項目教學(xué)法在“電路”課程教學(xué)改革中的新探索

李新國

（湖南第一師范學(xué)院 信息與科學(xué)工程學(xué)院，湖南 長沙 410205）

項目教學(xué)法在“電路”課程教學(xué)改革中的新探索

李新國

（湖南第一師范學(xué)院 信息與科學(xué)工程學(xué)院，湖南 長沙 410205）

項目教學(xué)法在高等教育教學(xué)改革中有著廣泛的應(yīng)用。在“電路”課程教學(xué)改革中，實施項目教學(xué)法應(yīng)遵循理論性、團隊性、實用性、實踐性四個基本原則，注重指導(dǎo)教師能力的培養(yǎng)，正確處理項目教學(xué)與系統(tǒng)學(xué)習(xí)的關(guān)系，改革項目教學(xué)法評價體系和考核方式，實現(xiàn)“電路”課程的教學(xué)目標(biāo)。

項目教學(xué)法；電路課程；教學(xué)改革

項目教學(xué)法（Project—Based Learning，以下簡稱PBL）是以實踐為導(dǎo)向、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)方法。PBL應(yīng)用于高等教育課程教學(xué)改革，已得到了許多高校任課教師的認(rèn)可。如何在“電路”課程教學(xué)中引入PBL，更好地實現(xiàn)“電路”課程的教學(xué)目標(biāo)，是一個值得研究和探索的問題。

一、“電路”課程實施PBL的基本原則

“電路”是電子信息工程、電子科學(xué)與技術(shù)、通信工程等電子信息類專業(yè)的是一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，它研究的是電路分析和電路設(shè)計的基本規(guī)律。電路分析是在給定電路的電阻、電感、電容等參數(shù)的條件下，通過分析電路中的電壓、電流和功率等物理量去理解電路的基本特性；電路設(shè)計是在給定電路的電流、電壓、功率等技術(shù)指標(biāo)的條件下，通過設(shè)計出電路圖去制作出電子產(chǎn)品。“電路”課程的性質(zhì)和定位決定了它應(yīng)用PBL應(yīng)遵循理論性、團隊性、實用性、實踐性四項基本原則。

第一，理論性。理論性是指“電路”課程本質(zhì)上屬于電子信息類專業(yè)的理論課程，內(nèi)容包含了電路中的許多重要概念和重要定理，也有許多進行電路設(shè)計與電路分析的重要方法。因此，在組織實施PBL教學(xué)時，必須將電路的理論性放在重要位置，項目的設(shè)計和組織應(yīng)充分體現(xiàn)“電路”課程的理論性特點，將理論知識寓于實踐項目之中，離開電路理論的指導(dǎo)，實踐項目難以開展。

第二，團隊性。團隊性是指“電路”課程組織實施項目很難一個人獨立完成，需要團隊在相互探討、相互配合中才能取得一個比較好的結(jié)果。并且，“電路”課程教學(xué)需要師生密切合作，項目才能順利進行。因此，“電路”課程實施項目化教學(xué)時，應(yīng)選擇通過團結(jié)協(xié)作才能完成項目。

第三，實用性。實用性是指在“電路”課程組織實施PBL過程中，教師要主動幫助學(xué)生應(yīng)用電路的基本原理認(rèn)識、分析、解決電路中的實際問題，項目選擇要有一定的實用性。只有解決與我們實際生活息息相關(guān)的問題，才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生也才能更好地完成項目。況且“電路”課程的實踐教學(xué)中也包含了許多實用性很強的項目。

第四，實踐性。實踐性是指在實施PBL時，要充分考慮項目能否順利實現(xiàn)，是不是有一個很明確的結(jié)果，項目包含的知識點是否符合要求。“電路”課程中的項目要容易操作，學(xué)生通過理論指導(dǎo)能夠完成項目任務(wù)，教師評價項目時有明確指標(biāo)參數(shù)。實踐性是“電路”課程開展PBL教學(xué)的重要原則。

二、PBL在“電路”課程教學(xué)改革中的具體應(yīng)用

為了更好地實現(xiàn)“電路”課程的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)任務(wù)，在采用PBL時必須認(rèn)真做好課程的整體設(shè)計和具體項目設(shè)計?！半娐贰闭n程實施PBL的結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 “電路”課程實施PBL的結(jié)構(gòu)模型圖

（一）“電路”課程的整體設(shè)計

“電路”課程的整體設(shè)計要緊緊圍繞電路綜合設(shè)計與電路參數(shù)分析這一中心問題?！半娐贰钡恼w設(shè)計可分為四大模塊：第一模塊是“直流電路”，主要內(nèi)容包括電路模型與電路定律、電阻電路的等效變換、電路的一般分析方法、電路定理；第二模塊是“動態(tài)電路”，主要內(nèi)容包括儲能元件、一階電路的時域分析、二階電路的時域分析；第三模塊是“交流電路”，主要內(nèi)容有相量法、正弦穩(wěn)態(tài)電路、耦合電感電路、電路頻率響應(yīng)；第四模塊是“非正弦電路”，主要內(nèi)容有非正弦周期電流電路、信號頻普、復(fù)頻域分析。這四大模塊之間有著內(nèi)在的必然聯(lián)系，整門課程用“電路分析方法”這根紅線將它們串連起來，利用電路的一般分析方法都可以對直流電路、交流電路、一階電路、二階電路等進行綜合分析與相關(guān)設(shè)計。因此，進行“電路”課程的項目選擇時也必須考慮各種電路間的普遍聯(lián)系，比較各電路的異同，體現(xiàn)PBL教學(xué)的優(yōu)越性。

（二）“電路”課程的具體項目設(shè)計

1.第一模塊：“直流電路”項目設(shè)計

“直流電路”的主要教學(xué)目的是幫助學(xué)生了解電路的基本概念，掌握基爾霍夫定律的應(yīng)用，熟悉電路等效變換的基本方法，掌握支路電流法、回路電流法、節(jié)點電壓法等電阻電路的分析方法，幫助學(xué)生理解電路定理及其應(yīng)用。這一模塊可設(shè)計三個項目：

項目一：基爾霍夫定律、戴維寧定理、諾頓定理及其應(yīng)用。設(shè)計本項目的是要求學(xué)生加深對電流、電壓參考方向的理解，加深對基爾霍夫定律、戴維寧定理、諾頓定理的內(nèi)容與適應(yīng)范圍的理解，掌握線性有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電路參數(shù)的測量方法。按項目要求設(shè)計一個能驗證基爾霍夫定律、戴維寧定理、諾頓定理的線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計時先確定電源大小，再確定電阻阻值。畫出設(shè)計的電路圖，并標(biāo)明電路的各參數(shù)，根據(jù)電路圖進行電路定理與電路定律的驗證，將電路設(shè)計與定理定律的驗證結(jié)合起來，兩者相得益彰。

項目二：電路的等效變換。電路的等效變換包括電阻串并聯(lián)電路、電阻電路Y形聯(lián)結(jié)與Δ 形聯(lián)結(jié)、實際電壓源和實際電流源的等效變換。課前將任務(wù)布置給學(xué)生，要求學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識查找相關(guān)資料，設(shè)計制作電阻電路的等效變換和實際電源電路的等效變換電路，并測定變換前后的電路參數(shù)是否一致。項目設(shè)計的主要目的是讓學(xué)生掌握電阻電路和電源電路等效變換的方法，理解電路變換前后參數(shù)的相互關(guān)系。通過電阻電路和電源電路的設(shè)計與制作，使學(xué)生做到在課堂上認(rèn)真聽講，課后主動到實驗室實施項目。

項目三：電路的一般分析方法。教師課前將本部分教學(xué)內(nèi)容PPT、動畫、視頻等資料交給學(xué)生，要求學(xué)生進行認(rèn)真預(yù)習(xí)；教師課內(nèi)簡單講授支路電流法、網(wǎng)孔電流法、回路電流法和結(jié)點電壓法內(nèi)容，并重點進行比較；教師課后安排項目，要求學(xué)生設(shè)計一個實用電路，在實驗室中用四種方法測量出電流或電壓值，比較結(jié)果是否一致。學(xué)生不僅掌握了四種電路分析方法的內(nèi)容，也比較了四種電路分析方法的異同。

2.第二模塊：“動態(tài)電路”項目設(shè)計

“動態(tài)電路”的教學(xué)目的是要求學(xué)生掌握電容、電感兩種儲能元件的特點，理解換路定理及其應(yīng)用，熟悉一階電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)的規(guī)律，了解二階電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)的求解方法。本模塊內(nèi)容的理論性較抽象，知識點較多，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣相對不濃。根據(jù)教學(xué)需要及項目的可操作性要求，這一模塊的項目圍繞動態(tài)電路的響應(yīng)進行，可設(shè)計如下兩個項目：

項目一：諧振電路及其參數(shù)的測量。項目的主要內(nèi)容是設(shè)計與制作一個RLC串聯(lián)諧振電路，模擬收音機接收不同電臺的信號。項目有測量RLC串聯(lián)諧振參數(shù)、繪制RLC電路頻率特性曲線、研究電路元件參數(shù)對諧振頻率和帶寬的影響三個任務(wù)。教師可將學(xué)生分為若干小組，每個小組配備三名成員，一名負(fù)責(zé)參數(shù)的測量，一名負(fù)責(zé)參數(shù)的記錄，一名負(fù)責(zé)特性曲線的繪制，三人團結(jié)協(xié)作，共同完成收音機調(diào)諧電路的設(shè)計與制作項目。

項目二：一階電路的全響應(yīng)。一階電路的全響應(yīng)是零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)的疊加，本項目有研究一階電路全響應(yīng)的基本規(guī)律和特點、區(qū)分零輸入零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)的方法、測量時間常數(shù)的方法三個基本任務(wù)。項目要求每個小組選擇一項任務(wù)完成，成果以示波器展示波形，用PPT形式展示完成項目的過程。

3.第三模塊：“交流電路”項目設(shè)計

這一模塊根據(jù)課程要求，結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，可設(shè)計如下兩個項目：

項目一：工頻交流電參數(shù)的測量。市電（工頻50HZ、電壓220V）是我們?nèi)粘Ｉ钍褂玫慕涣麟?。為了幫助學(xué)生理解交流電的電流、電壓、功率等參數(shù)，更好地安全用電，項目有市電電流、電壓、功率的測量，利用交流儀表測量元件的等效參數(shù)，利用示波器測量元件的等效參數(shù)三個任務(wù)。設(shè)計這一項目的主要目的是讓學(xué)生掌握市電參數(shù)和交流元件參數(shù)的測量方法，在日常生活中能安全合理地使用交流電。

項目二：互感線圈和變壓器參數(shù)的測定。互感是“電路”課程比較難懂的概念，變壓器是經(jīng)常使用的電氣設(shè)備。為了幫助學(xué)生掌握互感的定義，熟悉互感器和變壓器的相關(guān)參數(shù)，項目設(shè)置了耦合線圈和變壓器的同名端的判斷，耦合線圈的互感系數(shù)和耦合系數(shù)的測量兩個具體任務(wù)。在教師給定相關(guān)資料的情況下，要求學(xué)生撰寫項目實驗方案，并在課堂上用電腦演示項目成果。本項目既加深了學(xué)生對互感現(xiàn)象和變壓器原理的認(rèn)識，也訓(xùn)練了他們的實驗方案寫作能力、同學(xué)之間的團結(jié)協(xié)作能力、課堂交流的演講能力。

4.第四模塊：“非正弦電路”項目設(shè)計

“非正弦電路”項目設(shè)計的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識非正弦周期電流電路，理解信號頻譜的概念，掌握線性動態(tài)電路的復(fù)頻域分析的方法。本模塊是非重點內(nèi)容，故設(shè)計一個綜合項目。

項目：RC雙T電路。RC雙T電路由一個低通網(wǎng)絡(luò)和一個高通網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)而成，當(dāng)電路參數(shù)取得恰當(dāng)時，可以使某一頻率的電壓分別在高、低通輸出端的輸出電壓值大小相等、相位相反的非正弦信號。本項目有RC雙T電路各參數(shù)的測量、RC雙T電路輸出信號頻譜曲線的繪制兩項基本任務(wù)。教師要求RC雙T電路輸出電壓值在一定的誤差范圍，要求學(xué)生利用MATLAB繪制輸出信號頻普曲線。

三、PBL應(yīng)用于“電路”課程教學(xué)改革的關(guān)鍵問題

（一）項目指導(dǎo)教師的能力培養(yǎng)問題

目前，大部分高校教師由于自身實踐經(jīng)驗的不足，更多地作用于引導(dǎo)而不是指導(dǎo)，學(xué)生參與項目更多的是查找元器件、畫電路圖等一般技術(shù)性的工作，而無法提升學(xué)生電路的整體設(shè)計能力。培養(yǎng)符合PBL要求的指導(dǎo)教師是目前“電路”課程教學(xué)改革的首要問題。培養(yǎng)項目指導(dǎo)教師的專業(yè)能力要解決的主要問題有：第一項目指導(dǎo)教師必須更新自己的知識結(jié)構(gòu)，虛心學(xué)習(xí)新的專業(yè)知識，如元器件的選擇、仿真軟件的使用、產(chǎn)品故障處理及調(diào)試等知識。第二項目指導(dǎo)教師實施PBL的過程中要率先垂范，要做實踐者不要做旁觀者。項目指導(dǎo)教師要不斷提高自己的實踐能力，對項目產(chǎn)品要親自研制，在產(chǎn)品研制過程中去發(fā)現(xiàn)問題，才能解決學(xué)生實施項目時遇到的類似問題，才能樹立好老師的學(xué)術(shù)威性。第三解決項目問題要有實時性。學(xué)生提出的問題，教師要及時正確解答，否則會影響學(xué)生的項目興趣，只有師生密切合作，才能更好地實現(xiàn)PBL的教學(xué)效果。第四項目指導(dǎo)教師要注重電路整體設(shè)計能力的培養(yǎng)和項目設(shè)計經(jīng)驗的積累。我們在“電路”課程中實施PBL的過程，實質(zhì)就是進行相關(guān)電路的設(shè)計與產(chǎn)品制作的過程。每個項目有多個任務(wù)，每個任務(wù)需要學(xué)生親自完成。項目指導(dǎo)教師必須把握好電路整體設(shè)計框架，推動項目向前進行，不能讓項目中的某個任務(wù)滯后。并且項目完成后，指導(dǎo)教師要進行反思、積累經(jīng)驗，不斷提高自身的實踐能力。

（二）項目的來源與選擇問題

項目的來源一般有虛擬項目與實際項目兩種。在保證項目質(zhì)量、評價項目成果、獲取社會資源、提升學(xué)生能力等方面實際項目要優(yōu)于虛擬項目。因此，在“電路”課教學(xué)改革中，我們應(yīng)盡量采用實際項目?！半娐贰闭n程教學(xué)內(nèi)容豐富，每一章節(jié)都可使用PBL，但過多地使用PBL對教學(xué)有害無益。在“電路”教學(xué)中實施PBL，項目選擇要解決的主要問題有：第一選擇項目要堅持少而精原則，盡量選擇學(xué)生感興趣、能調(diào)動大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性的項目[1]。例如，在動態(tài)電路部分選擇項目時，有電容充放電路設(shè)計、RC電路暫態(tài)過程研究、諧振電路及其參數(shù)測量等項目，選擇利用RLC串聯(lián)諧振知識來設(shè)計收音機調(diào)諧電路是學(xué)生最感興趣的項目。第二要選擇操作性強，容易形成物化成果的項目。某項目盡管涉及的知識點多，如果不能或不易制作出電子產(chǎn)品，這種項目也不是好項目。學(xué)生不能動手制作物品，不能激發(fā)其興趣，老師不見實物，不好評價其成績。

（三）項目教學(xué)與系統(tǒng)學(xué)習(xí)相互關(guān)系的處理問題

目前，我們在PBL的導(dǎo)入時機、PBL的教授方式、PBL與其他方法的協(xié)調(diào)等方面有待進一步研究。但就項目教學(xué)與系統(tǒng)學(xué)習(xí)的關(guān)系，我們有了比較清楚的認(rèn)識。項目教學(xué)與系統(tǒng)學(xué)習(xí)的關(guān)系實質(zhì)是項目實踐與理論學(xué)習(xí)之間的關(guān)系。項目教學(xué)是系統(tǒng)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，即項目教學(xué)對系統(tǒng)學(xué)習(xí)具有決定作用，系統(tǒng)學(xué)習(xí)的理論知識應(yīng)當(dāng)應(yīng)用于項目教學(xué)之中，知識才能得到鞏固與檢驗，才能達到學(xué)習(xí)理論知識的真正目的。另外，系統(tǒng)學(xué)習(xí)對項目教學(xué)具有反作用，科學(xué)的理論知識對項目教學(xué)具有積極的指導(dǎo)作用，錯誤的理論知識則有阻礙作用。項目教學(xué)與系統(tǒng)學(xué)習(xí)是相輔相成、不能任意割裂的辯證關(guān)系。PBL需要教學(xué)理論的指導(dǎo)，只有在掌握教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，靈活應(yīng)用PBL與其他教學(xué)方法，才能在教學(xué)改革中取得一定成效。在“電路”課程教學(xué)中實施PBL之前，學(xué)生必須掌握好對應(yīng)的理論知識和相應(yīng)的學(xué)習(xí)工具軟件。例如，針對RC雙T電路設(shè)計項目，學(xué)生必須在掌握好RC電路工作原理和MATLAB軟件的前提下，測量電路參數(shù)，繪畫制電路的頻普曲線，否則，無法完成該項目。其次，在“電路”教學(xué)中應(yīng)用PBL，理論學(xué)習(xí)離不開項目實踐的檢驗。例如，設(shè)計電路去驗證基爾霍夫定律、疊加定理、戴維寧定理項目，我們設(shè)計電路去測量元器件的電流電壓時，要充分利用測得的參數(shù)值去得出定律與定理的結(jié)論，再利用設(shè)計電路的實驗結(jié)論來加深對定律與定理的理解。

（四）PBL的評價體系與考核方式改革問題

PBL作為一種教學(xué)方法，應(yīng)該形成較為系統(tǒng)、科學(xué)的評價體系，這樣不僅可以驗證教學(xué)方法的正確與否，也可為今后自身體系的發(fā)展打下基礎(chǔ)[2]。在選擇考核方式時，教師要結(jié)合教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、項目內(nèi)容等多方而來考察學(xué)生成果。學(xué)生真正參與設(shè)計和實施項目付出了很多勞動，老師不能按照傳統(tǒng)的考核方式隨便給出成績，這樣是不尊重學(xué)生勞動成果的表現(xiàn)，會打擊學(xué)生積極性[3]。我們在“電路”教學(xué)中實施PBL，對學(xué)生成績的考核采用10分制，成績評比采用“1234”方法：項目選題具有一定的技術(shù)性和創(chuàng)新性計1分；項目進行符合教學(xué)內(nèi)容要求、能完成教學(xué)目標(biāo)計2分；項目結(jié)果有設(shè)計報告、電子產(chǎn)品、項目PPT介紹計3分；項目實施經(jīng)歷了方案比較與選擇、電路器件擇優(yōu)、電路原理圖設(shè)計與仿真、產(chǎn)品制作與調(diào)試等過程計4分；通過多年實施PBL教學(xué)實踐證明，我們采用“1234”的學(xué)生成績考核方法具有一定的科學(xué)性，學(xué)生深感合理并樂于接受。

四、結(jié)束語

為了更好地實現(xiàn)“電路”課程的功能和作用，“電路”課程教學(xué)改革勢在必行，PBL只是我們探索的教學(xué)改革形式之一，也是對傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的有益補充。當(dāng)然，PBL在教師能力培養(yǎng)、教學(xué)法導(dǎo)入時機、與其他教學(xué)方法的協(xié)調(diào)、自身評價體系的建立、項目來源等問題需要學(xué)界同仁們繼續(xù)探索，也需要我們在實際教學(xué)中不斷完善。

[1]黃德診,陳暉陽.項目化教學(xué)法在高職院校“概論”課中的應(yīng)用探析[J].思想理論教育導(dǎo)刊,2014(4):98.

[2]姚琛.論項目教學(xué)法在設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用及發(fā)展[J].裝飾,2010(10):107-108.

[3]張秀芹.淺談項目化教學(xué)法在電工電子技術(shù)課程中的應(yīng)用[J].中國校外教育,2016(01):143.

Abstract：Project teaching method is widely applied in the teaching reform of higher education.In the teaching reform of Circuit course,the implementation of project teaching method should follow the four basic rules:theoretical rule,team-work rule,practical rule and practice rule.It should also emphasize the cultivation of guide teacher's ability and the relationship between project teaching and systematic learning.The assessment system and method should also be reformed so asto achieve the teaching goalsof the course.

Key words：project teaching method;Circuit course;teaching reform

[責(zé)任編輯：胡 偉]

New Exploration on the Project Teaching Method in Circuit Course Teaching Reform

LI Xin-guo

(School ofInformation Science and Engineering,Hunan First Normal University,Changsha,Hunan 410205)

G642

A

1674-831X（2017）04-0079-04

2017-04-16

湖南第一師范學(xué)院教育教學(xué)改革課題“項目教學(xué)法在高?！娐贩治觥n程改革中的實踐與研究”；湖南省重點實驗室項目（2015TP1017）

李新國(1965-），男，湖南邵陽人，湖南第一師范學(xué)院教授，主要從事高等教育教學(xué)研究。