《電路基礎(chǔ)》課程教學(xué)改革探索

吳劍英 王丹琦 杜勇 新疆師范大學(xué)

電路是大學(xué)理工科類(lèi)如計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)，化學(xué)化工專(zhuān)業(yè)、物理專(zhuān)業(yè)以及電子信息科學(xué)與技術(shù)等專(zhuān)業(yè)必須開(kāi)設(shè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，而且也與電子專(zhuān)業(yè)后續(xù)課程如《模擬電路》、《高頻電路》、《信號(hào)與系統(tǒng)》等有著密切聯(lián)系的必修課程。針對(duì)電路課程的學(xué)科特點(diǎn)以及在充分重視素質(zhì)教育的今天，對(duì)電路課程的教學(xué)模式進(jìn)行改革創(chuàng)新，提高課堂和實(shí)驗(yàn)的教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量，挖掘?qū)W生的潛能，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)具有綜合素質(zhì)的人才具有重大的意義。

一、電路教學(xué)目前現(xiàn)狀

由于電路課程是課堂理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合性非常強(qiáng)的學(xué)科。通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等相關(guān)內(nèi)容設(shè)計(jì)的調(diào)查問(wèn)卷分析可知，目前課堂教學(xué)中存在教學(xué)內(nèi)容信息量過(guò)大，學(xué)生記不住、吃不透；教學(xué)內(nèi)容抽象，難以理解；教學(xué)手段單一，多以傳統(tǒng)的板書(shū)或是板書(shū)加多媒體授課方式進(jìn)行；理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)操作相分離，學(xué)生不能將學(xué)到的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去；大多數(shù)高校的實(shí)驗(yàn)室都或多或少存在實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備價(jià)格昂貴、設(shè)備老化、更新速度慢以及設(shè)備售后維修服務(wù)跟不上和損壞率較高的現(xiàn)象；在實(shí)驗(yàn)操作中實(shí)驗(yàn)設(shè)備的集成度相對(duì)較高，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)偏多，擴(kuò)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)少，導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和目標(biāo)都達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)要求。在教學(xué)培養(yǎng)方案中課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)比例大多是4：1，重理論輕實(shí)踐現(xiàn)象普遍存在。實(shí)踐操作技能差，被動(dòng)式接受，使學(xué)生不能成為課程學(xué)習(xí)的主體，所以對(duì)于電路課程的教學(xué)模式改革顯得更加緊迫和必要。

二、電路課程教學(xué)模式改革探索

當(dāng)前素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育是教育工作的首要任務(wù)，在計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)高速發(fā)展的今天，將虛擬仿真技術(shù)引入電路教學(xué)中將會(huì)給電路教學(xué)模式帶來(lái)顛覆性的改革與創(chuàng)新。虛擬仿真技術(shù)可以將電路理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐、實(shí)訓(xùn)相結(jié)合，以能力培養(yǎng)為主線(xiàn)，引發(fā)興趣為目標(biāo)、進(jìn)行教學(xué)傳統(tǒng)模式翻轉(zhuǎn)讓學(xué)生成為課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中的主體。虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于電路教學(xué)模式改革可以從以下幾個(gè)方面體現(xiàn)：

1、教學(xué)內(nèi)容改革：根據(jù)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)對(duì)教學(xué)內(nèi)容可以進(jìn)行重組和優(yōu)化，加強(qiáng)課程知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系，培養(yǎng)工程意識(shí)和分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，達(dá)到理論與實(shí)踐相統(tǒng)一融合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

2、教學(xué)方法改革：由傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)變?yōu)閷W(xué)生的探索式、啟發(fā)式、主動(dòng)式、討論式以及互動(dòng)式等教學(xué)方法。

3、教學(xué)手段改革：改變?cè)械陌鍟?shū)或者板書(shū)加多媒體教學(xué)手段，依靠虛擬仿真技術(shù)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容予以模擬，營(yíng)造一個(gè)非常真實(shí)的虛擬教學(xué)氛圍，增加課堂教學(xué)演示，讓學(xué)生的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)以及觸覺(jué)均獲得真切的體驗(yàn)，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

4、教學(xué)模式改革：改變?cè)械恼n堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)比例以及課堂和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相分離的教學(xué)模式。將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和課堂教學(xué)搬進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，利用軟件和硬件相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建一個(gè)“教、學(xué)、做”一體化電路教學(xué)模式。

三、虛擬仿真技術(shù)在電路教學(xué)中的應(yīng)用舉例

目前可用于電路課程虛擬仿真的軟件[5]很多，一般分為專(zhuān)用類(lèi)仿真軟件如：Proteus,Pspice，EWB，Multisim, Protel，OrCAD 等；另一類(lèi)是通用軟件，比如System View, Lab VIEW, Matlab， Mathematic 等。兩種類(lèi)型的軟件各有其優(yōu)缺點(diǎn)，可以針對(duì)實(shí)際教學(xué)情況進(jìn)行交叉性使用。本文以Proteus 軟件為例在電路課程的課堂和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入虛擬仿真技術(shù)。

例：在講授“動(dòng)態(tài)電路元件”章節(jié)時(shí)，為了使學(xué)生能直接觀察到動(dòng)態(tài)元件（L 和C）的特性，給出下列電路，讓學(xué)生觀察動(dòng)態(tài)元件在交變信號(hào)(正弦信號(hào))的作用下的響應(yīng)特性。

圖1 RC 電路及仿真電路

從RC 電路的仿真圖中可以看到：電容兩端的電壓，滯后于電阻兩端的電壓。

圖 RC 電路

圖2 RL 電路及仿真電路

從RL 電路的仿真圖中可以看到：電感兩端的電壓，超前于電阻兩端的電壓。

觀察完上述仿真電路后，用板書(shū)推導(dǎo)分析電路，解釋為什么電容兩端的電壓，滯后電阻兩端的電壓；電感兩端的電壓，超前電阻兩端的電壓，從而達(dá)到激發(fā)學(xué)生探討問(wèn)題的興趣。緊扣這一問(wèn)題，若輸入信號(hào)由正弦信號(hào)變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)，電路的響應(yīng)如何？若改變R1 的阻值，電路的響應(yīng)又如何？針對(duì)這一問(wèn)題，我們?cè)俅斡肞roteus 軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真。

圖3 脈沖作用下RC 電路及仿真電路

從仿真圖上看到，電阻兩端出現(xiàn)了正負(fù)尖脈沖信號(hào)。當(dāng)改變R1的阻值后，電路的仿真結(jié)果為：

圖4 脈沖作用下RC 電路（改變電阻值）

教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析、啟發(fā)結(jié)合數(shù)學(xué)的微積分原理，從而使學(xué)生對(duì)RC 電路能夠進(jìn)行微積分運(yùn)算有了更加深入的理解，加強(qiáng)學(xué)科之間的聯(lián)系，也為后續(xù)的一階電路的時(shí)域分析、RLC 串并聯(lián)電路等內(nèi)容進(jìn)行仿真、分析教學(xué)打下良好的基礎(chǔ)。

通過(guò)舉例說(shuō)明在《電路基礎(chǔ)》這門(mén)課中，引入虛擬仿真技術(shù)在電路教學(xué)中將會(huì)對(duì)教學(xué)模式帶來(lái)改革與創(chuàng)新、對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科技興趣、動(dòng)手能力，使學(xué)生成為課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中的主體，都有極大的開(kāi)拓作用。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)電路教學(xué)的改革，師生之間在教與學(xué)的過(guò)程中增強(qiáng)互動(dòng)，學(xué)生變?yōu)檎n堂的主體，將被動(dòng)式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)學(xué)習(xí)教學(xué)模式，通過(guò)教學(xué)形成學(xué)生知識(shí)的建構(gòu)、素養(yǎng)的形成、生命的成長(zhǎng)三者深度共鳴，真正做到以人為本，應(yīng)才施教，有效的改善傳統(tǒng)知識(shí)課堂“重教輕學(xué)、重知輕能、重智力因素輕非智力因素”等主要缺陷，對(duì)其它類(lèi)似課程引入虛擬仿真結(jié)合教學(xué)也具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。