《電路理論基礎》精品開放課程建設的質量提升與改革實踐研究

王 鳳

(中山大學新華學院 信息科學系，廣州510520)

2011 年教育部《關于國家精品開放課程建設的實施意見》指出:加強優質教育資源開發和普及共享，進一步提高高等教育質量，服務學習型社會建設［1］，拉開了新一輪的精品課程建設序幕，早在2007 年教育部《關于實施高等學校本科教學質量與教學改革工程的意見》當中就明確指出:在以往的基礎上面，進行重點改革和建設，提升課程建設水平和教學質量［2］。2012 年MOOCS 風潮席卷全球，Udacity、Coursera、edX 三大MOOCs 網站平臺相繼成立運營，因此被稱為“慕課元年”［3］，這2 年的快速發展，對傳統教學提出了很大的挑戰，同時國內也相繼開始了MOOCS 平臺的建設，不論是高等學校還是公司機構都加入到這個博弈的舞臺，以此理念來建設重點課程和精品課程是很有必要的，精品資源開放課程以開放共享優質的教學資源為理念與其思想不謀而合，本文以《電路理論基礎》這門課程重點探討怎么建設高質量的精品開放課程。

1 《電路理論基礎》課程教學的難點

《電路理論基礎》課程一般采用的教材是邱關源的《電路》［4］，作為工科專業學生的基礎必修課，具有非常重要的地位，此門課程在專業學習中是承前啟后，承接高等數學、大學物理等公共基礎課，為后續專業課程提供必要的基礎理論。本書一共18 章，主要全面講述電路的基本定理定律，基本概念還有分析的典型例題，分為理論部分和實驗部分，理論部分大部分采取的挑選講授，很難把18 個章節在課堂上授課完，針對不同專業但屬于同一大類的學生教學難易度又不能一樣，電子電氣方向的學生的難度要大，計算機方向的學生難度要小，選擇的重點也不一樣，那么此課程作為專業公共基礎必修課要全面考慮各專業學生學習的狀況，采取不同教學方式和方法。

理論教學方面，針對不同專業的學生所制定的教學計劃根據實際情況進行調整，還需要根據學習內容調整上課學時，在課堂上授課時根據不同專業學生采用不同的進度，側重重難點，主要以啟發式與引導式學習方式，循序漸進讓學生學的懂，聽的明白，能思考，在原有的基礎理論上面進行延伸。實踐教學方面，作為電路理論基礎的實驗課，基本都是驗證書本上面的定理定律，都是驗證性實驗，很多人提出要減少驗證性實驗，增加綜合性設計性實驗，這里有個誤區，并不是把驗證性改成綜合性和設計性實驗就是提高了實驗教學的質量和進行了必要改革，其實在電路實驗里面，大部分依然還是基礎的驗證性實驗，只是我們應該怎么做，怎么提出問題，設計問題，把驗證性衍生一樣可以起到綜合性和設計性實驗的效果。以上都是從傳統教學方面指出存在的問題，作為電路理論基礎的精品課程建設，具有一定的啟示作用，精品課程的建設旨在提高課程學習質量，從多方面對傳統課堂延伸，并在傳統課程的基礎上進一步加強課程建設。

2 精品開放共享資源課程建設

前面探討了《電路理論基礎》課程教學中存在的一些問題，作為工科專業的必修課，此門課程的內容基本上很多年都不變，這對電子信息這樣大類的課程群來說有點格格不入，隨著科技的發展，很多技術都日新月異，總的學時并沒有改變，但是教學計劃，新技術新課程的出現，一直都在做大的調整，然而電路的權威教材最新的也才是06 版的，電路課程沒有更新沒有改變也是正常的，畢竟都是最基礎的東西，那么這樣就提出了個新問題，既要改革傳統的教學方法，也要建設精品課程，同時要符合時代和社會的需求，那么需要新的理念來建設精品開放共享資源課，這里剛好借用MOOCS 的理念來提升其質量。

首先，從精品課程到精品資源共享課程是質量工程中的建設項目，建設都是按部就班，按照各種規則和條件來建設，具體規劃其屬于什么類型的課程，教學方法，教學手段，教學大綱，教學資源，教師隊伍，建設效果，以及課程的特色等，通過建立相關的網站，把相應的材料上傳，然后上傳部分視頻，就算建設好結題，之后就很少更新和擴展，僅僅作為一個項目，從精品課程升級到精品資源共享課程無非增加了一些指標和要求，在這里以MOOCS 的理念建設《電路理論基礎》的精品開放共享資源課，那么除了完成相關重點課程和精品課程的指標外，建設怎么樣的學習平臺是非常重要的。這里建設學習平臺就要吸引學生訪問，學生能持續從平臺中獲得自身需要的資源，使用對象是學生，不能僅僅只注重效果，還要看能否吸引學生的興趣，確實能幫助到他們加深知識點的學習和奠定好后續課程的基礎。平臺的建設就是把網站建設，以往的網站都是按照要求分門別類，更像是一個堆資料的地方，按照現在的方式，以簡潔為主，可以在線實時的學習，知識點細化講授，還可以進行討論和問題求解。依據這種方式，就需要認可教師花時間用在錄制相關的知識點視頻上，形成全面的知識點體系視頻，可以借鑒網絡上的在線學習課堂方式。既然是針對一門課程，那就形成這門課程從易到難的知識點完整視頻，并且要標注每個視頻適合什么專業學生學習，通過這種方式區分不同專業，對傳統課堂是有益的補充。讓教師團隊齊心協力錄制整本書所有的知識點，可以每學期根據實際的進度和采用的教學方法，實現逐步補充內容到平臺中，并可以分初級，中級，高級，采取分級的形式完善課題體系，甚至可以讓剛入校的學生提前學習。從建設平臺開始以教師團隊為主，從基礎理論授課視頻開始，逐步錄制逐步上傳，先從知識點開始，最后形成體系，理論教學和試題分析視頻等分成不同的欄目，隨著平臺的不斷完善，錄制的視頻逐漸增多，可以擴展其知識點，可以與后續課程進行關聯，把網站建設成理論學習互動平臺。這是基本的平臺開放式教學資源建設，如圖1。

圖1 《電路理論基礎》精品開放課程學習平臺的結構圖

其次，《電路理論基礎》課程的實驗課，前面提到，電路實驗課多以驗證性實驗為主，在實驗室采用的是儀器驗證填數據方法，主要是對定理定律和分析方法的驗證，因缺少綜合性和設計性實驗被作為改革的重點，改革實驗教學是必須的，但是不能因為改革就否定驗證性實驗，其實驗證性實驗同樣重要，在這里重點要改革的是教學方法，怎么更好的去設計實驗。前面依然是采用驗證性實驗讓學生有直觀的認識，并設計不同的方法和相關的問題，讓學生用不同的辦法去解答，后面采用前面的基礎構建復雜的電路，這種方法也是沿用普通的實驗教學方法，這里可以利用平臺，簡單的驗證性實驗完全可以通過錄制相關的講授和操作視頻，提供學生進行自學簡單部分，把傳統實驗課時留給難度較大的驗證性實驗和綜合性設計性實驗，同時教師可以聯合學生設計實驗和設計問題，并以錄制視頻的方法放到平臺，這里可以分提出問題的視頻，關聯講授的視頻，操作的視頻。這都是基于實際的儀器，目前教學大量使用仿真，可以使用MATLAB 把所有實驗進行仿真，同樣可以把MATLAB 解決問題和分析問題的程序還有仿真通過錄制放入到平臺作為實踐仿真部分，形成一種開放式精品資源體系，實物操作和軟件仿真相結合的教學辦法，學生可以以軟件仿真也可以以實物來驗證和設計，有效輔助了傳統課堂，個人可以根據需要上平臺自主學習。在平臺要標注出難易度和適合某專業學生學習，以期做到共享平臺“因材施教”，適合各類不同層次和不同專業的學生。

《電路理論基礎》的實驗主要驗證的是基爾霍夫定律、疊加定律和等效定律等簡單的基本電路定律。下面舉例用MATLAB 對電路進行分析和求解。

如圖2 所示電路，已知:Us=10V，R1=7Ω，R2=9Ω，R3=10Ω，R4=5Ω，R5=4Ω，R6=8Ω。求流過R4 的電流ir 和電壓U6。

圖2 例題電路圖

(1)建模。根據基爾霍夫電壓定律(KVL)，設i1，i2，i3 的方向如圖所示，列出圖中網孔方程:

(R1+R2)i1－R2i2=Us

－R2i1+(R2+R3+R4)i2－R4i3=0

－R4i2+(R4+R5+R6)i3=0

方程組寫成矩陣形式為:

R1+R2－R2 0i11

－R2 R2+R3+R4－R4i2=0Us

0－R4 R4+R5+R6i30

方程組的矩陣形式可簡寫成X I=Y Us 這種形式，因為已知電源Us 和電阻的值，根據基爾霍夫電壓定律很容易求出i1，i2 和i3 的回路電流，即可求解ir=i2－i3，U6=R6i3 的值。

(2)MATLAB 上機仿真。建立一個M 文件，輸入程序代碼:

Us=10;

R1=7;R2=9;R3=10;R4=5;R5=4;R6=8;

X11=R1+R2;X12=－R2;X3=0;X21=－R2;X22=R2+R3+R4;X23=－R4;X31=0;X32=－R4;X33=R4+R5+R6;%計算系數矩陣并賦值

Y1=1;Y2=0;Y3=0;

X=［X11，X12，X13;X21，X22，X23;X31，X32，X33］;

Y=［Y1;Y2;Y3］;

I=XY*Us;%計算各個電流的值

i1=I(1);i2=I(2);i3=I(3);

ir=i2－i3;

U6=R6*i3;

程序運行所得結果:

ir=0.2273

U6=0.7578

可見使用MATLAB 輔助進行電路的求解計算相當方便，能夠節省學生在進行簡單的驗證性實驗時所用的計算時間。

最后，以上是從平臺開放式視頻資源建設為主進行的探討，分為理論課程和實踐課程建設，相關的頁面要做到簡潔明了，學生可以很直觀方便的使用，其他的資源建設依據重點課程和精品課程還有精品資源共享課程的規范要求建設。精品開放課程建設的關鍵就是不斷更新和優化，要更新相關聯的新知識和新技術，特別是關聯學科，優化其理論和實踐教學，《電路理論基礎》全面講授的都是基礎理論，這些理論都會出現在后續的各學科當中，如出現在模電，數電，信號與系統，通信原理等課程當中，那么相關的知識點可以由老師結合后續的專業課進行導入，要不斷更新和優化視頻，以分級和分層的形式對視頻資源進行歸類，實踐部分還可以加入課程設計，設計一個簡單電路，采用所學的知識，作為擴展部分，在教學方面要融入工程實踐當中。很多人提出教學與科研相融合，精品課程與產學研結合教育，在這個方面要求學生有完整的知識體系，可以讓學生去設計簡單電路和簡單應用，比較難適應產學研項目，這個需要后期課程進行拓展，《電路理論基礎》精品開放課程重點以提升教學質量為主，側重培養學生學習的積極性和工程實踐的興趣，如圖3。

圖3 《電路理論基礎》精品開放課程的教學思路圖

3 結語

國家精品課程項目如火如荼的實施了多年，但是其應用狀況、共享程度和影響效果還有待提高［5］。本文以《電路理論基礎》為例探討精品開放課程的建設，如何做到提高質量，如何服務學生，如何改革實踐，重點以MOOCS 理念方式來加強課程的建設，優化課程知識點的學習，避免課程網站平臺變成堆放資料的倉庫，以在線方式和流媒體方式輔助傳統的課堂教學改革，積累共享精品資源，在教學內容方面不斷改進優化和開放，平臺內容要持續更新和建設，要引入多種理念和方法，設計問題和分析問題，提高學生的學習積極性，采用各種在線方法，提升教學質量，培養創新型復合人才。

［1］ 教育部.教育部關于國家精品開放課程建設的實施意見［S］.教高［2011］8 號.

［2］ 教育部.教育部財政部關于實施高等學校本科教學質量與教學改革工程的意見［S］.教高［2007］1 號.

［3］ 馬若龍，袁松鶴.MOOCs:教育開放的模式創新與本土啟示［J］.中國高教研究，2013(12):20－62.

［4］ 邱關源，羅先覺.電路:第五版［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［5］ 秦煒煒.國家精品課程發展十年現狀調查［J］.中國遠程教育，2013(8):53－96.