面向CDIO工程教育模式的電路分析基礎教學改革探究

莊慧敏 張紹全 劉興茂 張江林

[摘 要] 為了融入CDIO工程教育模式，滿足工程人才培養(yǎng)方案的需要，電路分析基礎作為電類相關專業(yè)的基礎課程，教學改革意義重大。文章從教材、教學方法、考核方式三個方面進行了教學改革探討，重點是教學方法。其宗旨就是激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的工程意識和創(chuàng)新意識，提高學生分析和解決工程問題的能力。

[關鍵詞] CDIO工程教育模式;電路分析基礎;教學改革;工程問題

[作者簡介] 莊慧敏（1976—），女，湖北襄陽人，工學博士，講師，研究方向為電氣工程;張紹全（1981—），女，湖北黃岡人，工學碩士，講

師，研究方向為電氣工程。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）30-0176-02? ? [收稿日期] 2019-10-31

一、引言

“電路分析基礎”是電子信息及電氣工程的專業(yè)基礎課、核心必修課[1]。該課程的教學既要強調(diào)理論上的科學性、嚴密性，又要強調(diào)分析工程技術問題的觀點與方法，培養(yǎng)學生從實際出發(fā)，在理論指導下靈活處理問題的能力。

然而，目前該課程的教學偏重于理論教學，主要是培養(yǎng)學生分析和計算方面的能力[2]。總體上存在如下問題：1.由于該課程理論性比較強，內(nèi)容多且面廣，對于剛接觸基礎專業(yè)課的大一年級學生來講，具有一定的難度;2.教學模式單一，導致學生的學習興趣不高;3.理論與實踐脫節(jié)，實驗環(huán)節(jié)構(gòu)成不合理，缺乏對工程應用能力的培養(yǎng)。因此，如何對該課程進行教學改革，激發(fā)學生的學習興趣，提高教學質(zhì)量，滿足CDIO工程培養(yǎng)模式的需求，成為當前一個亟待解決的問題。

二、教材的改革

大部分已出版的電路分析教材偏重理論分析，對實踐應用環(huán)節(jié)重視不夠，缺乏向CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）工程教育模式的過渡。為了貼合工程人才培養(yǎng)方案，滿足培養(yǎng)工程性和創(chuàng)新性人才的需求，“電路分析基礎”的教材應在電路基本原理的基礎上增加工程實踐內(nèi)容。鑒于此，成都信息工程大學的“電路分析基礎”課程組老師在長期的CDIO工程教育改革中，結(jié)合多年的教學實踐，組織編寫了適應CDIO模式的教材。

新教材按照CDIO工程教育創(chuàng)新模式，結(jié)合教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的實施原則，突出基本理論與實際應用的結(jié)合，強化知識傳授與能力培養(yǎng)的有機融合[3]。以電路理論與分析方法及其在工程中的應用為主線，以典型工程實例需解決的問題引出各章節(jié)內(nèi)容，以“問題”驅(qū)動學生進行理論和方法的學習。同時，各章都設置工程應用實例分析與電路設計內(nèi)容，幫助學生在掌握基本理論的同時，學習實際電路分析與設計的方法，提高學生應用知識的能力。

三、教學方法的改革

“電路分析基礎”作為一門工科類的專業(yè)基礎課程，要在教學過程中根據(jù)教學內(nèi)容，靈活選擇合理的教學方法，引導學生建立系統(tǒng)分析、模型抽象、等效變化等工程觀點，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際和工程實踐創(chuàng)新的能力。

（一）理論知識講解的基本原則

該課程基本概念和定理眾多，知識點抽象，分析方法所用數(shù)學知識多且較復雜。因此，在理論知識的講授中，需提煉知識點，遵循一定的基本原則：抓主干、重基礎、攻難點，化抽象為直觀、化繁雜為簡練。

雖然該課程內(nèi)容豐富，但貫穿其中的只有兩條基本主線：一條是依據(jù)電路的兩類約束（拓撲約束和元件約束），建立電路數(shù)學模型的一般分析方法;另一條是運用電路等效及電路定理，對電路進行簡化計算。在教學過程中，應抓住這兩條基本主線，在透徹地講解基本概念、定律和定理的基礎上，教會學生怎樣應用數(shù)學知識構(gòu)建、求解電路模型，培養(yǎng)學生駕馭數(shù)學工具的能力。

（二）問題引導和思路啟發(fā)式教學

“電路分析基礎”課程的理論性和邏輯性都非常強，且涉及許多復雜的數(shù)學知識，學生學習起來具有一定的難度。為此，在教學過程中，采用問題引導和思路啟發(fā)式教學模式，以學生為主體，以“問題”引導學生主動思考，調(diào)動學生的學習積極性，并在理論知識的講解過程中，采用啟發(fā)的模式，指導學生從老師分析問題的思路中尋找解決問題的方法，有效實現(xiàn)“以老師為主導，學生為主體”的教學模式，培養(yǎng)學生獨立思考的習慣和解決工程問題的能力。例如，講解正弦量的相量表示時，首先提出問題：“能否采用一種較為簡單的代數(shù)運算替代求解困難的三角函數(shù)運算，解決正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析計算問題呢？”然后，讓學生回顧一下正弦函數(shù)的三要素，以問題：“若所有激勵的頻率相同，只有正弦量的振幅和初相位發(fā)生變化，正弦量的三要素就變?yōu)閮梢兀瑒t數(shù)學中能夠同時反映兩個要素的表達方式有哪些？”引導學生尋找答案。

（三）仿真軟件的應用

熟練運用計算機軟件進行工程設計和仿真驗證，是學生應該具備的工程能力之一。因此，根據(jù)教學內(nèi)容特點，將Multisim和MATLAB引入該課程的教學過程中，既可以幫助學生直觀、深刻地理解基本理論知識，又使學生掌握了電路分仿真分析方法。

Multisim具有界面直觀、操作方便等優(yōu)點，可以在課堂上借助Multisim進行現(xiàn)場仿真演示，將抽象的理論知識以圖形化的形式直觀展現(xiàn)出來，激發(fā)學生的學習興趣，加深對理論知識的理解。MATLAB軟件不僅具有強大的計算功能，而且界面友好，可視性強，能夠以多種形式將分析計算結(jié)果表現(xiàn)出來，將學生從復雜的數(shù)學計算中解脫出來的，同時也活躍了課堂氛圍.

（四）任務驅(qū)動式實踐

CDIO教育模式不僅注重學生對基礎知識的掌握，還非常重視對學生實踐能力及團隊合作能力的培養(yǎng)。為了適應這種教育模式，結(jié)合教學內(nèi)容，布置簡單的項目設計任務，學生自愿組成小組（一般5～6人），以小組為單位，利用課余時間完成電路的設計、調(diào)試工作，使其滿足設計要求。

例如，針對“一階電路的時域分析”內(nèi)容，布置了燈光報警系統(tǒng)設計的任務;針對“正弦穩(wěn)態(tài)電路分析”，要求學生實現(xiàn)功率因數(shù)測量儀的設計;針對“電路諧振”的應用，要求學生設計一個“陷波”濾波器，有選擇地除去從監(jiān)視設備輸入段引入的任何60Hz的信號。學生完成設計任務后，安排1～2節(jié)課的時間，進行產(chǎn)品展示和評比，并給優(yōu)秀小組成員的平時成績適當加分以資鼓勵。

四、考核方式的改革

在CDIO教育模式下，“電路分析基礎”課程的教學目標，不只是讓學生理解和掌握電路理論知識，還需要培養(yǎng)學生的實踐動手能力、創(chuàng)新能力及團隊協(xié)作能力。因此，考核形式必須多樣化。為此，在成績的構(gòu)成上可設置平時成績和期末成績兩個部分，并提高平時成績所占比例，提高對教學過程管理和學生實踐能力培養(yǎng)的重視度，從多個方面反映學生的學習情況，避免部分學生將通過期末考試作為學習目標和動機，失去學習興趣的弊端。其中，平時成績由課后作業(yè)、課堂測驗、小組項目設計、小組討論課、課程實驗組成。這種多樣化的考核方式能夠促進學生學習動力和興趣的提高，使學生在學習理論知識的過程中在多個方面得到鍛煉，為將來的學習及工作奠定一定基礎。

五、結(jié)語

綜上所述，文章針對CDIO教育模式下的“電路分析基礎”課程面臨的問題，從教材內(nèi)容、教學方法與手段（重點內(nèi)容）、考核方式等方面提出了適當?shù)母母锓椒ǎ⒃诮虒W過程中展開應用。通過對課程的教學改革，提高課程教學質(zhì)量，調(diào)度學生的學習積極性，培養(yǎng)學生工程實踐能力、創(chuàng)新意識及團隊合作精神，使其滿足產(chǎn)業(yè)界對工程人才的要求，適應當代社會經(jīng)濟發(fā)展的需要。

參考文獻

[1]曾松偉，周素茵，章云，等.“電路分析”課程教學改革探討[J].電氣電子教學學報，2014（6）.

[2]楊金，汪海波，樊敏.電路分析課程教學現(xiàn)狀分析與教學改革探討[J].合肥師范學院學報，2018（3）.

[3]巨輝，周蓉.電路分析基礎：工程教育系列教材[M].北京：高等教育出版社，2012.

Teaching Reform on the Course of Circuit Analysis Foundation under CDIO Engineering Education Model

ZHUANG Hui-min，ZHANG Shao-quan，LIU Xing-mao，ZHANG Jiang-lin

（School of Control Engineering，Chengdu University of Information Technology，Chengdu，Sichuan 610225，China）

Abstract：In order to adapt to CDIO engineering education model and meet the requirement of engineering personnel training program，teaching reform of the Circuit Analysis Foundation，a basic course of electrical related majors，is of great significance.This paper discusses the teaching reform methods from three aspects：teaching materials，teaching methods and assessment methods，with the emphasis on teaching methods.It aims at stimulating students' interest in learning，improving the teaching efficiency，cultivating students' consciousness of engineering and innovation，and improving students' ability to analyze and solve engineering problems.

Key words：CDIO engineering education model;Circuit Analysis Foundation;teaching reform;engineering problem