高等教育《電路分析基礎(chǔ)》課程的仿真案例設(shè)計(jì)

鄭義

摘 要：在高等教育階段，電路分析基礎(chǔ)課程是電類(lèi)專(zhuān)業(yè)第一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，盡管在知識(shí)點(diǎn)上與大學(xué)物理、信號(hào)與系統(tǒng)以及電子技術(shù)等課程中的知識(shí)點(diǎn)具有明顯的承前啟后的關(guān)系，但學(xué)生初學(xué)時(shí)仍然反映該課程知識(shí)點(diǎn)較為抽象，知識(shí)體系較為復(fù)雜。在針對(duì)南京郵電大學(xué)獨(dú)立學(xué)院的教學(xué)中，通過(guò)在教材中提供基于Multisim等仿真軟件的實(shí)踐案例及其設(shè)計(jì)分析思路，引導(dǎo)與鼓勵(lì)學(xué)生在課下練習(xí)中進(jìn)行相關(guān)的仿真設(shè)計(jì)，已被證明可以有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并激勵(lì)主動(dòng)學(xué)習(xí)與團(tuán)隊(duì)討論合作。在仿真案例設(shè)計(jì)中，可以針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)設(shè)置，不同興趣愛(ài)好的學(xué)生由其自主選擇不同的仿真軟件，從而達(dá)到事半功倍的效果。

關(guān)鍵詞：電路分析基礎(chǔ)；仿真案例；學(xué)習(xí)興趣；主動(dòng)學(xué)習(xí)

“電路分析基礎(chǔ)”與“電工電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程是南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院針對(duì)電氣類(lèi)信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的第一門(mén)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，其中電路分析部分主要介紹集總參數(shù)電路的分析計(jì)算，涵蓋從基本的電阻電路、動(dòng)態(tài)與穩(wěn)態(tài)電路到變壓器電路、三相電路與二端口網(wǎng)絡(luò)等。電工電子技術(shù)基礎(chǔ)課程則在簡(jiǎn)化的電路分析的知識(shí)基礎(chǔ)之上，包括了部分電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，專(zhuān)門(mén)針對(duì)非電氣類(lèi)工科專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)。

在當(dāng)前的高等教育教學(xué)中，一線教師可以感受到近年來(lái)的高校擴(kuò)招與高等教育普眾化帶來(lái)的新問(wèn)題與新挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)課堂教學(xué)的“老師教，學(xué)生記”模式已經(jīng)不再僅僅是存在教學(xué)有效性問(wèn)題，而是越來(lái)越不被新時(shí)代的學(xué)生所接受所歡迎?，F(xiàn)今的大學(xué)課堂之上，九零后學(xué)生對(duì)新鮮事物敏感敏銳，追逐變化，厭惡死板，樂(lè)于嘗試新鮮挑戰(zhàn)，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)常常抱有功利性?xún)r(jià)值判斷，對(duì)一個(gè)未能呈現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用相聯(lián)系的知識(shí)往往興趣寡然，對(duì)陳舊的“教師全堂灌輸，學(xué)生全堂跟跑”的教學(xué)模式容易抗拒。如今的大學(xué)生正處在互聯(lián)網(wǎng)+、萬(wàn)物互聯(lián)和云數(shù)據(jù)等前沿應(yīng)用大爆炸的起步階段，獲取知識(shí)與解決問(wèn)題的途徑與手段極大豐富，教師已不能按照過(guò)去的陳舊思維來(lái)照本宣科，繼續(xù)局限于對(duì)教材和ppt等資源的完善來(lái)應(yīng)對(duì)新問(wèn)題。

在這種形勢(shì)下，國(guó)內(nèi)各高校都先后開(kāi)展了基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的課程理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的平臺(tái)化建設(shè)。南京郵電大學(xué)在成功開(kāi)發(fā)并運(yùn)營(yíng)了電路分析等國(guó)家級(jí)慕課建設(shè)課程的基礎(chǔ)上，秉承“網(wǎng)絡(luò)線上與線下協(xié)同，課堂內(nèi)部與外部協(xié)同，理論課與實(shí)驗(yàn)課協(xié)同”的三協(xié)同教學(xué)理念，開(kāi)展了新一輪對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)與在線教學(xué)的深度融合，緊追當(dāng)前的“互聯(lián)網(wǎng)+”教育體系的最新研究成果，引入了“雨課堂”等多媒體創(chuàng)新技術(shù)改良課堂教學(xué)，在線教學(xué)資源建設(shè)方面則堅(jiān)持師生互動(dòng)放在首位，資源由師生共享共建等原則。

在對(duì)在線教學(xué)資源建設(shè)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，盡管基于仿真軟件的電子電路實(shí)踐案例設(shè)計(jì)只是教學(xué)資源中的一小部分，卻具有畫(huà)龍點(diǎn)睛，二兩撥千斤的功效。細(xì)究下來(lái)，我們認(rèn)為，是如下因素在發(fā)揮著良好的作用。

基于仿真軟件的電路案例分析與設(shè)計(jì)作業(yè)，利于實(shí)現(xiàn)理論課與實(shí)驗(yàn)課的協(xié)同。南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院注重實(shí)驗(yàn)課與理論課的相互促進(jìn)，協(xié)同發(fā)展，開(kāi)設(shè)了多門(mén)電工電子類(lèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程。通過(guò)在線教學(xué)資源上發(fā)布基于電路理論教材例題的設(shè)計(jì)案例以及精選分析，可以讓學(xué)生在個(gè)人電腦端實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的融合統(tǒng)一，時(shí)空上更便捷，相比實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的設(shè)計(jì)案例，更有助于打破理論課與實(shí)踐課的認(rèn)識(shí)隔閡。同時(shí)學(xué)生的仿真作業(yè)隨理論課進(jìn)度上交，有助于課程成績(jī)的過(guò)程化管理，為進(jìn)一步的大學(xué)生創(chuàng)新工程或參與電子競(jìng)賽提供成績(jī)參考。

基于仿真軟件的電路案例分析與設(shè)計(jì)作業(yè)，利于實(shí)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)+的在線平臺(tái)式教學(xué)與線下師生交互的協(xié)同。案例分析電子資源包括講解視頻，非常適合在線學(xué)習(xí)使用，尤其適合在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)供教師發(fā)布預(yù)習(xí)資源，布置預(yù)習(xí)用習(xí)題。由于仿真軟件往往涉及到需要學(xué)生了解各種電子電路元器件的型號(hào)參數(shù)等，客觀上促進(jìn)了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)與硬件實(shí)驗(yàn)之間的融合。在預(yù)習(xí)反饋環(huán)節(jié)，師生通過(guò)課間課下時(shí)間碎片化的答疑交流，促進(jìn)了線上線下的協(xié)同。進(jìn)一步的，教師通過(guò)布置平臺(tái)作業(yè)，引導(dǎo)學(xué)生上傳電子化程序與解答結(jié)果，而基于仿真軟件的作業(yè)非常便于實(shí)現(xiàn)作業(yè)的電子化，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的掌控和展開(kāi)有針對(duì)性的輔導(dǎo)。

此外，教師還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)布一些包含電路設(shè)計(jì)技術(shù)的網(wǎng)頁(yè)鏈接，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)有余力學(xué)生的拓展輔導(dǎo)。

基于仿真軟件的電路案例分析與設(shè)計(jì)作業(yè)，利于實(shí)現(xiàn)新型考核考試制度的建立。傳統(tǒng)的期末閉卷考試考核制度，容易造就學(xué)生平時(shí)松懈，考前突擊的學(xué)習(xí)習(xí)慣。這種短期集中突擊的學(xué)習(xí)方法，即使可以應(yīng)付考試，也無(wú)法培養(yǎng)綜合成體系的電路分析設(shè)計(jì)能力，導(dǎo)致在隨后的實(shí)驗(yàn)課程中不能夠?qū)?shí)驗(yàn)內(nèi)容與理論知識(shí)相聯(lián)系。同在線學(xué)習(xí)相結(jié)合，基于仿真軟件的案例設(shè)計(jì)作業(yè)，有助于引導(dǎo)學(xué)生投入到平常學(xué)習(xí)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，做到現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用，學(xué)習(xí)知識(shí)上不拖欠不掉隊(duì)。

基于仿真軟件的電路案例分析與設(shè)計(jì)作業(yè)，利于課堂內(nèi)和外的協(xié)同。在課堂外學(xué)習(xí)中，教師通過(guò)在拓展活動(dòng)中組織多種跨學(xué)科跨課程設(shè)計(jì)科目，作為課堂內(nèi)教學(xué)的有益補(bǔ)充，如通信與信號(hào)處理組訓(xùn)練科目、電力電子和電源組訓(xùn)練科目、儀器儀表與模擬類(lèi)訓(xùn)練科目、自動(dòng)控制類(lèi)訓(xùn)練科目等。目的就是引導(dǎo)學(xué)生將理論課的課堂學(xué)習(xí)與常規(guī)試驗(yàn)案例，EDA綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在線平臺(tái)的虛擬儀器實(shí)驗(yàn)以及大學(xué)生電子競(jìng)賽等結(jié)合，逐步建立立體多層次的電路設(shè)計(jì)概念體系。

為了更好的實(shí)現(xiàn)上述功能，切實(shí)通過(guò)基于仿真軟件的案例教學(xué)提高學(xué)生解決復(fù)雜電路系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)能力，我們發(fā)現(xiàn)應(yīng)將主要精力集中但不限于以下幾個(gè)方面。

盡量挖掘基于仿真軟件的實(shí)踐案例教學(xué)的多元化多層次應(yīng)用。紙面上的基于仿真軟件的實(shí)踐案例教學(xué)資源，其實(shí)已經(jīng)比較成熟，但通過(guò)與慕課、微課程等在線教學(xué)相結(jié)合，依然可以發(fā)揮不小的作用。線上結(jié)合教師全程引導(dǎo)的預(yù)習(xí)學(xué)習(xí)復(fù)習(xí)拓展等環(huán)節(jié)，線下結(jié)合學(xué)生的團(tuán)隊(duì)化分組討論，可以有效避免資源的閑置與浪費(fèi)，真正實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心，變“要我學(xué)知識(shí)”為“我要解決問(wèn)題”。同時(shí)不局限于要學(xué)生完成編程作業(yè)，還要引導(dǎo)學(xué)生自主查閱資料，撰寫(xiě)專(zhuān)業(yè)科技報(bào)告，團(tuán)隊(duì)協(xié)作、分工與討論，幫助學(xué)生克服對(duì)新鮮事物的畏難情緒，培養(yǎng)對(duì)探索未知事物的自信與熱愛(ài)。

以學(xué)生為本，盡量建立分層次分專(zhuān)業(yè)的尊重個(gè)體差異的實(shí)踐案例資源。在高等院校中，不同專(zhuān)業(yè)對(duì)電路分析與設(shè)計(jì)的能力要求是不相同的。同時(shí)，學(xué)生的個(gè)體差異、知識(shí)基礎(chǔ)與儲(chǔ)備、個(gè)人意愿以及學(xué)習(xí)預(yù)期都不盡相同，這都需要教師在設(shè)計(jì)資源時(shí)要根據(jù)專(zhuān)業(yè)設(shè)置以及學(xué)生差異進(jìn)行分層次甚至是分班（線上班級(jí)）操作。總之，既要充分尊重學(xué)生差異，做到以學(xué)生為本，又要分層次重過(guò)程得全面提升教學(xué)效果。例如，可以讓學(xué)生根據(jù)自身專(zhuān)業(yè)或意愿選擇Matlab或Multisim軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)實(shí)踐。

幫助學(xué)生建立對(duì)本學(xué)科理論課程與實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置的體系認(rèn)知。立足于電力分析基礎(chǔ)與電工電子技術(shù)基礎(chǔ)教材的仿真案例，并不是要取代現(xiàn)有的電工電子實(shí)驗(yàn)課程，事實(shí)上也不可能取代。但這種與理論課教材緊密結(jié)合的仿真案例教學(xué)，可以幫助學(xué)生搭建大學(xué)里開(kāi)設(shè)的各個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與理論課程的橋梁，幫助學(xué)生走出理論課無(wú)用論，成績(jī)?cè)俸貌粫?huì)動(dòng)手的認(rèn)知誤區(qū)，將理論知識(shí)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之間的跨越盡量平滑化。

綜上所述，盡管基于各種仿真軟件的實(shí)驗(yàn)案例教學(xué)已不是新鮮事物，但在互聯(lián)網(wǎng)+的教育大勢(shì)下，靈活應(yīng)用，避免資源閑置，仍可以起到事半功倍的良好效果。

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基金項(xiàng)目：本文為南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院教改項(xiàng)目，“電路分析基礎(chǔ)課程的實(shí)踐案例教學(xué)研究”（編號(hào)JG30316007）的成果。