應(yīng)用型本科高校電路課程教學(xué)改革探索與實踐

關(guān)鍵詞：電氣工程及其自動化；電路；OBE理念；教學(xué)改革；仿真軟件

文章編號：1671-489X（2025）10-0073-05

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.10.073

0 引言

2017年，《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃的通知》發(fā)布，明確提出：推動具備條件的普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變[1]。同年，山西省應(yīng)用型高等學(xué)校聯(lián)盟成立，成為首批應(yīng)用型試點高校之一。該聯(lián)盟的成立有利于激發(fā)應(yīng)用型高校創(chuàng)新活力，增強應(yīng)用型高校轉(zhuǎn)型動力。2023年，順利通過教育部普通高等學(xué)校本科教學(xué)工作合格評估，接下來將朝著工程教育專業(yè)認(rèn)證、碩士學(xué)位授予單位申報等新的任務(wù)奮勇前行，這就對課程教學(xué)提出更新、更高、更全面的要求。

1電路課程教學(xué)現(xiàn)狀

電路課程是電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是專業(yè)核心課，是學(xué)科基礎(chǔ)課和專業(yè)課的橋梁，對于培養(yǎng)學(xué)生電路分析、計算、實踐的專業(yè)素養(yǎng)和綜合能力具有至關(guān)重要的作用。但是當(dāng)前電路課程教學(xué)中存在一系列問題，亟待進(jìn)行教學(xué)改革。

1.1教師主導(dǎo)過強，學(xué)生參與不夠

教師拘泥于傳統(tǒng)教學(xué)理念，“滿堂灌”“一言堂”，采用課件、板書等教學(xué)手段，教學(xué)過程以教師為中心，學(xué)生處于被動接受的地位[2]，參與度不高，缺乏互動和反饋，課程教學(xué)對學(xué)生吸引力不夠。

1.2內(nèi)容局限于理論，缺乏與實踐的結(jié)合

課程教學(xué)學(xué)時少，內(nèi)容多，重難點不突出，教師未能結(jié)合不同教材的異同對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，未能把生活、實踐或者科研中的實例融入教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容顯得單薄，缺乏吸引力[3]。學(xué)生學(xué)習(xí)目的不明確，積極性不高。

1.3實驗學(xué)時較少，輕視實踐能力培養(yǎng)

課程理論教學(xué)多，實踐操作少，學(xué)生學(xué)習(xí)枯燥，不利于知識的掌握，容易對學(xué)習(xí)失去興趣；理論與實踐脫節(jié)，缺乏實踐機(jī)會，學(xué)生無法掌握實踐技能，導(dǎo)致培養(yǎng)的人才創(chuàng)新性不足、個性化不強、專業(yè)能力較差[4]。

2教學(xué)改革探索與實踐

以立德樹人為根本，以學(xué)生全面發(fā)展為中心，按照學(xué)院特色鮮明高水平應(yīng)用型本科高校建設(shè)相關(guān)要求，踐行OBE理念，改進(jìn)教學(xué)思路，充實教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)手段，支撐電氣工程及其自動化專業(yè)本科人才培養(yǎng)。

2.1問題驅(qū)動教學(xué)，培養(yǎng)思維能力，增強學(xué)習(xí)效果

基于問題驅(qū)動的教學(xué)思路，以發(fā)現(xiàn)“問”題、“解”決問題、“歸”納知識、“擴(kuò)”展學(xué)習(xí)、“練”習(xí)掌握的“問、解、歸、擴(kuò)、練”為主要教學(xué)環(huán)節(jié)組織實施教學(xué)，如圖1所示。

2.1.1 發(fā)現(xiàn)問題

課前或者上課前段，針對本節(jié)重、難點教學(xué)內(nèi)容，通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺發(fā)布習(xí)題、背景資料、視頻等，在學(xué)生完成習(xí)題解答、資料閱讀、視頻觀看后，引導(dǎo)他們發(fā)現(xiàn)問題，引發(fā)好奇與思考。

2.1.2 解決問題

課中，教師引導(dǎo)，學(xué)生獨自或者分組通過公式推導(dǎo)或者仿真等方式對之前的問題進(jìn)行分析、求解、驗證，全程自主動腦、動手解決問題。對于個別完成較快的學(xué)生，可以將問題難度提升，引導(dǎo)其完成進(jìn)階任務(wù)。

2.1.3 歸納知識

課中，通過隨堂測驗、討論、個別提問等方式，引導(dǎo)學(xué)生將之前解決問題的方法、步驟、結(jié)果進(jìn)行歸納小結(jié)，形成知識點或者分析求解電路的思路、方法。以關(guān)鍵字、表格、圖形等形式強調(diào)相關(guān)內(nèi)容，便于學(xué)生理解掌握。

2.1.4擴(kuò)展學(xué)習(xí)

課中，通過圖片、視頻、網(wǎng)頁、論文等，或者課后通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺上傳擴(kuò)展知識，將所學(xué)內(nèi)容與思政元素聯(lián)系、與工程實踐聯(lián)系、與本專業(yè)前修或后修課程聯(lián)系、與跨專業(yè)相關(guān)知識聯(lián)系，讓學(xué)生進(jìn)行擴(kuò)展學(xué)習(xí)。

2.1.5 練習(xí)掌握

上課后段，通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺發(fā)布隨堂測驗，或者課后發(fā)布平時作業(yè)、期中測驗等，考查學(xué)生對知識的掌握情況。讓學(xué)生完成后實時或盡快反饋存在的問題，引導(dǎo)他們對知識進(jìn)行鞏固、反思、總結(jié)。

各個教學(xué)環(huán)節(jié)之間的關(guān)系獨立且關(guān)聯(lián)。針對不同教學(xué)內(nèi)容，可選擇合適的教學(xué)環(huán)節(jié)，如某小節(jié)無擴(kuò)展學(xué)習(xí)，可省去；個別教學(xué)環(huán)節(jié)可重復(fù)多次，如在解決問題、練習(xí)掌握過程中發(fā)現(xiàn)其他問題，可整理后繼續(xù)解決問題、歸納知識?；趩栴}驅(qū)動的教學(xué)思路，以“問、解、歸、擴(kuò)、練”為主要教學(xué)環(huán)節(jié)組織實施教學(xué)，旨在激發(fā)學(xué)生思考，激勵學(xué)生主動學(xué)習(xí)，提升學(xué)習(xí)自信，增強學(xué)習(xí)效果。

2.2多元內(nèi)容融入，明確學(xué)習(xí)目的，加深知識理解

依據(jù)人才培養(yǎng)方案、教學(xué)大綱，考慮前修、后修課程的聯(lián)系，實驗室條件等因素，選擇、確定理論和實驗內(nèi)容，如圖2所示（圖中方框加粗部分包含實驗）。結(jié)合課程實際，梳理教學(xué)內(nèi)容，挖掘13個思政元素、22個工程實踐實例、16個本專業(yè)相關(guān)知識、3個跨專業(yè)相關(guān)知識，融入教學(xué)過程。部分教學(xué)內(nèi)容梳理如下。

2.2.1挖掘疊加定理的思政元素

如疊加定理及相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容的思想，針對線性電路可將復(fù)雜信號用多個簡單信號的加權(quán)和表示，從而簡化復(fù)雜問題的分析?？梢砸龑?dǎo)學(xué)生運用類似的思想將生活中遇到的復(fù)雜問題分解為多個簡單問題分別加以解決。這樣可以鼓勵學(xué)生建立自信，幫助學(xué)生學(xué)會面對挫折并克服困難。

2.2.2挖掘一階電路全響應(yīng)的工程實踐實例

電氣設(shè)備，尤其是大容量設(shè)備，如圖3所示某型礦用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻器，要求“斷電十五分鐘后開蓋”，是因為其內(nèi)部可能存留大量的電荷，需要一段時間才能消散，與一階電路換路后，需經(jīng)一段時間才能達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)近似。另外，提醒學(xué)生在工作中要遵守規(guī)章制度，注意安全。

2.2.3挖掘網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的本專業(yè)相關(guān)知識

在電路理論中，網(wǎng)絡(luò)函數(shù)被定義為線性時不變電路在單一激勵下零狀態(tài)響應(yīng)的象函數(shù)與激勵象函數(shù)之比，反映了電路在特定激勵下的響應(yīng)。在后續(xù)課程自動控制原理、信號分析與處理中，網(wǎng)絡(luò)函數(shù)可以用來評估控制系統(tǒng)的性能，揭示信號在傳輸過程中的衰減、延遲等特性。

2.2.4挖掘諧振的跨專業(yè)相關(guān)知識

諧振與物理學(xué)中共振表述的現(xiàn)象一致，當(dāng)驅(qū)動力頻率和系統(tǒng)固有頻率相等時，系統(tǒng)受迫振動的振幅最大。在通信工程領(lǐng)域，諧振電路能夠選擇性地放大或者傳輸特定頻率的信號，同時抑制其他頻率的信號。其中，收音機(jī)就是一個經(jīng)典實例，通過改變收音機(jī)的諧振頻率與某電臺頻率一致時，即可收到對應(yīng)的電臺播出的節(jié)目。

深度挖掘教學(xué)內(nèi)容中的思政元素、實踐實例、本專業(yè)相關(guān)知識、跨專業(yè)相關(guān)知識，注重教學(xué)內(nèi)容與其聯(lián)系，堅持正確的政治方向和價值導(dǎo)向，有助于學(xué)生明確學(xué)習(xí)目的，更有針對性地進(jìn)行學(xué)習(xí)，提升學(xué)習(xí)積極性，更好地構(gòu)建所學(xué)內(nèi)容的知識體系，理解、掌握所學(xué)理論知識及其應(yīng)用，全面學(xué)習(xí)、全面發(fā)展。

2.3仿真軟件輔助，提升學(xué)習(xí)興趣，增長實踐技能

引入電路仿真軟件輔助教學(xué)，制作基爾霍夫定律、疊加定理、戴維南定理、一階電路的時域分析等20多個仿真實例，對理論知識進(jìn)行仿真推導(dǎo)或者驗證，弱化公式推導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)、熟悉仿真軟件的操作和使用。

以戴維南定理仿真推導(dǎo)、驗證為例，說明電路仿真軟件輔助教學(xué)的應(yīng)用。戴維南定理可以簡單表述為：一個有源線性一端口，對外電路來說，可以等效為電壓源和電阻的串聯(lián)組合。運用戴維南定理分析計算電路的過程較多、相對復(fù)雜，需要計算電路開路電壓、電路中有源部分置零后的等效電阻，再對組合后的等效電路進(jìn)行分析計算，學(xué)生不易理解、掌握。

利用電路仿真軟件對電路進(jìn)行仿真，如圖4所示，修改電阻R5參數(shù)，該支路電流隨之發(fā)生變化。

運用戴維南定理分析計算電路，去掉R5支路，用萬用表測量開路電壓，如圖5所示，測得開路電壓為6V。

電路中有源部分置零后，用萬用表測量等效電阻，如圖6所示，測得等效電阻為 6Ω 。

將電路用戴維南定理進(jìn)行等效，電壓源電壓等于開路電壓6V，電阻等于等效電阻 6Ω 。最后將去掉的R5支路接回，與原電路進(jìn)行對比，如圖7所示。同時修改電阻R5、R7參數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)，支路電流相同，從而證明運用戴維南定理可以將有源線性一端口等效為電壓源和電阻的串聯(lián)組合。

電路仿真軟件的使用有助于學(xué)生更形象地理解、掌握知識，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生對電路仿真軟件的操作、使用，可以自主設(shè)計、解決電路問題，掌握實踐技能，提高解決實際問題的能力，為未來的學(xué)習(xí)和工作打下基礎(chǔ)。

2.4多元、全過程評定

通過平時作業(yè)、期中測驗、課堂表現(xiàn)、實驗和課程結(jié)課考核等五個環(huán)節(jié)考查學(xué)生的知識掌握程度、實踐能力水平，各環(huán)節(jié)對課程教學(xué)目標(biāo)達(dá)成貢獻(xiàn)率和評定方式如表1所示。電路課程理論教學(xué)56學(xué)時，每周4學(xué)時，14周完成教學(xué)。每 2～3 周發(fā)布平時作業(yè)，期中測驗考查學(xué)生對前一階段所學(xué)知識的掌握情況；隨堂測驗實時考查學(xué)生對本節(jié)所學(xué)知識的掌握情況；實驗教學(xué)8學(xué)時，4個實驗，每個實驗2學(xué)時，全方面考查學(xué)生知識應(yīng)用能力、實驗操作能力等；課程結(jié)課考核考查學(xué)生對所學(xué)知識的掌握程度和運用能力，形成多元、全過程課程評定模式。

3教學(xué)改革效果評價

按照以上教學(xué)改革思路，2023年秋季學(xué)期，兩位教師對2022級電氣工程及其自動化專業(yè)本科生開展電路課程教學(xué)。課程結(jié)束前，采用匿名的方式向197名學(xué)生發(fā)放課程滿意度調(diào)查問卷，收回有效問卷167份。調(diào)查結(jié)果顯示，107名學(xué)生 （64.07% ）對教師的專業(yè)水平、教學(xué)方式非常滿意，51名學(xué)生（ 30.54% ）對教師的專業(yè)水平、教學(xué)方式滿意；85名學(xué)生（ 50.90% ）認(rèn)為教學(xué)內(nèi)容安排非常合理，69名學(xué)生（41. 32% ）認(rèn)為教學(xué)內(nèi)容安排合理。

學(xué)期結(jié)束前，校教學(xué)質(zhì)量評估建設(shè)部向?qū)W生、同行教師開展教學(xué)質(zhì)量評價。評價結(jié)果顯示，182名學(xué)生給兩位教師執(zhí)教課程評分的平均得分為91.10分，高于全系課程得分（88.32分），稍低于全校課程得分（91.27分）；同行教師評價共23次，給出兩位教師執(zhí)教課程評分的平均得分為87.50分，高于全系課程得分（87.05分），接近全校課程得分（88.86分）。

4結(jié)束語

圍繞電路基本概念、基本原理、分析方法等主要教學(xué)內(nèi)容，基于問題驅(qū)動的教學(xué)設(shè)計思路，以“問、解、歸、擴(kuò)、練”為主要教學(xué)環(huán)節(jié)組織實施教學(xué)；對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重組，弱化公式推導(dǎo)，與思政元素、工程實踐案例、本專業(yè)相關(guān)知識等聯(lián)系；引入電路仿真軟件，對理論知識進(jìn)行仿真推導(dǎo)或者驗證，旨在引導(dǎo)學(xué)生筑牢電路分析理論基礎(chǔ)，形成電路分析思維意識，提高電路分析計算能力，提升綜合素質(zhì)。

在未來的工作中希望能通過調(diào)整課程內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)、更新教學(xué)方法與手段、強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)、建立有效的評價體系以及注重課程與行業(yè)的對接等措施，有效地推進(jìn)電路課程教學(xué)改革與實踐，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，以培養(yǎng)出更多具有創(chuàng)新能力和實踐能力的優(yōu)秀人才。

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