基于計算機仿真和實踐案例的《電路原理及實驗》課程教學改革

趙祥紅,陳霄峰

（浙江大學寧波理工學院，浙江寧波315100）

基于計算機仿真和實踐案例的《電路原理及實驗》課程教學改革

趙祥紅,陳霄峰

（浙江大學寧波理工學院，浙江寧波315100）

基于《電路原理及實驗》課程教學實際中出現(xiàn)的問題，本文應用計算機仿真和實踐案例的進行課程改革，通過在課程教學中融入豐富的實際案例和進行大量的仿真分析，使課程更加具體生動，將部分繁冗的知識具體化，提升了學生的學習興趣，改善了教學效果。

電路原理；實踐案例教學；計算機仿真；教學改革

《電路原理及實驗》是我院電子、自動化、通信等電類專業(yè)開設的一門非常重要的專業(yè)技術基礎課程，其任務是通過本課程的學習，掌握電路的基本理論、電路分析的基本方法和進行實驗的初步技能，為后續(xù)的課程準備必要的電路知識[1-3]。“電路原理”課程具有內(nèi)容多、理論性強、計算繁雜、習題量大的特點。它的教學質量將直接影響后續(xù)專業(yè)課的學習水平、創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)、畢業(yè)設計的質量及今后勝任工作的能力，是一門影響大，受益面廣，對電類各專業(yè)培養(yǎng)目標的實現(xiàn)起關鍵作用的課程。同時《電路原理及實驗》工程應用性課程，實踐應用和電子設計能力是非常重要的，理論和實踐相輔相成，互為支撐。

我校的《電路原理及實驗》課程一般是電類專業(yè)學生接觸的首門專業(yè)基礎課程，其特點是理論性強，課堂教學偏重于對電路理論的講解及具體電路模型的分析，多有冗繁的數(shù)學推導和電路演化，學生對教學內(nèi)容缺乏感性認識，覺得枯燥無味。在實驗環(huán)節(jié)中，現(xiàn)有的電路實驗裝置大多是模塊化設計，實驗與理論的聯(lián)系不夠緊密，很大程度上限制了學生的思維和實際動手能力。最后，課后練習比較單一，目前主要還是采用筆頭練習為主，沒有與現(xiàn)代化的教學工具和理念相結合，同時也與日后的工作實踐脫軌。這些都導致學生覺得或者枯燥不想學，或者繁難學不好。在平時的教學反饋和交流中，同學們普遍對這門課感覺枯燥難懂，期待通過計算機仿真的方法對學習內(nèi)容進行輔助。

一、改革內(nèi)容和關鍵問題

信息化時代，人才是關鍵。國家投入大量人力物力進行信息化相關產(chǎn)業(yè)的建設，例如物聯(lián)網(wǎng)等，迫切需要具有良好專業(yè)基礎和實踐動手能力的應用型專業(yè)人才[2~5]。大學的課程建設也在不斷改革，加強理論和實踐的相互結合，相互促進。結合我校提出的“三型”人才培養(yǎng)體系和目標，以及《電路原理及實驗》課程的知識體系，課程建設擬從計算機仿真的演示案例設計、實踐環(huán)節(jié)設計等方面對該課程進行重點建設。化解難點，提高興趣，增強學生的學習主動性和實踐能力。通過將典型電路和重難點電路進行計算

機仿真演示和實物電路設計，同時根據(jù)課程目標設置，布置課外的計算機仿真實踐，提高學生的學習興趣和主動性，加深學生的感性認識，使得理論和實踐相互促進提高，幫助學生掌握課程基本概念和基本分析方法，加強學生綜合應用電路知識的能力，并能運用所學知識和計算機仿真的方法，分析和解決一些基本的工程實際問題。具體來說，課程建設主要解決以下三個關鍵問題：

1.通過豐富的計算機仿真演示案例和實踐案例，增強課堂的豐富性和趣味性，增強對理論學習的感性認識，而典型實踐案例的選擇，典型電路的仿真演示設計將是本項目解決的關鍵問題之一。

2.實驗的部分加強計算機仿真和分析。

3.設計好課后的計算機仿真和實踐，以及建立目標式的實踐教學機制。

二、實施方案和計劃

根據(jù)本學校的特點和與教學實際，采取如下的實施方案和實施方法。

（一）形象深入的計算機仿真演示和實踐案例的建設。計算機仿真演示和實踐案例的建設是《電路原理及實驗》課程建設的重要部分,也是積極推進實踐教學改革的基礎。計算機仿真演示結合課程的目標和知識體系，由淺入深，從簡單的單元電路到功能性的電路模塊，從基本的電路定律到復雜的電路推導，講授具體的章節(jié)的時候，結合理論推導演算，作為課堂演示的實例，促進理論知識的理解，也提高學生的學習興趣，比如電感電容的交流直流分析，基爾霍夫定律，戴維南定理，正弦交流電的計算，三相交流電的計算，暫態(tài)電路的分析等。實踐案例則側重于選擇與課程結合緊密、趣味性和實用性較強的綜合性電路的分析說明，比如日光燈電路，穩(wěn)壓電源，手機充電器電路，手電筒電路，收音機調(diào)頻電路等。實踐案例可引導學生進行案例分析討論，以全面展示應用理論知識解決實際工程問題的基本解決過程，也可以作為學生課后實踐的素材，有效地促進學生的實踐能力培養(yǎng)。如圖1中對手機充電電路的簡化和Protues電路仿真，雖然電路與實際的充電電路差別非常大，但是通過這種生動的案例和仿真的結果，可以讓同學很好的理解所學知識的實際意義。（a）實際手機的簡化充電電路（b）仿真電路

圖1 實際手機的充電電路簡化和仿真

再有，結合交流電以及三相交流電的教學，在考慮到安全的問題之后，設計了低壓家居電路的實踐，要求學生按照家居實際，模擬簡單的家居電路布線。電路設計雖然簡單，但是通過這次實踐，家庭的真實布線和用電情況展示給每個同學，同學在完成這個實踐后，普遍感覺對家庭的布線和用電實際有了更多的認識，覺得既沒有想象中的簡單，也沒有多么復雜。圖2是實際做出的簡單低壓家居電路。

圖2 簡單低壓家居電路

（二）實驗部分與計算機仿真的結合。調(diào)整實驗內(nèi)容，使實驗與理論的聯(lián)系更加緊密，同時將現(xiàn)有的模塊化電路實驗設備的操作與計算機仿真結合，拓展學生的思維，提高實際動手能力。例如對節(jié)點電壓法的仿真，變壓器電路的仿真，正弦交流電電路的各節(jié)點波形的仿真，瞬態(tài)電路的過程仿真等。使得學生實驗課時用實物做實驗分析前，能先從仿真分析中

理解電路的基本情況，得到一定的理性認識，再進行具體實驗時，能夠更加高效的理解，深刻的加深感性和理性認識。

（三）課后練習與實踐。結合學校的“三型”人才培養(yǎng)目標和體系，加強課外練習和實踐，將筆頭演算練習與計算機仿真實踐結合，增強學生的學習興趣和學習主動性，實現(xiàn)學校教學和日后工作應用的接軌。布置作業(yè)量不用大，習題的選題上適當選一些小型的、有趣的、實用的電路系統(tǒng)，對于這些作業(yè)要求學生用計算機仿真和筆頭計算來做，并進行對比分析，甚至學有余力的同學可以通過硬件實現(xiàn)，既復習了基礎知識和基本技能，還能了解課程理論的具體應用，培養(yǎng)學習興趣。例如讓學生將變壓器電路理論計算數(shù)據(jù)，計算機仿真數(shù)據(jù)以及實際電路的實驗數(shù)據(jù)進行對比分析，說明理論模型，仿真模型以及實際電路的聯(lián)系與不同，會生動的讓學生理解理論知識，掌握實踐方法。因此，設計與課程緊密相關的課后練習與實踐，由淺入深的讓學生更好的掌握理論知識的同時，也掌握了計算機工具解決實際問題的方法。另外，我們積極引導和選拔學生參加相關的學科競賽，并提供專門的實訓實驗室，配有理論功底扎實和實踐經(jīng)驗豐富的指導教師。這樣，各種實踐帶來的成就感與課程教學產(chǎn)生了有益的良性互動，對教學活動是一個很好的促進。

4）課程考核方式的探索。與學生的溝通交流的結果顯示，對于一次考試決定課程的全部成績，已經(jīng)越來越不被學生理解和接受。更多的學生表示，應該加強理論成績與實踐成績的平衡，加強考試和平時成績的平衡，更好的反映學生的學習效果和應用能力。因此，結合學校的實踐教學體系改革目標，本課題將探索更好的綜合評價學生的方式，采用平時成績，課程設計成績和考試成績相結合，逐步調(diào)整平時與考試，課堂與課外，理論與實踐的比例。同時也通過考核方式的調(diào)節(jié)，引導學生更好的將理論與實踐相結合，課堂與課外學習相結合，理論與實踐將結合。

三、結論

通過對課程進行仿真和實踐案例方面的改進，在多個年級的教學實際中取得了一定的效果。在與同學的溝通反饋中，很多同學表示部分章節(jié)的學習更具體，課堂上更加有真實感，特別是部分枯燥的理論與實際的案例結合后，提高了學習的興趣。當然，也有一些問題有待進一步改進，如仿真的結果若能結合動畫和視頻等展示方式，則更有真實的效果和感受，還有案例需要更加豐富和真實，這些都有待我們進一步進行完善。

[1]邱關源,羅先覺.電路[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]周茜,徐亞寧.《電路分析基礎》課程教學設計的創(chuàng)新與實踐[J].桂林電子工業(yè)學院學報,2004,24(4):113-116.

[3]于歆杰.麻省理工學院教育教學考察報告——基本情況篇[J].電氣電子教學學報，2004，（4）.

[4]李鳳蓮,張雪英,史健芳.電路分析基礎課程教學方法探究[J].電氣電子教學學報,2009,(S1).

[5]金波.電工電子基礎實驗教學改革與實踐[J].實驗室研究與探索，2009，28(2)：114-115.

（責任編輯：卓如）

G642.0

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2016－06－11

趙祥紅(1981-)，男，湖北天門人，碩士，研究方向：腦機接口和低功耗設計。E-mail:zxh@nit.net.cn.

寧波理工學院課堂教學改革項目（20100545842）；寧波市自然科學基金項目（2016A610213）

1671－802X(2016)05－0037－03