計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)電路課程教學(xué)改革與實(shí)踐

摘要:本文針對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)電路課程教學(xué)工作中存在的問(wèn)題，從課程體系、課程內(nèi)容的調(diào)整與選擇，教學(xué)方法、課程考核方法的改革等方面提出了若干改進(jìn)措施和建議。

關(guān)鍵詞:電路課程;教學(xué)改革;開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué);考核方式

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，新的電子器件層出不窮，微機(jī)結(jié)構(gòu)的板塊化、集成化程度也越來(lái)越高。這種情況下，低頻分立元件電路還要不要學(xué)，計(jì)算機(jī)的一些相關(guān)基礎(chǔ)課程要不要被淘汰?這一疑問(wèn)讓很多師生感到困惑。我們認(rèn)為，對(duì)這一問(wèn)題的回答應(yīng)該是肯定的。電子器件可以不斷更新，但電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電路的思想不變，基本電子線路仍然是進(jìn)行電子設(shè)計(jì)的依據(jù)。所以基礎(chǔ)的電路知識(shí)不但要學(xué)，而且應(yīng)該精通，應(yīng)抓住主線，領(lǐng)悟其思想和精髓[1]。但是，由于電路課程本身概念多、理論性強(qiáng)，涉及很多微觀方面的知識(shí)，因此很多學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情學(xué)，教學(xué)效果普遍不好。真對(duì)上述問(wèn)題，筆者結(jié)合多年的工程實(shí)踐和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，談一談關(guān)于計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)電路課程(電路基礎(chǔ)和模擬電子技術(shù)部分)教學(xué)改革的建議和體會(huì)。

1課程體系、課程內(nèi)容的改革與實(shí)踐

1.1從實(shí)際出發(fā)，突出應(yīng)用，合理調(diào)整與梳理課程體系

早前，計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)課程體系中，過(guò)分強(qiáng)調(diào)全面性和理論深度，連續(xù)開(kāi)出“電路基礎(chǔ)”、“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”、“數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”等3門(mén)電路課程，其難度不亞于相關(guān)電子專(zhuān)業(yè)課程，而且計(jì)算機(jī)硬件方面的課程也有煩雜重復(fù)的現(xiàn)象，導(dǎo)致的結(jié)果是學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件課程，特別是電路課程產(chǎn)生畏懼心里和厭學(xué)情緒。經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，根據(jù)我院學(xué)生的實(shí)際情況和創(chuàng)新型應(yīng)用人才的培養(yǎng)目標(biāo)，適當(dāng)對(duì)課程體系進(jìn)行調(diào)整和梳理，取得較好的效果。我們把“電路基礎(chǔ)”和“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”合并為“電路與模擬電子技術(shù)”，將計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)電路課程簡(jiǎn)化為兩門(mén)，而為突出實(shí)踐將兩門(mén)電路實(shí)驗(yàn)單獨(dú)開(kāi)課、單獨(dú)考核;注意“組成原理”與“微機(jī)原理”的銜接處理，適當(dāng)削減理論學(xué)時(shí)，而突出實(shí)踐，增加“單片機(jī)及應(yīng)用”的教學(xué)課時(shí);在原“電裝實(shí)習(xí)”的基礎(chǔ)上增開(kāi)“嵌入式系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)”，以提高學(xué)生綜合應(yīng)用和工程實(shí)踐能力。

1.2以“必用、夠用”為度，精心安排和選擇課程內(nèi)容

以往課程教材多是跟名校走，沒(méi)有考慮學(xué)院學(xué)生的學(xué)習(xí)素養(yǎng)，不切實(shí)際的選擇理論性很強(qiáng)的一些經(jīng)典著名教材。改革之后，我們更加注重學(xué)生的基礎(chǔ)和需求，選擇教材或者自編講義時(shí)強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際、突出實(shí)踐。目前選用高等教育出版社出版的高玉良的《電路與模擬電子技術(shù)》，并自編仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)物實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材。理論教材的建議學(xué)時(shí)為80學(xué)時(shí)，而我們的計(jì)劃學(xué)時(shí)為64學(xué)時(shí)。所以，選定教材之后，還應(yīng)以“必用，夠用”為度，精心選擇授課內(nèi)容，特別是電路的基本理論和經(jīng)典內(nèi)容。電路的基本理論是電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，經(jīng)典內(nèi)容更不會(huì)在很短時(shí)間內(nèi)發(fā)生大的變化，結(jié)合計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)恰當(dāng)?shù)慕榻B這些內(nèi)容，有助于打牢學(xué)生的專(zhuān)業(yè)理論基礎(chǔ)。但應(yīng)注意基本內(nèi)容的精簡(jiǎn)與深度，應(yīng)以“必用、夠用”為度，切忌繁雜和過(guò)于深入[2]。“必用”是指對(duì)于課程后繼內(nèi)容的學(xué)習(xí)必然要用到的和必需要掌握的內(nèi)容，如電阻電路分析、電路的暫態(tài)分析、三極管及晶體管的基本原理、信號(hào)的運(yùn)算與處理電路等，舍棄正弦交流電路和非正弦周期電流電路分析的大部分內(nèi)容。“夠用”是指基本內(nèi)容的份量和深入程度應(yīng)適當(dāng)控制，如半導(dǎo)體三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等的物理結(jié)構(gòu)和內(nèi)部原理應(yīng)簡(jiǎn)要通俗講解，不宜過(guò)于深入。這樣做，一方面是考慮到課程學(xué)時(shí)有限，而內(nèi)容較多，必須保證基本理論和經(jīng)典內(nèi)容;另一方面是考慮到計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的特殊需求，電子元件的學(xué)習(xí)應(yīng)側(cè)重于其功能和應(yīng)用。

1.3突出應(yīng)用，密切跟蹤電子技術(shù)新發(fā)展，適當(dāng)增加課程內(nèi)容

當(dāng)今電子技術(shù)發(fā)展迅速，新的電子器件層出不窮，電路的集成度也越來(lái)越高。就計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)而言，深入學(xué)習(xí)各種器件的物理結(jié)構(gòu)和內(nèi)部原理不現(xiàn)實(shí)，也沒(méi)有必要。在掌握電路的基礎(chǔ)理論，常用分立元件電路的分析設(shè)計(jì)之后，功能級(jí)器件的正確、靈活和創(chuàng)新應(yīng)用顯得尤為重要。例如，在信號(hào)的運(yùn)算與處理章節(jié)，講清楚基本的比例、加法、減法運(yùn)算電路之后，引入基于集成運(yùn)放的電壓調(diào)理電路、恒流源電路的設(shè)計(jì)等實(shí)用內(nèi)容。在直流電壓源章節(jié)，講清楚直流穩(wěn)壓電路的基本原理之后，引入流行的集成穩(wěn)壓器件穩(wěn)壓電路分析與設(shè)計(jì)等內(nèi)容。另外，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，EDA技術(shù)已成為電子工程設(shè)計(jì)的重要手段。EDA技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得電子技術(shù)向著更高、更新的層次飛速發(fā)展。而EDA技術(shù)，特別是電子電路的仿真技術(shù)在電路課程教學(xué)中也起到非常重要的作用。所以，我們?cè)陔娐氛n程中引入Multisim進(jìn)行電路仿真。這也極大的激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)電路的興趣和積極性。

通過(guò)一系列的調(diào)整和改革之后，學(xué)生對(duì)學(xué)科的專(zhuān)業(yè)認(rèn)同度大大提高，有更多的同學(xué)主動(dòng)積極投入到專(zhuān)業(yè)的學(xué)習(xí)中，更多的同學(xué)計(jì)劃畢業(yè)后從事專(zhuān)業(yè)工作，并對(duì)前景有一個(gè)好的預(yù)期。

2教學(xué)方法的改革與探索

2.1課堂教學(xué)結(jié)合實(shí)踐，以新穎的實(shí)例培養(yǎng)學(xué)生興趣

上好緒論課，在第一時(shí)間抓住學(xué)生注意力非常重要。課程開(kāi)始，教師應(yīng)結(jié)合實(shí)踐，講明課程在計(jì)算機(jī)科學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系中的地位以及在現(xiàn)實(shí)生活中的重要應(yīng)用，引起學(xué)生的足夠重視。例如，在緒論課堂上，筆者走進(jìn)教室先指著天花板上的日光燈問(wèn)同學(xué)其中鎮(zhèn)流器的作用是什么、問(wèn)為什么電風(fēng)扇通電會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)等等一些同學(xué)們身邊生活中的電路問(wèn)題。接著告訴同學(xué)們，將要學(xué)習(xí)的晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、運(yùn)算放大器、穩(wěn)壓電源等等是后繼“數(shù)字電路”、“組成原理”、“微機(jī)原理”的重要基礎(chǔ)以及在其中的重要應(yīng)用。通過(guò)緒論課，使學(xué)生有了要學(xué)好該課程的熱情和興趣，后面的關(guān)鍵是如何利用這種熱情和興趣，并使之保持下去。這首先要求教師熟練掌握教材，融匯貫通，將相對(duì)“孤立”和枯燥的內(nèi)容講得符合邏輯推理、講得生動(dòng)、引人入勝。例如，在講到電路的基本概念、基本定律和基本分析方法時(shí)，筆者引入對(duì)偶性原理，告訴同學(xué)們對(duì)偶原理在生活中無(wú)處不在，引導(dǎo)學(xué)生以對(duì)偶性原理理解、分析問(wèn)題[2]。這樣以來(lái)，在抓住學(xué)生注意力的同時(shí)，使問(wèn)題在合乎邏輯推理的情況下層層深入，并引發(fā)學(xué)生積極有效的思維活動(dòng)。在整個(gè)學(xué)期，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和對(duì)電路課程的興趣一直保持較高的水平。

2.2板書(shū)結(jié)合多媒體教學(xué)

使用多媒體教學(xué)，能擴(kuò)大課時(shí)容量，更為生動(dòng)形象的傳播知識(shí)，幫助學(xué)生更快的理解和記憶學(xué)習(xí)內(nèi)容。但是，應(yīng)根據(jù)課程的不同特點(diǎn)，恰當(dāng)合理地使用多媒體教學(xué)，而不能為了省事濫用多媒體。曾看到不少教師在數(shù)學(xué)、電路等理論性較強(qiáng)的課程中，上課時(shí)一頁(yè)一頁(yè)地翻講PPT，而學(xué)生一臉茫然，其授課效果可想而知。PPT課件由于其頁(yè)頁(yè)之間顯示的間斷性，不能給學(xué)生把握全局和理解問(wèn)題的時(shí)間緩沖，而這一點(diǎn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)邏輯性較強(qiáng)的新理論尤為重要，如果稍不留神聽(tīng)講，后面的課程內(nèi)容就像聽(tīng)天書(shū)了。筆者根據(jù)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，電路課程多媒體授課時(shí)間應(yīng)該嚴(yán)格控制在30%以?xún)?nèi)。而且，多媒體授課不應(yīng)是簡(jiǎn)單的播放PPT，而應(yīng)該是適時(shí)利用即時(shí)演示和動(dòng)畫(huà)技術(shù)進(jìn)行的形象教學(xué)。這可以使許多抽象和難理解的內(nèi)容變得生動(dòng)有趣，一目了然，既節(jié)約了課時(shí)，又提高了教學(xué)效果。例如，在講到三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)時(shí)，可借助形象的動(dòng)畫(huà)，方便學(xué)生理解。還有，使用EDA軟件進(jìn)行電路仿真分析，可以簡(jiǎn)化理論推導(dǎo)，突出知識(shí)點(diǎn)的實(shí)用性，并且通過(guò)仿真軟件的儀器儀表顯示，使電路的物理過(guò)程更為形象直觀。例如，在講到一階電路的暫態(tài)分析時(shí)，要分析電容的充放電過(guò)程，使用仿真軟件可以當(dāng)即取得波形圖，并且通過(guò)圖形使學(xué)生非常直觀地看到各物理量的變化規(guī)律及各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的函數(shù)值。

要說(shuō)明的的是，以上觀點(diǎn)并不是否定課件的重要性。內(nèi)容豐富生動(dòng)的高水平課件可以作為學(xué)生課后預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、自學(xué)的重要資料，對(duì)于教學(xué)工作也起著非常重的要作用。

2.3 “互動(dòng)式”教學(xué)

教師應(yīng)明白教學(xué)相長(zhǎng)的道理，課堂上營(yíng)造師生共同參與、積極討論的氛圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性[2]。課堂上應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生提出與教材及老師意見(jiàn)不一致的想法，哪伯是錯(cuò)誤的觀點(diǎn)(當(dāng)然老師不能放棄引導(dǎo)的責(zé)任)，應(yīng)激勵(lì)學(xué)生把學(xué)到的知識(shí)相互滲透，前后貫通、綜合運(yùn)用，讓學(xué)生堅(jiān)持獨(dú)立思考，敢于發(fā)表自己的見(jiàn)解。例如，筆者在每節(jié)課前五分鐘總讓學(xué)生來(lái)歸納講解上節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)，并根據(jù)講解情況予以一定的加分。在幾次嘗試、鼓勵(lì)之后便出現(xiàn)了爭(zhēng)搶上臺(tái)講解、相互點(diǎn)評(píng)的熱烈場(chǎng)面。另外，根據(jù)電路課程的特點(diǎn)，筆者在電路課堂教學(xué)中，普遍采用了“提問(wèn)、討論、歸納”的教學(xué)方法。對(duì)一個(gè)具體電路的分析求解，常常可以有多種方法。教師可以先提出問(wèn)題，學(xué)生通過(guò)討論后給出各種各樣的思路和方法，然后通過(guò)比較和歸納來(lái)確定所分析的問(wèn)題的一般方法和步驟。在這個(gè)過(guò)程中，每當(dāng)學(xué)生以自己的方法解決了一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，就會(huì)覺(jué)得有成就感，這種感覺(jué)又會(huì)促進(jìn)繼續(xù)學(xué)習(xí)，形成良性循環(huán)，從而增強(qiáng)其學(xué)習(xí)主動(dòng)性。而且，這一過(guò)程也培養(yǎng)了學(xué)生追求科學(xué)的思維方式，提高了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

2.4合理運(yùn)用對(duì)偶性原理

對(duì)偶是客觀世界中存在的一種特殊規(guī)律。在電路理論中，元件、參數(shù)、電路、定律、定理、分析方法之間都存在明顯的對(duì)偶關(guān)系。因此，在電路教學(xué)中及早建立對(duì)偶概念并加以合理應(yīng)用，有助于提高教學(xué)效果[3]。例如，在電路課程開(kāi)始介紹電流、電壓概念時(shí)，可從物理學(xué)中的對(duì)偶現(xiàn)象出發(fā)，提出對(duì)偶概念，說(shuō)明電流、電壓是一對(duì)對(duì)偶的電路變量，并指出對(duì)偶現(xiàn)象在電路理論中普遍存在，使學(xué)生有一個(gè)初步印象;在介紹基爾霍夫定律時(shí)，指出節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)孔為對(duì)偶，基爾霍夫電流定律與基爾霍夫電壓定律為對(duì)偶;在介紹電阻元件時(shí)，指出電阻與電導(dǎo)為對(duì)偶，電容和電感為對(duì)偶。經(jīng)反復(fù)強(qiáng)化，學(xué)生建立起對(duì)偶的概念后，教師就應(yīng)適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生靈活運(yùn)用對(duì)偶性原理。例如，學(xué)生對(duì)電壓源較易理解，對(duì)電流源則感到抽象。學(xué)習(xí)電壓源后，學(xué)生已經(jīng)明確電壓源是一種其兩端總能保持一定的電壓而不論流過(guò)的電流為多少的理想元件。這時(shí)，運(yùn)用對(duì)偶概念指出，一定存在電壓源的對(duì)偶元件，該元件應(yīng)當(dāng)是一種從其端鈕上總能向外提供一定的電流而不論其兩端的電壓為多少的理想元件。這樣引入電流源，學(xué)生覺(jué)得順理成章，不會(huì)感到突然[3]。另外，在教學(xué)中，對(duì)于具有對(duì)偶關(guān)系的兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)，只須講清、講透其中一個(gè)，另一個(gè)則利用對(duì)偶性講授，可縮短講課時(shí)間，提高講課效率。

3考核方式的改革與實(shí)踐

課程考核是課程建設(shè)的一個(gè)重要方面。它是評(píng)價(jià)課程教學(xué)質(zhì)量的重要手段，對(duì)課程建設(shè)起著引導(dǎo)和約束的作用 [4]。實(shí)踐中，我們改變以往傳統(tǒng)單一的期末考試考核方式，確定了把課程教學(xué)作為提高學(xué)生綜合素質(zhì)培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，結(jié)果考核和過(guò)程考核相結(jié)合的考核目標(biāo)，逐步形成了具有一定特色、方案合理、可操作性強(qiáng)的課程考核方式。課程考核的項(xiàng)目包括學(xué)生的出勤情況(占總分10%)、平時(shí)課堂表現(xiàn)，包括回答問(wèn)題、課堂演講等(占總分10%)、平時(shí)作業(yè)(占總分20%)、期中測(cè)評(píng)(占總分20%)和期末測(cè)評(píng)(占總分40%)。按時(shí)出勤可以培養(yǎng)學(xué)生的集體主義觀念和遵守紀(jì)律的習(xí)慣，也是課程教學(xué)得以正常進(jìn)行的必要條件。筆者的做法是全勤記10分，缺席一次扣2分，缺席五次取消該門(mén)課程考核資格。電路課程理論性較強(qiáng)，不通過(guò)大量的練習(xí)難以融會(huì)貫通、真正掌握基本內(nèi)容，所以適當(dāng)加重對(duì)平時(shí)作業(yè)的考核是否必要的。筆者的做法是學(xué)期總共批改五次作業(yè)，每次4分，根據(jù)作業(yè)的完成情況分四個(gè)檔次，每個(gè)檔次分別給為1分、2分、3分和4分。另外，為防止相互抄襲，限制作業(yè)必須按時(shí)完成，不得補(bǔ)交。為鼓勵(lì)學(xué)生積極發(fā)言、同他參與討論，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，課堂表現(xiàn)考核顯得十分重要。筆者的做法是主動(dòng)回答問(wèn)題、主動(dòng)上臺(tái)做題或演講正確一次記2分，錯(cuò)誤不扣分。筆試是學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握情況的集中體現(xiàn)，占課程考核的比重大。通過(guò)以上課程考核方式的改革，取得了令人滿(mǎn)意的效果。學(xué)期課程的平均出勤率達(dá)到98%以上，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性明顯提高，課堂教學(xué)秩序良好，氣氛活躍，課后師生交流頻繁，學(xué)習(xí)效果明顯提高。另外，學(xué)生的綜合素質(zhì)也得以提高，表現(xiàn)出較強(qiáng)的獨(dú)立思維、溝通協(xié)作、工程實(shí)踐能力和敢于表現(xiàn)自我的勇氣和信心。

4結(jié)論

以上是筆者針對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)“電路與模擬電子技術(shù)”課程教學(xué)教改工作的一些看法和實(shí)踐。表1是我院計(jì)算機(jī)系未實(shí)施改革前07級(jí)與實(shí)施改革后08級(jí)的學(xué)生課程調(diào)查及考核結(jié)果對(duì)比。

從表中可以看出，實(shí)施教學(xué)改革后，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方法和教學(xué)效果等各方面都得到了學(xué)生的高度評(píng)價(jià)，課程考核及格率也明顯提升。當(dāng)然，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展和課程改革的不斷深入，電路課程的教學(xué)工作仍有大量有待探討的問(wèn)題，作者期待能進(jìn)一步與同行切磋和交流。

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Reform of Circuit Course in Computer Science

XIA Bai-zhan， SHI Shi-guang， LV Yi

(Department of Computer Science， Zhongshan Institute， University of

Electronic Science and technology， Zhongshan 528402，China)

Abstract: The article is to provide some methods and suggestions to solve the problems existing in teaching of the electronic circuit course of computer from all aspects such as the course system， the content adjustment and selection， teaching methods， course appraisal， etc.

Key words: circuit experiment;l teaching reform; opening experimental teaching; manner of examination.

(編輯:白杰)