(duì)“電路”課程的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面進(jìn)行了改革，特別是教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行了大膽嘗試和實(shí)踐。實(shí)踐證明這有效地改善了教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：電路；仿真實(shí)驗(yàn)；引導(dǎo)式教學(xué)法

作者簡(jiǎn)介：劉慶雪（1980-），男，山東鄒城人，山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，講師；公茂法（1959-），男，山東臨沂人，山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，教授。（山東 青島 266590）

基金項(xiàng)目：本文系山東省高等學(xué)校電氣工程及其自動(dòng)化特色專業(yè)階段性研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）07-0068-02

“電路”課程是電氣工程及其自動(dòng)化、自動(dòng)化、通信工程、電子信息工程、生物醫(yī)學(xué)工程等電氣信息類專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在整個(gè)本科教學(xué)過程中，起著承前啟后的重要作用。本課程內(nèi)容抽象，理論較多，系統(tǒng)性、邏輯性強(qiáng)。因此，“電路”的學(xué)習(xí)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力以及分析問題解決問題的能力，有著舉足輕重的作用。

“電路”課程要求學(xué)生掌握電路的基本概念、一般電路分析理論和電路分析方法，掌握實(shí)驗(yàn)的基本操作規(guī)程和方法，為電類專業(yè)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，[1，2]這也是電類專業(yè)人才培養(yǎng)所具備的基本知識(shí)和基本技能。

由于“電路”概念多、定理復(fù)雜、內(nèi)容抽象，定理等概念的理論推導(dǎo)過程設(shè)計(jì)到“高等數(shù)學(xué)”、“大學(xué)物理”、“復(fù)變函數(shù)”等知識(shí)點(diǎn)，對(duì)于沒有任何專業(yè)背景的大一大二學(xué)生而言，要想學(xué)好該課程比較困難。山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院的“電路”課程教研組教師年齡結(jié)構(gòu)和學(xué)緣結(jié)構(gòu)合理，其中有多位教師有多年電路教研經(jīng)驗(yàn)，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)幾個(gè)方面進(jìn)行了全面的研究和探索，也取得了一系列成果。

一、教學(xué)內(nèi)容的改革

“電路”課程具有很強(qiáng)的理論性，又有較強(qiáng)的工程實(shí)踐性，因此，如何讓學(xué)生在學(xué)好基礎(chǔ)理論的同時(shí)又能了解和掌握所涉及的相關(guān)實(shí)踐知識(shí)，是當(dāng)前該教學(xué)改革所面臨的主要問題。課程組教師通過近年的探索和實(shí)踐，在以下方面作了改進(jìn)和探索，并取得了較理想的教學(xué)效果。

在確?；纠碚摵投ɡ淼那疤嵯拢饤壱恍┘记尚赃^重且與實(shí)際脫鉤的內(nèi)容，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)和解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)，確立了“電阻電路分析與動(dòng)態(tài)電路分析并重；時(shí)域分析與相量分析及s域分析并重；直流分析與交流分析并重；方程分析與計(jì)算機(jī)輔助分析并重；解析方法與仿真方法并重”的新課程體系。通過優(yōu)化課程內(nèi)容，引入計(jì)算機(jī)輔助分析的新內(nèi)容和計(jì)算機(jī)仿真、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、多媒體教學(xué)等先進(jìn)手段，基本滿足了教學(xué)需要，并發(fā)表了多篇教學(xué)論文，獲得多項(xiàng)教學(xué)獎(jiǎng)。

二、教學(xué)方法的改革

我國傳統(tǒng)的教學(xué)模式是“填壓式”的，這是在一定歷史條件下中國特定的教學(xué)模式的產(chǎn)物，在中國傳統(tǒng)應(yīng)試教育背景下，有它特定的積極作用。但在科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異的今天，這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)失去了它昔日的光彩，不能滿足現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。并且，這種“填壓式”的教學(xué)模式往往會(huì)使得課堂氣氛異常壓抑和沉悶，以至于使得學(xué)生產(chǎn)生消極學(xué)習(xí)甚至厭學(xué)的情緒，這嚴(yán)重影響了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

電路教研組教師在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，由于“電路”課程理論性比較強(qiáng)，涉及數(shù)學(xué)知識(shí)比較多，學(xué)生學(xué)習(xí)起來比較吃力。針對(duì)這種情況，教研組成員積極改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)方法，重在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，增加學(xué)生獨(dú)立思考的時(shí)間和機(jī)會(huì)等幾個(gè)方面，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.采用引導(dǎo)式教學(xué)法

教師在上課時(shí)主動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)課程相關(guān)內(nèi)容和問題進(jìn)行思考和討論，這樣既活躍了課堂氣氛，也調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并且有效地培養(yǎng)了學(xué)生的思維、創(chuàng)新能力。當(dāng)然，學(xué)生是否按照教師事先準(zhǔn)備的思路去積極思考，關(guān)鍵在于所引導(dǎo)內(nèi)容和問題的趣味性和吸引力，在于所提出的問題是否與所要引出的問題具有很大的關(guān)聯(lián)性。因此，教師在授課前應(yīng)根據(jù)所要講授的知識(shí)點(diǎn)以及學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的掌握情況，仔細(xì)設(shè)計(jì)本堂課的具體內(nèi)容，包括板書、教案準(zhǔn)備、知識(shí)引入、課堂提問、課后作業(yè)等。比如，在講授電路定理中的戴維南定理這一節(jié)內(nèi)容時(shí)，可以列舉學(xué)生日常生活中MP3的例子，對(duì)耳機(jī)來說，MP3所有的其他電路部分都可以看出一個(gè)實(shí)際電壓源。然后再進(jìn)一步舉例：對(duì)于所有的負(fù)載而言，負(fù)載外的所有電路部分都可以看成一個(gè)實(shí)際電壓源，直到引出本堂課所要講的戴維南定理。這樣不僅可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，而且讓學(xué)生明白所要學(xué)的內(nèi)容在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。[3]

2.化抽象為形象教學(xué)法

“電路”課程中的很多概念和知識(shí)點(diǎn)比較抽象，不但教師很難形象地表達(dá)，而且學(xué)生也很難理解與掌握。對(duì)研究對(duì)象的有關(guān)信息進(jìn)行形象化地加工，這樣貯存在大腦里的形象信息進(jìn)行加工（分析、比較、整合、轉(zhuǎn)化等），從而從形象上認(rèn)識(shí)和把握研究對(duì)象的本質(zhì)和規(guī)律，這樣可以達(dá)到事半功倍的效果。比如，對(duì)于二階電路問題，如果花大量時(shí)間講解怎樣求解二階微分方程，學(xué)生會(huì)感到非常枯燥，而且學(xué)完之后依然沒有一個(gè)感性和具體的認(rèn)識(shí)。在對(duì)待二階電路問題時(shí)，首先要向?qū)W生講明白，分析任何電路包括二階電路，最根本的方法就是對(duì)電路進(jìn)行列方程，然后求解方程。由于二階電路的特殊性，描述電路的方程為二階微分方程，至于如何求解二階微分方程不是“電路”課程學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，因此，只對(duì)二階微分方程的求解結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析和總結(jié)就可以了。最后可以舉例汽車的減振系統(tǒng)和天平測(cè)量時(shí)的振蕩等與實(shí)際生活密切相關(guān)的例子來說明二階系統(tǒng)振蕩的意義，這樣，更容易使得學(xué)生對(duì)所學(xué)的抽象問題進(jìn)行深刻理解，而且可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

3.歸納總結(jié)式教學(xué)法

由于“電路”課程本身的特點(diǎn)，電路分析的方法特別多，這些分析方法既有聯(lián)系又有區(qū)別，學(xué)生學(xué)起來吃力且不容易掌握和運(yùn)用。這就要求教師在電路教學(xué)的整個(gè)過程中，經(jīng)常歸納總結(jié)，并且多做多講習(xí)題，以達(dá)到讓學(xué)生徹底掌握知識(shí)的教學(xué)目的，才能使得學(xué)生真正弄清幾種分析方法之間的內(nèi)在聯(lián)系和本質(zhì)區(qū)別。而且“電路”是一門系統(tǒng)性很強(qiáng)的課程，每個(gè)章節(jié)的內(nèi)容是緊密相關(guān)的，只有教師及時(shí)歸納和總結(jié)，學(xué)生才能理順整個(gè)課程體系的來龍去脈。例如：在講授線性電路的復(fù)頻域分析法時(shí)，可以通過簡(jiǎn)單的典型一階電路和二階電路，分別用時(shí)域分析法、相量法和拉普拉斯變換法進(jìn)行分析求解，這樣可以給學(xué)生以切身感受，真正體會(huì)到這三種電路分析法各自的優(yōu)缺點(diǎn)，然后教師再加以總結(jié)，學(xué)生就可以有比較的理解記憶和掌握。對(duì)于簡(jiǎn)單的一階動(dòng)態(tài)電路，用經(jīng)典的時(shí)域分析法求解比較簡(jiǎn)單；而對(duì)于復(fù)雜的高階動(dòng)態(tài)電路，拉氏變換法是最好的分析方法，相量法是分析正弦穩(wěn)態(tài)電路最有效的分析方法。

三、教學(xué)手段的改革

在“電路”教學(xué)中，教學(xué)手段的好壞是保證教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。近些年學(xué)校采取多樣化的教學(xué)手段，其中多媒體的應(yīng)用是最主要的改革內(nèi)容。對(duì)于課程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，采取課堂現(xiàn)場(chǎng)電路仿真實(shí)驗(yàn)演示；對(duì)于學(xué)生平時(shí)沒有接觸的常用電路元件，盡量讓教師帶入課堂，增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，以增加學(xué)生的整體印象和學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

多媒體的運(yùn)用使得教師在有限的時(shí)間內(nèi)增大了所要講授內(nèi)容的信息量，特別是由于“電路”課程本身的特點(diǎn)，電路圖比較多，且復(fù)雜，如果單靠教師的板書，很顯然將會(huì)占用大量課堂時(shí)間。如果采用多媒體教學(xué)，就會(huì)使得教師能夠騰出時(shí)間進(jìn)行講解課程中的難點(diǎn)和重點(diǎn)。另外，多媒體是多種媒體的結(jié)合，如果運(yùn)用得當(dāng)就可以對(duì)學(xué)生形成多種渠道感知和學(xué)習(xí)知識(shí)的刺激，也從一定程度上調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性。因此多媒體的使用到大大提高了課堂教學(xué)的效率，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，在有限的時(shí)間內(nèi)拓展了學(xué)生的知識(shí)面和信息量，把抽象的難以理解的知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)化成形象的容易理解的圖片，使得學(xué)生能夠輕松直觀地理解所學(xué)知識(shí)的內(nèi)在原理，從而更好地找出其中所蘊(yùn)含的規(guī)律。

四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革

電路實(shí)驗(yàn)是“電路”課程中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課堂理論教學(xué)是相輔相成的兩個(gè)重要部分，也是學(xué)生學(xué)習(xí)電路知識(shí)的一個(gè)非常有效的教學(xué)手段，更是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力、實(shí)驗(yàn)操作技能的渠道。電路實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)電路理論知識(shí)的一種重要途徑，從而增加學(xué)生由理性到感性，再由感性到理性的深刻認(rèn)識(shí)。電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以幫助學(xué)生在實(shí)際中觀察問題、分析問題和解決問題，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行理論聯(lián)系實(shí)際的思維方式。

傳統(tǒng)的電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)都是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書要求下，在實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)下按部就班地完成電路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這種教學(xué)模式極大地限制了學(xué)生的主觀能動(dòng)性的發(fā)揮，也起不到電路實(shí)驗(yàn)應(yīng)有的作用?！半娐贰闭n程作為電氣信息類專業(yè)學(xué)生的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課，培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，幫助學(xué)生樹立理論聯(lián)系實(shí)際的思維方式無疑更為重要，因此，電路實(shí)驗(yàn)的改革應(yīng)該從以上幾個(gè)方面實(shí)施。

1.增加綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

學(xué)院從2007年開始就著手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的編制，并于2008年編制一套電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，并在此基礎(chǔ)上于2010年出版電路實(shí)訓(xùn)教程一部。無論是實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書還是實(shí)訓(xùn)教程都重點(diǎn)突出了綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)一些理論性過強(qiáng)、與實(shí)際脫鉤的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了刪減，目的就是發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和實(shí)際動(dòng)手的能力。綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的增加對(duì)于充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考意思具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，也大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)激情。

2.開放實(shí)驗(yàn)室

學(xué)院電路實(shí)驗(yàn)室隸屬于國家級(jí)電工電子中心，因此，實(shí)驗(yàn)室除了承擔(dān)本學(xué)院電類專業(yè)學(xué)生的電路實(shí)驗(yàn)課之外，還承擔(dān)著其他學(xué)院相關(guān)電類專業(yè)學(xué)生的相關(guān)電路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這樣將會(huì)面臨接受大量學(xué)生進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)的問題，勢(shì)必會(huì)造成基礎(chǔ)較差的學(xué)生不能在課堂時(shí)間保質(zhì)保量地完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。為了幫助這部分學(xué)生能夠順利完成實(shí)驗(yàn)，從2007年開始，實(shí)行電路實(shí)驗(yàn)室全天開放，這極大地鼓勵(lì)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，特別是對(duì)于參加各類電子競(jìng)賽和科研立項(xiàng)的學(xué)生，電路實(shí)驗(yàn)室為這部分學(xué)生提供了一個(gè)良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

3.增加虛擬實(shí)驗(yàn)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的以硬件為主的電路實(shí)驗(yàn)發(fā)生了根本的變化。虛擬實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間和空間的限制，只要在普通的PC機(jī)上就可以完成虛擬實(shí)驗(yàn)。流行的虛擬仿真軟件功能異常強(qiáng)大，界面逼真，模擬程度幾乎跟傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)一模一樣，可以完成所有硬件實(shí)驗(yàn)所能完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。另外，虛擬實(shí)驗(yàn)還具備傳統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)所沒有的優(yōu)勢(shì)，電子元器件和實(shí)驗(yàn)儀器不會(huì)損壞，也不會(huì)出現(xiàn)故障，避免了學(xué)生由于操作不當(dāng)所造成的安全問題。

由于電路課程本身的特點(diǎn)，虛擬實(shí)驗(yàn)還可以完成傳統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)不能完成的功能。比如在觀察二階電路頻率特性曲線時(shí)，傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)，如果由于操作不規(guī)范所引起的測(cè)量誤差問題就很難繪制出頻率特性曲線，但如果利用虛擬實(shí)驗(yàn)，只要參數(shù)設(shè)置得當(dāng)，就能夠很順利地繪出頻率特性曲線，并且可以繪出不同參數(shù)下的頻率特性曲線，有助于幫助學(xué)生理解品質(zhì)因數(shù)的大小跟頻率特性曲線形狀的關(guān)系問題。因此，虛擬實(shí)驗(yàn)可以極大地提高實(shí)驗(yàn)效率。

以校園網(wǎng)為基礎(chǔ)建立了虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可以從校園網(wǎng)下載常用的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件，如Pspice、Multisim等，這樣學(xué)生可以根據(jù)自己的需要，通過虛擬平臺(tái)這種開放式的教學(xué)環(huán)境自由學(xué)習(xí)。

五、結(jié)束語

從2006年至今，電路教研組對(duì)教學(xué)大綱、教材編寫、內(nèi)容整合、教學(xué)方法、教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了一系列的改革，取得了良好的教學(xué)效果。

2007年“電路”課程被評(píng)為“山東省精品課程”，下一步準(zhǔn)備申報(bào)國家級(jí)精品課程；2010年課題組成員編寫教材《電路實(shí)訓(xùn)教程》一部，并由中國石油大學(xué)出版社出版；2011年榮獲校級(jí)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)；近年來學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)中屢獲佳績，其中在國家級(jí)及省級(jí)競(jìng)賽中獲得多項(xiàng)大獎(jiǎng)。由于國內(nèi)相當(dāng)一部分工科院校特別是知名高校把“電路”作為研究生初試課程，近幾年學(xué)院學(xué)生考研率較往年有了大幅提高；學(xué)院畢業(yè)生就業(yè)率也較之過去大幅提升，其中一次性就業(yè)率各個(gè)電類專業(yè)都在90%以上。

如何對(duì)“電路”課程的教學(xué)進(jìn)行有效的改革一直是電路課程教育工作者們所面臨的重大課題，需要廣大教師進(jìn)行不斷努力和實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：宋秀麗）