《電路理論基礎(chǔ)》精品開放課程建設(shè)的質(zhì)量提升與改革實踐研究

王 鳳

(中山大學(xué)新華學(xué)院 信息科學(xué)系，廣州510520)

2011 年教育部《關(guān)于國家精品開放課程建設(shè)的實施意見》指出:加強優(yōu)質(zhì)教育資源開發(fā)和普及共享，進一步提高高等教育質(zhì)量，服務(wù)學(xué)習(xí)型社會建設(shè)［1］，拉開了新一輪的精品課程建設(shè)序幕，早在2007 年教育部《關(guān)于實施高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的意見》當(dāng)中就明確指出:在以往的基礎(chǔ)上面，進行重點改革和建設(shè)，提升課程建設(shè)水平和教學(xué)質(zhì)量［2］。2012 年MOOCS 風(fēng)潮席卷全球，Udacity、Coursera、edX 三大MOOCs 網(wǎng)站平臺相繼成立運營，因此被稱為“慕課元年”［3］，這2 年的快速發(fā)展，對傳統(tǒng)教學(xué)提出了很大的挑戰(zhàn)，同時國內(nèi)也相繼開始了MOOCS 平臺的建設(shè)，不論是高等學(xué)校還是公司機構(gòu)都加入到這個博弈的舞臺，以此理念來建設(shè)重點課程和精品課程是很有必要的，精品資源開放課程以開放共享優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源為理念與其思想不謀而合，本文以《電路理論基礎(chǔ)》這門課程重點探討怎么建設(shè)高質(zhì)量的精品開放課程。

1 《電路理論基礎(chǔ)》課程教學(xué)的難點

《電路理論基礎(chǔ)》課程一般采用的教材是邱關(guān)源的《電路》［4］，作為工科專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)必修課，具有非常重要的地位，此門課程在專業(yè)學(xué)習(xí)中是承前啟后，承接高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等公共基礎(chǔ)課，為后續(xù)專業(yè)課程提供必要的基礎(chǔ)理論。本書一共18 章，主要全面講述電路的基本定理定律，基本概念還有分析的典型例題，分為理論部分和實驗部分，理論部分大部分采取的挑選講授，很難把18 個章節(jié)在課堂上授課完，針對不同專業(yè)但屬于同一大類的學(xué)生教學(xué)難易度又不能一樣，電子電氣方向的學(xué)生的難度要大，計算機方向的學(xué)生難度要小，選擇的重點也不一樣，那么此課程作為專業(yè)公共基礎(chǔ)必修課要全面考慮各專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的狀況，采取不同教學(xué)方式和方法。

理論教學(xué)方面，針對不同專業(yè)的學(xué)生所制定的教學(xué)計劃根據(jù)實際情況進行調(diào)整，還需要根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容調(diào)整上課學(xué)時，在課堂上授課時根據(jù)不同專業(yè)學(xué)生采用不同的進度，側(cè)重重難點，主要以啟發(fā)式與引導(dǎo)式學(xué)習(xí)方式，循序漸進讓學(xué)生學(xué)的懂，聽的明白，能思考，在原有的基礎(chǔ)理論上面進行延伸。實踐教學(xué)方面，作為電路理論基礎(chǔ)的實驗課，基本都是驗證書本上面的定理定律，都是驗證性實驗，很多人提出要減少驗證性實驗，增加綜合性設(shè)計性實驗，這里有個誤區(qū)，并不是把驗證性改成綜合性和設(shè)計性實驗就是提高了實驗教學(xué)的質(zhì)量和進行了必要改革，其實在電路實驗里面，大部分依然還是基礎(chǔ)的驗證性實驗，只是我們應(yīng)該怎么做，怎么提出問題，設(shè)計問題，把驗證性衍生一樣可以起到綜合性和設(shè)計性實驗的效果。以上都是從傳統(tǒng)教學(xué)方面指出存在的問題，作為電路理論基礎(chǔ)的精品課程建設(shè)，具有一定的啟示作用，精品課程的建設(shè)旨在提高課程學(xué)習(xí)質(zhì)量，從多方面對傳統(tǒng)課堂延伸，并在傳統(tǒng)課程的基礎(chǔ)上進一步加強課程建設(shè)。

2 精品開放共享資源課程建設(shè)

前面探討了《電路理論基礎(chǔ)》課程教學(xué)中存在的一些問題，作為工科專業(yè)的必修課，此門課程的內(nèi)容基本上很多年都不變，這對電子信息這樣大類的課程群來說有點格格不入，隨著科技的發(fā)展，很多技術(shù)都日新月異，總的學(xué)時并沒有改變，但是教學(xué)計劃，新技術(shù)新課程的出現(xiàn)，一直都在做大的調(diào)整，然而電路的權(quán)威教材最新的也才是06 版的，電路課程沒有更新沒有改變也是正常的，畢竟都是最基礎(chǔ)的東西，那么這樣就提出了個新問題，既要改革傳統(tǒng)的教學(xué)方法，也要建設(shè)精品課程，同時要符合時代和社會的需求，那么需要新的理念來建設(shè)精品開放共享資源課，這里剛好借用MOOCS 的理念來提升其質(zhì)量。

首先，從精品課程到精品資源共享課程是質(zhì)量工程中的建設(shè)項目，建設(shè)都是按部就班，按照各種規(guī)則和條件來建設(shè)，具體規(guī)劃其屬于什么類型的課程，教學(xué)方法，教學(xué)手段，教學(xué)大綱，教學(xué)資源，教師隊伍，建設(shè)效果，以及課程的特色等，通過建立相關(guān)的網(wǎng)站，把相應(yīng)的材料上傳，然后上傳部分視頻，就算建設(shè)好結(jié)題，之后就很少更新和擴展，僅僅作為一個項目，從精品課程升級到精品資源共享課程無非增加了一些指標(biāo)和要求，在這里以MOOCS 的理念建設(shè)《電路理論基礎(chǔ)》的精品開放共享資源課，那么除了完成相關(guān)重點課程和精品課程的指標(biāo)外，建設(shè)怎么樣的學(xué)習(xí)平臺是非常重要的。這里建設(shè)學(xué)習(xí)平臺就要吸引學(xué)生訪問，學(xué)生能持續(xù)從平臺中獲得自身需要的資源，使用對象是學(xué)生，不能僅僅只注重效果，還要看能否吸引學(xué)生的興趣，確實能幫助到他們加深知識點的學(xué)習(xí)和奠定好后續(xù)課程的基礎(chǔ)。平臺的建設(shè)就是把網(wǎng)站建設(shè)，以往的網(wǎng)站都是按照要求分門別類，更像是一個堆資料的地方，按照現(xiàn)在的方式，以簡潔為主，可以在線實時的學(xué)習(xí)，知識點細化講授，還可以進行討論和問題求解。依據(jù)這種方式，就需要認可教師花時間用在錄制相關(guān)的知識點視頻上，形成全面的知識點體系視頻，可以借鑒網(wǎng)絡(luò)上的在線學(xué)習(xí)課堂方式。既然是針對一門課程，那就形成這門課程從易到難的知識點完整視頻，并且要標(biāo)注每個視頻適合什么專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)，通過這種方式區(qū)分不同專業(yè)，對傳統(tǒng)課堂是有益的補充。讓教師團隊齊心協(xié)力錄制整本書所有的知識點，可以每學(xué)期根據(jù)實際的進度和采用的教學(xué)方法，實現(xiàn)逐步補充內(nèi)容到平臺中，并可以分初級，中級，高級，采取分級的形式完善課題體系，甚至可以讓剛?cè)胄５膶W(xué)生提前學(xué)習(xí)。從建設(shè)平臺開始以教師團隊為主，從基礎(chǔ)理論授課視頻開始，逐步錄制逐步上傳，先從知識點開始，最后形成體系，理論教學(xué)和試題分析視頻等分成不同的欄目，隨著平臺的不斷完善，錄制的視頻逐漸增多，可以擴展其知識點，可以與后續(xù)課程進行關(guān)聯(lián)，把網(wǎng)站建設(shè)成理論學(xué)習(xí)互動平臺。這是基本的平臺開放式教學(xué)資源建設(shè)，如圖1。

圖1 《電路理論基礎(chǔ)》精品開放課程學(xué)習(xí)平臺的結(jié)構(gòu)圖

其次，《電路理論基礎(chǔ)》課程的實驗課，前面提到，電路實驗課多以驗證性實驗為主，在實驗室采用的是儀器驗證填數(shù)據(jù)方法，主要是對定理定律和分析方法的驗證，因缺少綜合性和設(shè)計性實驗被作為改革的重點，改革實驗教學(xué)是必須的，但是不能因為改革就否定驗證性實驗，其實驗證性實驗同樣重要，在這里重點要改革的是教學(xué)方法，怎么更好的去設(shè)計實驗。前面依然是采用驗證性實驗讓學(xué)生有直觀的認識，并設(shè)計不同的方法和相關(guān)的問題，讓學(xué)生用不同的辦法去解答，后面采用前面的基礎(chǔ)構(gòu)建復(fù)雜的電路，這種方法也是沿用普通的實驗教學(xué)方法，這里可以利用平臺，簡單的驗證性實驗完全可以通過錄制相關(guān)的講授和操作視頻，提供學(xué)生進行自學(xué)簡單部分，把傳統(tǒng)實驗課時留給難度較大的驗證性實驗和綜合性設(shè)計性實驗，同時教師可以聯(lián)合學(xué)生設(shè)計實驗和設(shè)計問題，并以錄制視頻的方法放到平臺，這里可以分提出問題的視頻，關(guān)聯(lián)講授的視頻，操作的視頻。這都是基于實際的儀器，目前教學(xué)大量使用仿真，可以使用MATLAB 把所有實驗進行仿真，同樣可以把MATLAB 解決問題和分析問題的程序還有仿真通過錄制放入到平臺作為實踐仿真部分，形成一種開放式精品資源體系，實物操作和軟件仿真相結(jié)合的教學(xué)辦法，學(xué)生可以以軟件仿真也可以以實物來驗證和設(shè)計，有效輔助了傳統(tǒng)課堂，個人可以根據(jù)需要上平臺自主學(xué)習(xí)。在平臺要標(biāo)注出難易度和適合某專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)，以期做到共享平臺“因材施教”，適合各類不同層次和不同專業(yè)的學(xué)生。

《電路理論基礎(chǔ)》的實驗主要驗證的是基爾霍夫定律、疊加定律和等效定律等簡單的基本電路定律。下面舉例用MATLAB 對電路進行分析和求解。

如圖2 所示電路，已知:Us=10V，R1=7Ω，R2=9Ω，R3=10Ω，R4=5Ω，R5=4Ω，R6=8Ω。求流過R4 的電流ir 和電壓U6。

圖2 例題電路圖

(1)建模。根據(jù)基爾霍夫電壓定律(KVL)，設(shè)i1，i2，i3 的方向如圖所示，列出圖中網(wǎng)孔方程:

(R1+R2)i1－R2i2=Us

－R2i1+(R2+R3+R4)i2－R4i3=0

－R4i2+(R4+R5+R6)i3=0

方程組寫成矩陣形式為:

R1+R2－R2 0i11

－R2 R2+R3+R4－R4i2=0Us

0－R4 R4+R5+R6i30

方程組的矩陣形式可簡寫成X I=Y Us 這種形式，因為已知電源Us 和電阻的值，根據(jù)基爾霍夫電壓定律很容易求出i1，i2 和i3 的回路電流，即可求解ir=i2－i3，U6=R6i3 的值。

(2)MATLAB 上機仿真。建立一個M 文件，輸入程序代碼:

Us=10;

R1=7;R2=9;R3=10;R4=5;R5=4;R6=8;

X11=R1+R2;X12=－R2;X3=0;X21=－R2;X22=R2+R3+R4;X23=－R4;X31=0;X32=－R4;X33=R4+R5+R6;%計算系數(shù)矩陣并賦值

Y1=1;Y2=0;Y3=0;

X=［X11，X12，X13;X21，X22，X23;X31，X32，X33］;

Y=［Y1;Y2;Y3］;

I=XY*Us;%計算各個電流的值

i1=I(1);i2=I(2);i3=I(3);

ir=i2－i3;

U6=R6*i3;

程序運行所得結(jié)果:

ir=0.2273

U6=0.7578

可見使用MATLAB 輔助進行電路的求解計算相當(dāng)方便，能夠節(jié)省學(xué)生在進行簡單的驗證性實驗時所用的計算時間。

最后，以上是從平臺開放式視頻資源建設(shè)為主進行的探討，分為理論課程和實踐課程建設(shè)，相關(guān)的頁面要做到簡潔明了，學(xué)生可以很直觀方便的使用，其他的資源建設(shè)依據(jù)重點課程和精品課程還有精品資源共享課程的規(guī)范要求建設(shè)。精品開放課程建設(shè)的關(guān)鍵就是不斷更新和優(yōu)化，要更新相關(guān)聯(lián)的新知識和新技術(shù)，特別是關(guān)聯(lián)學(xué)科，優(yōu)化其理論和實踐教學(xué)，《電路理論基礎(chǔ)》全面講授的都是基礎(chǔ)理論，這些理論都會出現(xiàn)在后續(xù)的各學(xué)科當(dāng)中，如出現(xiàn)在模電，數(shù)電，信號與系統(tǒng)，通信原理等課程當(dāng)中，那么相關(guān)的知識點可以由老師結(jié)合后續(xù)的專業(yè)課進行導(dǎo)入，要不斷更新和優(yōu)化視頻，以分級和分層的形式對視頻資源進行歸類，實踐部分還可以加入課程設(shè)計，設(shè)計一個簡單電路，采用所學(xué)的知識，作為擴展部分，在教學(xué)方面要融入工程實踐當(dāng)中。很多人提出教學(xué)與科研相融合，精品課程與產(chǎn)學(xué)研結(jié)合教育，在這個方面要求學(xué)生有完整的知識體系，可以讓學(xué)生去設(shè)計簡單電路和簡單應(yīng)用，比較難適應(yīng)產(chǎn)學(xué)研項目，這個需要后期課程進行拓展，《電路理論基礎(chǔ)》精品開放課程重點以提升教學(xué)質(zhì)量為主，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和工程實踐的興趣，如圖3。

圖3 《電路理論基礎(chǔ)》精品開放課程的教學(xué)思路圖

3 結(jié)語

國家精品課程項目如火如荼的實施了多年，但是其應(yīng)用狀況、共享程度和影響效果還有待提高［5］。本文以《電路理論基礎(chǔ)》為例探討精品開放課程的建設(shè)，如何做到提高質(zhì)量，如何服務(wù)學(xué)生，如何改革實踐，重點以MOOCS 理念方式來加強課程的建設(shè)，優(yōu)化課程知識點的學(xué)習(xí)，避免課程網(wǎng)站平臺變成堆放資料的倉庫，以在線方式和流媒體方式輔助傳統(tǒng)的課堂教學(xué)改革，積累共享精品資源，在教學(xué)內(nèi)容方面不斷改進優(yōu)化和開放，平臺內(nèi)容要持續(xù)更新和建設(shè)，要引入多種理念和方法，設(shè)計問題和分析問題，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，采用各種在線方法，提升教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新型復(fù)合人才。

［1］ 教育部.教育部關(guān)于國家精品開放課程建設(shè)的實施意見［S］.教高［2011］8 號.

［2］ 教育部.教育部財政部關(guān)于實施高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的意見［S］.教高［2007］1 號.

［3］ 馬若龍，袁松鶴.MOOCs:教育開放的模式創(chuàng)新與本土啟示［J］.中國高教研究，2013(12):20－62.

［4］ 邱關(guān)源，羅先覺.電路:第五版［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［5］ 秦?zé)槦?國家精品課程發(fā)展十年現(xiàn)狀調(diào)查［J］.中國遠程教育，2013(8):53－96.