問題學習法教學在“電路分析基礎”課程中的實踐

摘要：教學模式是教學改革的一個關鍵性問題。為了培養學生對“電路分析基礎”課程學習的興趣，激發學習熱情，增強學習動力，在“電路分析基礎”課程教學中聯系工程實例，探索出了一些適合“基于問題學習法”的典型案例。教學實施的過程中，精心設計適合每一模塊內容的問題，引導啟發學生順著問題思考，逐步與問題隱含的課程內容結合起來，過渡自然。實踐證明，該模式取得了良好的教學效果，提高了教學質量，受到了學生的普遍歡迎。

關鍵詞：基于問題學習法；教學模式；電路分析

作者簡介：孫霞（1976-），女，山東新泰人，山東理工大學電氣與電子工程學院，副教授。（山東 淄博 255049）

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）03-0071-02

“電路分析基礎”課程是通信工程、計算機等專業必修的重要專業基礎課，本課程信息量大，而學時相對較少，內容比較抽象，包含面廣，公式多，概念多，符號多，計算多，學生普遍感到難學難懂。這就要求教師要根據教學內容和要求，靈活運用各種教學方法和手段，充分激發學生學習的興趣和研究潛能，引導學生帶著問題學習與思考，探索出一套適合該課程的教學模式。

基于問題的學習（Problem—based Learning，PBL）創始于1970年加拿大McMaster大學醫學院，過去幾年這種教學方法一直在醫學院和職業技術學院的教學過程中廣泛運用，近年來在工程教育中也越來越多地運用于項目設計訓練和實驗類課程。這種方法是從具體事物出發，這些具體事物可以是一組有待解釋的現象或實驗數據、一個有待分析的案例或是一個有待解決的實際的復雜問題。學生想要對數據、情況進行分析，或者要解決問題，就必須把握事實，了解規則，知道程序，明白工作原理。它強調把學習設置在復雜的、有意義的問題情境中，通過讓學習者解決問題，來學習隱含于問題背后的科學知識，形成解決問題的技能，并形成自主學習的能力。

基于問題學習的探究式教學是在借鑒基于問題的學習法的先進教學思想的基礎上，努力探索的一套傳統教學與PBL教學相結合的教學模式。它是一種教與學相互統一的過程，是以實際工程應用為背景提出問題，再簡化為電路模型，通過工程問題的解決方法和過程，加深學生對基本原理和理論的理解，培養他們的實踐與創新能力。

一、“電路分析基礎”教學中運用“基于問題學習法”的典型案例

在“電路分析基礎”課程教學實施的過程中，筆者發現問題的設計非常重要。如果問題設計得法，可以很好地啟發學生的思維，引導學生應用已掌握的基本概念、基本原理與基本理論自行歸納出一些電路分析的方法和步驟等，調動他們的積極性，進而發展到更高層次的學習。因此筆者在教學過程中針對電路分析內容，聯系工程實例，探索出了一些基于問題學習的典型案例，現列舉如下：

1.單相正弦交流電路

單相正弦交流電路與生產實踐和日常生活密切相關，在正弦交流電路中，各物理量之間不僅有數量大小的關系，而且還有方向（相位）的關系。這一點對初學交流電路的學生來說，常常感到很困難并經常弄錯，特別是經常使用的有效值更是如此。因此，在講授該課題之前，筆者先對學生提出這樣的問題：電路如圖1（a）、圖1（b）所示，在一個正弦交流電路中，已知交流電壓表V1的讀數為60V，V2的讀數為160V，求V的讀數。

這實際上是交流電路中有關有效值的關系的一個問題。好多學生一看到這個問題，感覺非常簡單。根據基爾霍夫電壓定律，可以得出交流電壓表V的讀數為220V。這時老師指出，答案是錯誤的。至于為什么是錯的，正確答案是什么，究竟如何計算，教師點到為止。于是學生有了很大的困惑，對該問題產生出非常大的興趣和急迫解決的動力。接下來，教師開始講授新課，引出正弦交流電路的相關內容。這樣運用“基于問題學習法”既啟發了學生的思維活動，激發了求知的熱情，又加深了對出錯原因的印象、對知識的理解。

2.功率和功率因數的概念

在“電路分析基礎”課程中，功率因數的概念和提高功率因數的方法與實際應用結合相當緊密，是教學中的一個難點。所以在學生學習了有功功率、無功功率和功率因數等概念后，提出這樣的一些連續問題：問題一，對廣大用戶，特別是大工業用戶，為什么功率因數低了，要提高電費（罰款）？問題二，怎樣提高功率因數？問題三，功率因數是不是越大越好？帶著這樣的一些問題，讓學生課下查閱相關資料。只要查過資料的同學，第一個問題都能很好地回答。對第二個問題，學生已經學習了電容對電感補償的特性，在老師的提示下，部分學生能說出答案：并聯電容器。第三個問題對大部分學生難度較大一些，可以通過圖2三個相量圖的展示，讓學生了解到功率因數超過一定數值后，并不是越大越好。

在這一部分設計一些與實際應用聯系密切的問題，可以加深理解功率和功率因數的概念，了解功率因數調整的原因和辦法。學生通過查閱資料，獨立思考，再加上老師適時的引導，這樣學習到的知識印象非常深刻，極大促進了學習的積極性。

3.電路的過渡過程

為了建立過渡過程的概念，在講授過渡過程之前，先向學生展示這樣的電路，電阻R、電感L和電容C三條支路并聯，每條支路串聯上一個燈泡，如圖3所示。

然后筆者設計這樣三個問題，當開關合上時，第一，電阻支路的燈泡是否會立即發亮？第二，電容支路的燈泡會不會發亮，如果發亮，會持續嗎？第三，電感支路的燈泡會不會發亮，如果發亮，會立即發亮嗎？讓學生思考并回答問題。按學生以往掌握的知識，可能的回答是多樣的，但普遍的回答有正確的一面，也有錯誤的一面，“電阻支路的燈泡會立即發亮，而且會持續發亮”，“電容支路的燈泡不會發亮，因為電容有隔直作用”，“電感支路的燈泡會馬上發亮，因為電感有通流的作用”。這時老師指出：當開關閉合時，電阻支路的燈泡會立即發亮，而且亮度始終不變。電容支路的燈泡在開關閉合瞬間很亮，然后逐漸變暗直至熄滅。電感支路的燈泡在開關閉合瞬間不亮，然后逐漸變亮，最后亮度穩定不再變化。這樣的結果表明，電容或電感支路的燈泡達到最后穩定，都要經歷一段中間過程。最后得出結論，含有儲能元件（電感L或電容C）的電路，都存在從一種穩定狀態變化到另一種穩定狀態的中間過程，叫做電路的過渡過程。通過設計這三個問題，學生對電阻、電感、電容的特性有了更深的理解，同時了解了電路過渡過程的概念，對下面內容的展開有很大的幫助作用，學生的學習熱情得到極大的提高。

4.串聯諧振電路

在講授串聯諧振課題時，首先向學生展示一副收音機天線接收回路的原理圖。提出兩個問題：第一，調節可變電容，為什么可以收聽到想要聽的電臺節目？大家知道這一問題隱含了新課中的串聯諧振產生的條件知識點。第二，天線上微弱的電信號，為什么產生較大的電信號輸出給后續放大電路？這一問題隱含了新課中串聯諧振電路的電壓諧振特點這一知識點。這一問題來源于生活，例子是大家非常熟悉的收音機，所以學生會非常好奇，一下就激了他們的學習興趣、學習熱情和求知欲，馬上集中注意力，開始思考，開始探索，急切地希望通過老師的講授，解決問題情境中所提出的問題。然后，教師開始講授什么是串聯諧振、串聯諧振產生的條件、串聯諧振的特點、串聯諧振的頻率特性曲線分析。當講解并闡明串聯諧振的條件之后，又回到開頭問題情境中所提到第一個問題，請學生自己歸納總結答案。這時學生已經非常清楚地知道原來調節可變電容器的目的是使天線接收回路產生串聯諧振，收音機可以接收到某一個頻率的電臺節目信號。當講完串聯諧振的電壓放大特性之后，又回到開頭問題情境中的第二個問題，答案是天線回路接收到的微弱電壓信號，由于發生了串聯諧振，電容兩端口輸出的電壓信號是輸入端微弱電壓信號的Q倍，Q為品質因數。本課堂內容通過設計合適的問題聯系了工程實踐，啟發學生發現工程實際問題并共同討論解決，樹立了工程觀點，提高應用能力。

二、結束語

教學實踐發現，采用基于問題學習的探究式教學，學生的目標很明確，興趣受到激發，通過解決問題，還能體會一種成就感和快樂，自信心大大增強，從而更善于鉆研電路分析的有關問題，進行研究和創新。當然，以上案例只是龐大的電路分析課程中部分內容的實施，今后筆者會結合工程實例，努力尋找更多的案例，設計更多的問題，通過老師和學生共同的努力，達到更好的教學效果，以推動基于問題學習的探究式教學模式的實施。

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（責任編輯：王意琴）