項目教學法在“電路”課程教學改革中的新探索

李新國

（湖南第一師范學院 信息與科學工程學院，湖南 長沙 410205）

項目教學法在“電路”課程教學改革中的新探索

李新國

（湖南第一師范學院 信息與科學工程學院，湖南 長沙 410205）

項目教學法在高等教育教學改革中有著廣泛的應用。在“電路”課程教學改革中，實施項目教學法應遵循理論性、團隊性、實用性、實踐性四個基本原則，注重指導教師能力的培養，正確處理項目教學與系統學習的關系，改革項目教學法評價體系和考核方式，實現“電路”課程的教學目標。

項目教學法；電路課程；教學改革

項目教學法（Project—Based Learning，以下簡稱PBL）是以實踐為導向、教師為主導、學生為主體的教學方法。PBL應用于高等教育課程教學改革，已得到了許多高校任課教師的認可。如何在“電路”課程教學中引入PBL，更好地實現“電路”課程的教學目標，是一個值得研究和探索的問題。

一、“電路”課程實施PBL的基本原則

“電路”是電子信息工程、電子科學與技術、通信工程等電子信息類專業的是一門專業基礎課程，它研究的是電路分析和電路設計的基本規律。電路分析是在給定電路的電阻、電感、電容等參數的條件下，通過分析電路中的電壓、電流和功率等物理量去理解電路的基本特性；電路設計是在給定電路的電流、電壓、功率等技術指標的條件下，通過設計出電路圖去制作出電子產品。“電路”課程的性質和定位決定了它應用PBL應遵循理論性、團隊性、實用性、實踐性四項基本原則。

第一，理論性。理論性是指“電路”課程本質上屬于電子信息類專業的理論課程，內容包含了電路中的許多重要概念和重要定理，也有許多進行電路設計與電路分析的重要方法。因此，在組織實施PBL教學時，必須將電路的理論性放在重要位置，項目的設計和組織應充分體現“電路”課程的理論性特點，將理論知識寓于實踐項目之中，離開電路理論的指導，實踐項目難以開展。

第二，團隊性。團隊性是指“電路”課程組織實施項目很難一個人獨立完成，需要團隊在相互探討、相互配合中才能取得一個比較好的結果。并且，“電路”課程教學需要師生密切合作，項目才能順利進行。因此，“電路”課程實施項目化教學時，應選擇通過團結協作才能完成項目。

第三，實用性。實用性是指在“電路”課程組織實施PBL過程中，教師要主動幫助學生應用電路的基本原理認識、分析、解決電路中的實際問題，項目選擇要有一定的實用性。只有解決與我們實際生活息息相關的問題，才能激發學生的學習興趣，學生也才能更好地完成項目。況且“電路”課程的實踐教學中也包含了許多實用性很強的項目。

第四，實踐性。實踐性是指在實施PBL時，要充分考慮項目能否順利實現，是不是有一個很明確的結果，項目包含的知識點是否符合要求。“電路”課程中的項目要容易操作，學生通過理論指導能夠完成項目任務，教師評價項目時有明確指標參數。實踐性是“電路”課程開展PBL教學的重要原則。

二、PBL在“電路”課程教學改革中的具體應用

為了更好地實現“電路”課程的教學目標和教學任務，在采用PBL時必須認真做好課程的整體設計和具體項目設計。“電路”課程實施PBL的結構模型如圖1所示。

圖1 “電路”課程實施PBL的結構模型圖

（一）“電路”課程的整體設計

“電路”課程的整體設計要緊緊圍繞電路綜合設計與電路參數分析這一中心問題。“電路”的整體設計可分為四大模塊：第一模塊是“直流電路”，主要內容包括電路模型與電路定律、電阻電路的等效變換、電路的一般分析方法、電路定理；第二模塊是“動態電路”，主要內容包括儲能元件、一階電路的時域分析、二階電路的時域分析；第三模塊是“交流電路”，主要內容有相量法、正弦穩態電路、耦合電感電路、電路頻率響應；第四模塊是“非正弦電路”，主要內容有非正弦周期電流電路、信號頻普、復頻域分析。這四大模塊之間有著內在的必然聯系，整門課程用“電路分析方法”這根紅線將它們串連起來，利用電路的一般分析方法都可以對直流電路、交流電路、一階電路、二階電路等進行綜合分析與相關設計。因此，進行“電路”課程的項目選擇時也必須考慮各種電路間的普遍聯系，比較各電路的異同，體現PBL教學的優越性。

（二）“電路”課程的具體項目設計

1.第一模塊：“直流電路”項目設計

“直流電路”的主要教學目的是幫助學生了解電路的基本概念，掌握基爾霍夫定律的應用，熟悉電路等效變換的基本方法，掌握支路電流法、回路電流法、節點電壓法等電阻電路的分析方法，幫助學生理解電路定理及其應用。這一模塊可設計三個項目：

項目一：基爾霍夫定律、戴維寧定理、諾頓定理及其應用。設計本項目的是要求學生加深對電流、電壓參考方向的理解，加深對基爾霍夫定律、戴維寧定理、諾頓定理的內容與適應范圍的理解，掌握線性有源二端網絡等效電路參數的測量方法。按項目要求設計一個能驗證基爾霍夫定律、戴維寧定理、諾頓定理的線性有源二端網絡，設計時先確定電源大小，再確定電阻阻值。畫出設計的電路圖，并標明電路的各參數，根據電路圖進行電路定理與電路定律的驗證，將電路設計與定理定律的驗證結合起來，兩者相得益彰。

項目二：電路的等效變換。電路的等效變換包括電阻串并聯電路、電阻電路Y形聯結與Δ 形聯結、實際電壓源和實際電流源的等效變換。課前將任務布置給學生，要求學生結合所學知識查找相關資料，設計制作電阻電路的等效變換和實際電源電路的等效變換電路，并測定變換前后的電路參數是否一致。項目設計的主要目的是讓學生掌握電阻電路和電源電路等效變換的方法，理解電路變換前后參數的相互關系。通過電阻電路和電源電路的設計與制作，使學生做到在課堂上認真聽講，課后主動到實驗室實施項目。

項目三：電路的一般分析方法。教師課前將本部分教學內容PPT、動畫、視頻等資料交給學生，要求學生進行認真預習；教師課內簡單講授支路電流法、網孔電流法、回路電流法和結點電壓法內容，并重點進行比較；教師課后安排項目，要求學生設計一個實用電路，在實驗室中用四種方法測量出電流或電壓值，比較結果是否一致。學生不僅掌握了四種電路分析方法的內容，也比較了四種電路分析方法的異同。

2.第二模塊：“動態電路”項目設計

“動態電路”的教學目的是要求學生掌握電容、電感兩種儲能元件的特點，理解換路定理及其應用，熟悉一階電路的零輸入響應、零狀態響應和全響應的規律，了解二階電路的零輸入響應、零狀態響應和全響應的求解方法。本模塊內容的理論性較抽象，知識點較多，學生的學習興趣相對不濃。根據教學需要及項目的可操作性要求，這一模塊的項目圍繞動態電路的響應進行，可設計如下兩個項目：

項目一：諧振電路及其參數的測量。項目的主要內容是設計與制作一個RLC串聯諧振電路，模擬收音機接收不同電臺的信號。項目有測量RLC串聯諧振參數、繪制RLC電路頻率特性曲線、研究電路元件參數對諧振頻率和帶寬的影響三個任務。教師可將學生分為若干小組，每個小組配備三名成員，一名負責參數的測量，一名負責參數的記錄，一名負責特性曲線的繪制，三人團結協作，共同完成收音機調諧電路的設計與制作項目。

項目二：一階電路的全響應。一階電路的全響應是零輸入響應和零狀態響應的疊加，本項目有研究一階電路全響應的基本規律和特點、區分零輸入零狀態響應和全響應的方法、測量時間常數的方法三個基本任務。項目要求每個小組選擇一項任務完成，成果以示波器展示波形，用PPT形式展示完成項目的過程。

3.第三模塊：“交流電路”項目設計

這一模塊根據課程要求，結合學生的學習興趣，可設計如下兩個項目：

項目一：工頻交流電參數的測量。市電（工頻50HZ、電壓220V）是我們日常生活使用的交流電。為了幫助學生理解交流電的電流、電壓、功率等參數，更好地安全用電，項目有市電電流、電壓、功率的測量，利用交流儀表測量元件的等效參數，利用示波器測量元件的等效參數三個任務。設計這一項目的主要目的是讓學生掌握市電參數和交流元件參數的測量方法，在日常生活中能安全合理地使用交流電。

項目二：互感線圈和變壓器參數的測定。互感是“電路”課程比較難懂的概念，變壓器是經常使用的電氣設備。為了幫助學生掌握互感的定義，熟悉互感器和變壓器的相關參數，項目設置了耦合線圈和變壓器的同名端的判斷，耦合線圈的互感系數和耦合系數的測量兩個具體任務。在教師給定相關資料的情況下，要求學生撰寫項目實驗方案，并在課堂上用電腦演示項目成果。本項目既加深了學生對互感現象和變壓器原理的認識，也訓練了他們的實驗方案寫作能力、同學之間的團結協作能力、課堂交流的演講能力。

4.第四模塊：“非正弦電路”項目設計

“非正弦電路”項目設計的主要目的是培養學生認識非正弦周期電流電路，理解信號頻譜的概念，掌握線性動態電路的復頻域分析的方法。本模塊是非重點內容，故設計一個綜合項目。

項目：RC雙T電路。RC雙T電路由一個低通網絡和一個高通網絡并聯而成，當電路參數取得恰當時，可以使某一頻率的電壓分別在高、低通輸出端的輸出電壓值大小相等、相位相反的非正弦信號。本項目有RC雙T電路各參數的測量、RC雙T電路輸出信號頻譜曲線的繪制兩項基本任務。教師要求RC雙T電路輸出電壓值在一定的誤差范圍，要求學生利用MATLAB繪制輸出信號頻普曲線。

三、PBL應用于“電路”課程教學改革的關鍵問題

（一）項目指導教師的能力培養問題

目前，大部分高校教師由于自身實踐經驗的不足，更多地作用于引導而不是指導，學生參與項目更多的是查找元器件、畫電路圖等一般技術性的工作，而無法提升學生電路的整體設計能力。培養符合PBL要求的指導教師是目前“電路”課程教學改革的首要問題。培養項目指導教師的專業能力要解決的主要問題有：第一項目指導教師必須更新自己的知識結構，虛心學習新的專業知識，如元器件的選擇、仿真軟件的使用、產品故障處理及調試等知識。第二項目指導教師實施PBL的過程中要率先垂范，要做實踐者不要做旁觀者。項目指導教師要不斷提高自己的實踐能力，對項目產品要親自研制，在產品研制過程中去發現問題，才能解決學生實施項目時遇到的類似問題，才能樹立好老師的學術威性。第三解決項目問題要有實時性。學生提出的問題，教師要及時正確解答，否則會影響學生的項目興趣，只有師生密切合作，才能更好地實現PBL的教學效果。第四項目指導教師要注重電路整體設計能力的培養和項目設計經驗的積累。我們在“電路”課程中實施PBL的過程，實質就是進行相關電路的設計與產品制作的過程。每個項目有多個任務，每個任務需要學生親自完成。項目指導教師必須把握好電路整體設計框架，推動項目向前進行，不能讓項目中的某個任務滯后。并且項目完成后，指導教師要進行反思、積累經驗，不斷提高自身的實踐能力。

（二）項目的來源與選擇問題

項目的來源一般有虛擬項目與實際項目兩種。在保證項目質量、評價項目成果、獲取社會資源、提升學生能力等方面實際項目要優于虛擬項目。因此，在“電路”課教學改革中，我們應盡量采用實際項目。“電路”課程教學內容豐富，每一章節都可使用PBL，但過多地使用PBL對教學有害無益。在“電路”教學中實施PBL，項目選擇要解決的主要問題有：第一選擇項目要堅持少而精原則，盡量選擇學生感興趣、能調動大部分學生的學習積極性的項目[1]。例如，在動態電路部分選擇項目時，有電容充放電路設計、RC電路暫態過程研究、諧振電路及其參數測量等項目，選擇利用RLC串聯諧振知識來設計收音機調諧電路是學生最感興趣的項目。第二要選擇操作性強，容易形成物化成果的項目。某項目盡管涉及的知識點多，如果不能或不易制作出電子產品，這種項目也不是好項目。學生不能動手制作物品，不能激發其興趣，老師不見實物，不好評價其成績。

（三）項目教學與系統學習相互關系的處理問題

目前，我們在PBL的導入時機、PBL的教授方式、PBL與其他方法的協調等方面有待進一步研究。但就項目教學與系統學習的關系，我們有了比較清楚的認識。項目教學與系統學習的關系實質是項目實踐與理論學習之間的關系。項目教學是系統學習的基礎，即項目教學對系統學習具有決定作用，系統學習的理論知識應當應用于項目教學之中，知識才能得到鞏固與檢驗，才能達到學習理論知識的真正目的。另外，系統學習對項目教學具有反作用，科學的理論知識對項目教學具有積極的指導作用，錯誤的理論知識則有阻礙作用。項目教學與系統學習是相輔相成、不能任意割裂的辯證關系。PBL需要教學理論的指導，只有在掌握教學內容的基礎上，靈活應用PBL與其他教學方法，才能在教學改革中取得一定成效。在“電路”課程教學中實施PBL之前，學生必須掌握好對應的理論知識和相應的學習工具軟件。例如，針對RC雙T電路設計項目，學生必須在掌握好RC電路工作原理和MATLAB軟件的前提下，測量電路參數，繪畫制電路的頻普曲線，否則，無法完成該項目。其次，在“電路”教學中應用PBL，理論學習離不開項目實踐的檢驗。例如，設計電路去驗證基爾霍夫定律、疊加定理、戴維寧定理項目，我們設計電路去測量元器件的電流電壓時，要充分利用測得的參數值去得出定律與定理的結論，再利用設計電路的實驗結論來加深對定律與定理的理解。

（四）PBL的評價體系與考核方式改革問題

PBL作為一種教學方法，應該形成較為系統、科學的評價體系，這樣不僅可以驗證教學方法的正確與否，也可為今后自身體系的發展打下基礎[2]。在選擇考核方式時，教師要結合教學目標、教學內容、項目內容等多方而來考察學生成果。學生真正參與設計和實施項目付出了很多勞動，老師不能按照傳統的考核方式隨便給出成績，這樣是不尊重學生勞動成果的表現，會打擊學生積極性[3]。我們在“電路”教學中實施PBL，對學生成績的考核采用10分制，成績評比采用“1234”方法：項目選題具有一定的技術性和創新性計1分；項目進行符合教學內容要求、能完成教學目標計2分；項目結果有設計報告、電子產品、項目PPT介紹計3分；項目實施經歷了方案比較與選擇、電路器件擇優、電路原理圖設計與仿真、產品制作與調試等過程計4分；通過多年實施PBL教學實踐證明，我們采用“1234”的學生成績考核方法具有一定的科學性，學生深感合理并樂于接受。

四、結束語

為了更好地實現“電路”課程的功能和作用，“電路”課程教學改革勢在必行，PBL只是我們探索的教學改革形式之一，也是對傳統課堂教學模式的有益補充。當然，PBL在教師能力培養、教學法導入時機、與其他教學方法的協調、自身評價體系的建立、項目來源等問題需要學界同仁們繼續探索，也需要我們在實際教學中不斷完善。

[1]黃德診,陳暉陽.項目化教學法在高職院校“概論”課中的應用探析[J].思想理論教育導刊,2014(4):98.

[2]姚琛.論項目教學法在設計教學中的應用及發展[J].裝飾,2010(10):107-108.

[3]張秀芹.淺談項目化教學法在電工電子技術課程中的應用[J].中國校外教育,2016(01):143.

Abstract：Project teaching method is widely applied in the teaching reform of higher education.In the teaching reform of Circuit course,the implementation of project teaching method should follow the four basic rules:theoretical rule,team-work rule,practical rule and practice rule.It should also emphasize the cultivation of guide teacher's ability and the relationship between project teaching and systematic learning.The assessment system and method should also be reformed so asto achieve the teaching goalsof the course.

Key words：project teaching method;Circuit course;teaching reform

[責任編輯：胡 偉]

New Exploration on the Project Teaching Method in Circuit Course Teaching Reform

LI Xin-guo

(School ofInformation Science and Engineering,Hunan First Normal University,Changsha,Hunan 410205)

G642

A

1674-831X（2017）04-0079-04

2017-04-16

湖南第一師范學院教育教學改革課題“項目教學法在高校‘電路分析’課程改革中的實踐與研究”；湖南省重點實驗室項目（2015TP1017）

李新國(1965-），男，湖南邵陽人，湖南第一師范學院教授，主要從事高等教育教學研究。