互動(dòng)式仿真

武達(dá)亮

摘要：《電路》課程是電類(lèi)專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，但其實(shí)際教學(xué)效果一直不理想。筆者基于多年的教學(xué)實(shí)踐總結(jié)出一套有效的輔助教學(xué)方式，即互動(dòng)式仿真。在該模式中，教師和學(xué)生共同參與仿真的整個(gè)過(guò)程，教師設(shè)問(wèn)，學(xué)生回答，促進(jìn)學(xué)生深入理解；學(xué)生提問(wèn)學(xué)生，并和教師進(jìn)行互動(dòng)解答，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。實(shí)踐表明，在課堂教學(xué)中輔以互動(dòng)式仿真，教學(xué)效果提高明顯。

關(guān)鍵詞：互動(dòng)式仿真；《電路》課程；教學(xué)效果

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）15-0253-02

《電路》課程是高校電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理、信號(hào)與系統(tǒng)等一系列重要課程的前期學(xué)習(xí)平臺(tái)，因此該課程在整個(gè)大學(xué)學(xué)習(xí)中的重要性不言而喻。但由于該課程內(nèi)容理論性較強(qiáng)且枯燥，又有一定難度，所以實(shí)際的教學(xué)效果一直不理想。其中，改變傳統(tǒng)教學(xué)中存在的詬病，不斷提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，充分讓學(xué)生參與課堂教學(xué)，在諸多名師的教學(xué)改革探索中被提到，如文獻(xiàn)[1-4]。并且隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，借助電路仿真軟件使課堂教學(xué)和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)更生動(dòng)直觀，也是大家公認(rèn)可行的方式之一，如文獻(xiàn)[4-7]。

這些文獻(xiàn)中所采用的在課堂教學(xué)中利用仿真軟件輔助教學(xué)的方法，都是在教學(xué)過(guò)程中教師利用仿真軟件，將所需電路直接演示給學(xué)生看。這里稱(chēng)其為傳統(tǒng)式仿真。這種仿真教學(xué)的本質(zhì)依然是以教師為中心，學(xué)生處于被動(dòng)觀看者的位置，依然還是教師灌輸、學(xué)生接受的傳統(tǒng)模式。當(dāng)然不可否認(rèn)，仿真演示比起只利用幻燈片的講解更加直觀和生動(dòng)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)有一定的幫助，對(duì)教學(xué)效果的改善有一定的促進(jìn)作用。但因其本質(zhì)未變，實(shí)際的教學(xué)效果提高并不明顯。

基于此，筆者在多年實(shí)際教學(xué)中逐步將傳統(tǒng)式仿真向互動(dòng)式轉(zhuǎn)變，最終形成了一套互動(dòng)式仿真教學(xué)模式，并在教學(xué)中取得了一定的效果。下面對(duì)這一教學(xué)方式的具體展開(kāi)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

一、什么是互動(dòng)式仿真

調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)互動(dòng)式講授法和讓學(xué)生主動(dòng)參與的教法讓學(xué)生更加期待[1]?；?dòng)式教學(xué)法狹義上指師生雙方在課堂教學(xué)中，就教學(xué)內(nèi)容所展開(kāi)的和諧對(duì)話與交流的一類(lèi)教學(xué)方法[2]。這里，互動(dòng)式仿真綜合了互動(dòng)式教學(xué)法和以學(xué)生為主體的教法，在仿真的整個(gè)過(guò)程中，教師和學(xué)生共同參與，但分工不同。具體來(lái)說(shuō)，教師不斷設(shè)立問(wèn)題推動(dòng)仿真的進(jìn)行；反過(guò)來(lái)，學(xué)生解答問(wèn)題，并根據(jù)仿真出現(xiàn)的種種現(xiàn)象反問(wèn)問(wèn)題，再由其他學(xué)生或者教師幫助解答。

在互動(dòng)式仿真模式中，教師在仿真的時(shí)候要一個(gè)元件、一個(gè)元件的畫(huà)起，重要的是要在學(xué)生的“指導(dǎo)”下。這樣充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，讓他們能主動(dòng)參與進(jìn)來(lái)，更有利于學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)理解。而且這樣畫(huà)出的電路圖并不能保證都是正確的、合適的，所以運(yùn)行結(jié)果會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤或與理論不一致的情況。有了問(wèn)題才能更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生去探索思考。所以這正是互動(dòng)式仿真的魅力所在：教學(xué)生從學(xué)習(xí)中“學(xué)會(huì)思想”，生成智慧，樹(shù)立正確的人生觀和價(jià)值觀[3]。

二、互動(dòng)式仿真教學(xué)的組織和具體實(shí)施

1.互動(dòng)式仿真教學(xué)的課前組織。由于教學(xué)課時(shí)和課堂教學(xué)時(shí)間的限制，整個(gè)仿真過(guò)程最好控制在十分鐘左右。所以設(shè)計(jì)的案例不宜太過(guò)復(fù)雜，需仿真的電路宜簡(jiǎn)單，但太過(guò)簡(jiǎn)單又意義不大。需經(jīng)典的有代表性的內(nèi)容，便于設(shè)計(jì)問(wèn)題，又能囊括所需的知識(shí)點(diǎn)。所以選擇怎樣的內(nèi)容作為仿真案例，想要得到怎樣的預(yù)期，怎樣設(shè)計(jì)問(wèn)題效果更好。就如同設(shè)計(jì)一臺(tái)好的相聲一樣，選怎樣的點(diǎn)入手，設(shè)計(jì)怎樣的包袱，什么時(shí)候兜著，什么時(shí)候拋出去。這些都需教師在課前認(rèn)真準(zhǔn)備，對(duì)教師提出了更高的要求。該仿真教學(xué)的實(shí)施效果一方面取決于教師，教師的知識(shí)承載力、案例設(shè)計(jì)能力、臨場(chǎng)組織發(fā)揮能力都直接影響到教學(xué)的開(kāi)展和效果；另一方面學(xué)生的配合也很重要。為了收到好的效果，案例所涉及內(nèi)容的理論知識(shí)最好提前講解，并要求學(xué)生課前復(fù)習(xí)此部分內(nèi)容。這樣師生合力融入其中才能真正發(fā)揮出該教學(xué)模式的魅力。

2.互動(dòng)式仿真教學(xué)的具體實(shí)施。由于課堂環(huán)境的限制，一般都是教師操作軟件。所以在第一次互動(dòng)仿真時(shí)，先告知學(xué)生游戲規(guī)則，如：“下面的仿真主要由大家完成，我（指教師本人）只是一個(gè)操作者，成與敗都是你們說(shuō)了算?！弊寣W(xué)生先從思想上擺脫對(duì)教師的依賴(lài)，調(diào)動(dòng)他們的參與熱情。

互動(dòng)式仿真主要由如下四個(gè)環(huán)節(jié)組成：①作圖環(huán)節(jié)：在簡(jiǎn)單和學(xué)生討論了要仿真的內(nèi)容之后，正式開(kāi)始操作。首先，教師打開(kāi)仿真軟件，詢(xún)問(wèn)學(xué)生需要哪些元件，并由學(xué)生來(lái)設(shè)定元件參數(shù)。元件參數(shù)在原則上隨意，但其實(shí)并不是天馬行空都可以。所以教師正好借此介紹一些常用值、與工程實(shí)際相關(guān)的值或者僅僅是為了容易求解的值等。例如，在積分電路的參數(shù)設(shè)置上，若學(xué)生忽視了積分電路的重要參數(shù)特點(diǎn)，即方波信號(hào)的周期要遠(yuǎn)大于RC電路的時(shí)間常數(shù)，則仿真時(shí)將無(wú)法出現(xiàn)正確的積分波形鋸齒波，可能是變形的，也可能根本沒(méi)有正確波形。這個(gè)時(shí)候，教師先將錯(cuò)就錯(cuò)，待問(wèn)題顯現(xiàn)之后再來(lái)挖掘，這樣更能增進(jìn)學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的理解。待到他們自己應(yīng)用時(shí)，再出現(xiàn)同樣錯(cuò)誤的幾率將會(huì)大大減少。元件設(shè)置好之后，根據(jù)任務(wù)要求詢(xún)問(wèn)學(xué)生所需的儀器和儀表。然后連線，連線過(guò)程中重點(diǎn)詢(xún)問(wèn)學(xué)生儀器儀表的位置和連法。在該環(huán)節(jié)中，盡可能在點(diǎn)滴之處與實(shí)際情況相聯(lián)系，而不是為求解而求解。以學(xué)生為主體，在加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解的基礎(chǔ)上，還增加了課堂的趣味性，更啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行深入思考，引導(dǎo)學(xué)生自主行動(dòng)起來(lái)。②運(yùn)行環(huán)節(jié)：如果時(shí)間允許，在運(yùn)行之前，教師先帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)所測(cè)的值、波形進(jìn)行簡(jiǎn)單的理論上的回顧，使學(xué)生做到心中有數(shù)，對(duì)運(yùn)行結(jié)果可期。理論復(fù)習(xí)完之運(yùn)行仿真，仿真之后對(duì)仿真結(jié)果教師先保持沉默，留一分鐘左右的時(shí)間讓學(xué)生自行觀察、檢驗(yàn)，相互討論。在這段時(shí)間里，教師可以對(duì)電路進(jìn)行重復(fù)運(yùn)行，加深學(xué)生的感受。

在該環(huán)節(jié)中，教師和學(xué)生一起帶著期待，等待著仿真的結(jié)果，使得學(xué)生感覺(jué)是自己在操作，而不是觀看，充分調(diào)動(dòng)起學(xué)生的積極性。這時(shí)學(xué)生自然會(huì)自覺(jué)地運(yùn)用理論知識(shí)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行演算、驗(yàn)證，并會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生一些問(wèn)題。學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性就在這不經(jīng)意間慢慢增長(zhǎng)起來(lái)。③驗(yàn)證總結(jié)環(huán)節(jié)：該環(huán)節(jié)是互動(dòng)式仿真最重要的一環(huán)。有兩種不同的進(jìn)行模式：第一種，仿真結(jié)果與理論完全相符。這種情況下，學(xué)生會(huì)覺(jué)得很有成就感和如釋重負(fù)的感覺(jué)。教師趁機(jī)加以贊賞和鼓勵(lì)，最后用直接提問(wèn)或是啟發(fā)學(xué)生發(fā)問(wèn)的方式總結(jié)，如關(guān)于結(jié)論的進(jìn)一步佐證或者結(jié)論中體現(xiàn)出的一些關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的回顧等。例如，在動(dòng)態(tài)電路的仿真中，動(dòng)態(tài)電路的暫態(tài)過(guò)程多長(zhǎng)時(shí)間可認(rèn)為結(jié)束，暫態(tài)過(guò)程的長(zhǎng)短與該電路中元件參數(shù)是否有關(guān)，在換路瞬間哪些物理量的值不能突變，為什么不能突變等。在學(xué)生小小的愉悅心情下，重要知識(shí)點(diǎn)會(huì)非常容易的就留在了他們的記憶中。第二種，仿真結(jié)果錯(cuò)誤或與理論不一致，或者運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤提示。這時(shí)，教師要發(fā)動(dòng)學(xué)生一起來(lái)尋找問(wèn)題所在。通過(guò)一個(gè)一個(gè)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，不斷引導(dǎo)啟發(fā)，學(xué)生在積極參與討論的同時(shí)，涉及的知識(shí)點(diǎn)，甚至是仿真軟件的使用都會(huì)被一一梳理。在該環(huán)節(jié)中，不論是哪一種進(jìn)行模式，都盡量以問(wèn)題為中心，不論是教師提出的問(wèn)題還是仿真結(jié)果體現(xiàn)出的問(wèn)題。在教師的層層引導(dǎo)下，不斷發(fā)動(dòng)學(xué)生獨(dú)立思考，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解掌握，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。④課外環(huán)節(jié)：前三個(gè)環(huán)節(jié)都是教師和學(xué)生一起在課內(nèi)完成，這一環(huán)節(jié)以課后作業(yè)形式由學(xué)生在課外完成。其一，鼓勵(lì)學(xué)生在課后將課堂仿真內(nèi)容自己動(dòng)手操作，并逐步將使用仿真模擬這一強(qiáng)大武器形成學(xué)習(xí)習(xí)慣，成為學(xué)習(xí)理論知識(shí)不可缺的一部分。其二，教師將課堂仿真內(nèi)容的相關(guān)延展內(nèi)容作為課后作業(yè)留給學(xué)生完成。其三，還可以和該課程的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)在一起，在實(shí)驗(yàn)之前先用仿真模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。再通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的實(shí)際操作得到實(shí)際結(jié)果。仿真模擬既可指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)操作的方向，又能通過(guò)二者對(duì)比得出實(shí)際和模擬的差異，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決?？傊@一環(huán)節(jié)是課堂教學(xué)的有效補(bǔ)充，是對(duì)課堂內(nèi)容的有效鞏固和強(qiáng)化，易于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力及獨(dú)立思考能力。

三、結(jié)束語(yǔ)

在課堂教學(xué)中加入互動(dòng)式仿真，雖只有短短的十分鐘時(shí)間，但教學(xué)效果明顯。通過(guò)對(duì)從2010年起三屆學(xué)生的具體實(shí)踐和跟蹤調(diào)查，學(xué)生多數(shù)認(rèn)為該教學(xué)方式生動(dòng)有趣，能使他們更容易理解理論內(nèi)容，平時(shí)也更愿意主動(dòng)去接觸該方面知識(shí)?；?dòng)式仿真教學(xué)猶如一點(diǎn)激發(fā)起了很多個(gè)面，學(xué)生的實(shí)際實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γǚ治?、判斷、解決問(wèn)題能力）明顯高于之前屆的學(xué)生，隨后的模電技術(shù)課程的學(xué)習(xí)興趣和能力也有提高，參加電子設(shè)計(jì)大賽等實(shí)踐活動(dòng)的學(xué)生也都明顯增多。所以在今后的教學(xué)中，筆者還將繼續(xù)推廣這一教學(xué)方式，并研究與其他教學(xué)方式的結(jié)合，為《電路》課程的良好教學(xué)效果繼續(xù)努力探索。

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