互動式仿真

武達亮

摘要：《電路》課程是電類專業一門重要的專業基礎課，但其實際教學效果一直不理想。筆者基于多年的教學實踐總結出一套有效的輔助教學方式，即互動式仿真。在該模式中，教師和學生共同參與仿真的整個過程，教師設問，學生回答，促進學生深入理解；學生提問學生，并和教師進行互動解答，培養學生分析和解決問題的能力。實踐表明，在課堂教學中輔以互動式仿真，教學效果提高明顯。

關鍵詞：互動式仿真；《電路》課程；教學效果

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）15-0253-02

《電路》課程是高校電類專業的一門重要專業基礎課，是模擬電子技術、數字電子技術、自動控制原理、信號與系統等一系列重要課程的前期學習平臺，因此該課程在整個大學學習中的重要性不言而喻。但由于該課程內容理論性較強且枯燥，又有一定難度，所以實際的教學效果一直不理想。其中，改變傳統教學中存在的詬病，不斷提高學生的學習自主性，充分讓學生參與課堂教學，在諸多名師的教學改革探索中被提到，如文獻[1-4]。并且隨著計算機的發展，借助電路仿真軟件使課堂教學和相關的實驗教學更生動直觀，也是大家公認可行的方式之一，如文獻[4-7]。

這些文獻中所采用的在課堂教學中利用仿真軟件輔助教學的方法，都是在教學過程中教師利用仿真軟件，將所需電路直接演示給學生看。這里稱其為傳統式仿真。這種仿真教學的本質依然是以教師為中心，學生處于被動觀看者的位置，依然還是教師灌輸、學生接受的傳統模式。當然不可否認，仿真演示比起只利用幻燈片的講解更加直觀和生動，對學生的學習有一定的幫助，對教學效果的改善有一定的促進作用。但因其本質未變，實際的教學效果提高并不明顯。

基于此，筆者在多年實際教學中逐步將傳統式仿真向互動式轉變，最終形成了一套互動式仿真教學模式，并在教學中取得了一定的效果。下面對這一教學方式的具體展開進行詳細介紹。

一、什么是互動式仿真

調查研究發現互動式講授法和讓學生主動參與的教法讓學生更加期待[1]。互動式教學法狹義上指師生雙方在課堂教學中，就教學內容所展開的和諧對話與交流的一類教學方法[2]。這里，互動式仿真綜合了互動式教學法和以學生為主體的教法，在仿真的整個過程中，教師和學生共同參與，但分工不同。具體來說，教師不斷設立問題推動仿真的進行；反過來，學生解答問題，并根據仿真出現的種種現象反問問題，再由其他學生或者教師幫助解答。

在互動式仿真模式中，教師在仿真的時候要一個元件、一個元件的畫起，重要的是要在學生的“指導”下。這樣充分調動了學生的積極性，讓他們能主動參與進來，更有利于學生對理論知識的認識理解。而且這樣畫出的電路圖并不能保證都是正確的、合適的，所以運行結果會出現錯誤或與理論不一致的情況。有了問題才能更好地激發學生的學習興趣，啟發學生去探索思考。所以這正是互動式仿真的魅力所在：教學生從學習中“學會思想”，生成智慧，樹立正確的人生觀和價值觀[3]。

二、互動式仿真教學的組織和具體實施

1.互動式仿真教學的課前組織。由于教學課時和課堂教學時間的限制，整個仿真過程最好控制在十分鐘左右。所以設計的案例不宜太過復雜，需仿真的電路宜簡單，但太過簡單又意義不大。需經典的有代表性的內容，便于設計問題，又能囊括所需的知識點。所以選擇怎樣的內容作為仿真案例，想要得到怎樣的預期，怎樣設計問題效果更好。就如同設計一臺好的相聲一樣，選怎樣的點入手，設計怎樣的包袱，什么時候兜著，什么時候拋出去。這些都需教師在課前認真準備，對教師提出了更高的要求。該仿真教學的實施效果一方面取決于教師，教師的知識承載力、案例設計能力、臨場組織發揮能力都直接影響到教學的開展和效果；另一方面學生的配合也很重要。為了收到好的效果，案例所涉及內容的理論知識最好提前講解，并要求學生課前復習此部分內容。這樣師生合力融入其中才能真正發揮出該教學模式的魅力。

2.互動式仿真教學的具體實施。由于課堂環境的限制，一般都是教師操作軟件。所以在第一次互動仿真時，先告知學生游戲規則，如：“下面的仿真主要由大家完成，我（指教師本人）只是一個操作者，成與敗都是你們說了算。”讓學生先從思想上擺脫對教師的依賴，調動他們的參與熱情。

互動式仿真主要由如下四個環節組成：①作圖環節：在簡單和學生討論了要仿真的內容之后，正式開始操作。首先，教師打開仿真軟件，詢問學生需要哪些元件，并由學生來設定元件參數。元件參數在原則上隨意，但其實并不是天馬行空都可以。所以教師正好借此介紹一些常用值、與工程實際相關的值或者僅僅是為了容易求解的值等。例如，在積分電路的參數設置上，若學生忽視了積分電路的重要參數特點，即方波信號的周期要遠大于RC電路的時間常數，則仿真時將無法出現正確的積分波形鋸齒波，可能是變形的，也可能根本沒有正確波形。這個時候，教師先將錯就錯，待問題顯現之后再來挖掘，這樣更能增進學生對該知識點的理解。待到他們自己應用時，再出現同樣錯誤的幾率將會大大減少。元件設置好之后，根據任務要求詢問學生所需的儀器和儀表。然后連線，連線過程中重點詢問學生儀器儀表的位置和連法。在該環節中，盡可能在點滴之處與實際情況相聯系，而不是為求解而求解。以學生為主體，在加深學生對理論知識的認識和理解的基礎上，還增加了課堂的趣味性，更啟發學生進行深入思考，引導學生自主行動起來。②運行環節：如果時間允許，在運行之前，教師先帶領學生對所測的值、波形進行簡單的理論上的回顧，使學生做到心中有數，對運行結果可期。理論復習完之運行仿真，仿真之后對仿真結果教師先保持沉默，留一分鐘左右的時間讓學生自行觀察、檢驗，相互討論。在這段時間里，教師可以對電路進行重復運行，加深學生的感受。

在該環節中，教師和學生一起帶著期待，等待著仿真的結果，使得學生感覺是自己在操作，而不是觀看，充分調動起學生的積極性。這時學生自然會自覺地運用理論知識，對結果進行演算、驗證，并會相應產生一些問題。學生學習的興趣和積極性就在這不經意間慢慢增長起來。③驗證總結環節：該環節是互動式仿真最重要的一環。有兩種不同的進行模式：第一種，仿真結果與理論完全相符。這種情況下，學生會覺得很有成就感和如釋重負的感覺。教師趁機加以贊賞和鼓勵，最后用直接提問或是啟發學生發問的方式總結，如關于結論的進一步佐證或者結論中體現出的一些關鍵知識點的回顧等。例如，在動態電路的仿真中，動態電路的暫態過程多長時間可認為結束，暫態過程的長短與該電路中元件參數是否有關，在換路瞬間哪些物理量的值不能突變，為什么不能突變等。在學生小小的愉悅心情下，重要知識點會非常容易的就留在了他們的記憶中。第二種，仿真結果錯誤或與理論不一致，或者運行時出現錯誤提示。這時，教師要發動學生一起來尋找問題所在。通過一個一個相關知識點，不斷引導啟發，學生在積極參與討論的同時，涉及的知識點，甚至是仿真軟件的使用都會被一一梳理。在該環節中，不論是哪一種進行模式，都盡量以問題為中心，不論是教師提出的問題還是仿真結果體現出的問題。在教師的層層引導下，不斷發動學生獨立思考，進一步促進學生對所學知識的理解掌握，培養學生分析和解決問題的能力。④課外環節：前三個環節都是教師和學生一起在課內完成，這一環節以課后作業形式由學生在課外完成。其一，鼓勵學生在課后將課堂仿真內容自己動手操作，并逐步將使用仿真模擬這一強大武器形成學習習慣，成為學習理論知識不可缺的一部分。其二，教師將課堂仿真內容的相關延展內容作為課后作業留給學生完成。其三，還可以和該課程的實驗關聯在一起，在實驗之前先用仿真模擬實驗過程得出實驗結果。再通過實驗過程的實際操作得到實際結果。仿真模擬既可指導實驗操作的方向，又能通過二者對比得出實際和模擬的差異，發現問題并解決。總之，這一環節是課堂教學的有效補充，是對課堂內容的有效鞏固和強化，易于培養學生的自學能力及獨立思考能力。

三、結束語

在課堂教學中加入互動式仿真，雖只有短短的十分鐘時間，但教學效果明顯。通過對從2010年起三屆學生的具體實踐和跟蹤調查，學生多數認為該教學方式生動有趣，能使他們更容易理解理論內容，平時也更愿意主動去接觸該方面知識。互動式仿真教學猶如一點激發起了很多個面，學生的實際實驗能力（分析、判斷、解決問題能力）明顯高于之前屆的學生，隨后的模電技術課程的學習興趣和能力也有提高，參加電子設計大賽等實踐活動的學生也都明顯增多。所以在今后的教學中，筆者還將繼續推廣這一教學方式，并研究與其他教學方式的結合，為《電路》課程的良好教學效果繼續努力探索。

參考文獻：

[1]姚利民，段文彧.高校教學方法改革探討[J].中國大學教學，2013，（8）：60-64.

[2]黃積虹.論互動式教學法在高校課堂教學中的應用[J].思想戰線（2011年人文社會科學專輯），2011，（37）：361-365.

[3]賴紹聰，華洪.課程教學方式的創新性改革與探索[J].中國大學教學，2013，（1）：32-41.

[4]宋素萍.《電路基礎》課程教學改革探索[J].教育與職業，2007，（11）：138-139.

[5]蔣軍.《電路》課程教學改革探討[J].中國成人教育，2007，（8）：155-156.

[6]王源.電路分析課程教學改革研究[J].陜西師范大學學報（自然科學版），2005，6（33）：263-265.

[7]肖冬萍，李新.仿真實驗在“電路原理”理論教學中的應用[J].電氣電子教學學報，2009，2（31）：97-98轉10.endprint