高等教育《電路分析基礎》課程的仿真案例設計

鄭義

摘 要：在高等教育階段，電路分析基礎課程是電類專業第一門專業基礎課程，盡管在知識點上與大學物理、信號與系統以及電子技術等課程中的知識點具有明顯的承前啟后的關系，但學生初學時仍然反映該課程知識點較為抽象，知識體系較為復雜。在針對南京郵電大學獨立學院的教學中，通過在教材中提供基于Multisim等仿真軟件的實踐案例及其設計分析思路，引導與鼓勵學生在課下練習中進行相關的仿真設計，已被證明可以有效地激發學生的學習興趣并激勵主動學習與團隊討論合作。在仿真案例設計中，可以針對不同專業設置，不同興趣愛好的學生由其自主選擇不同的仿真軟件，從而達到事半功倍的效果。

關鍵詞：電路分析基礎；仿真案例；學習興趣；主動學習

“電路分析基礎”與“電工電子技術基礎”課程是南京郵電大學通達學院針對電氣類信息類專業開設的第一門電類專業基礎課程，其中電路分析部分主要介紹集總參數電路的分析計算，涵蓋從基本的電阻電路、動態與穩態電路到變壓器電路、三相電路與二端口網絡等。電工電子技術基礎課程則在簡化的電路分析的知識基礎之上，包括了部分電子技術基礎知識，專門針對非電氣類工科專業開設。

在當前的高等教育教學中，一線教師可以感受到近年來的高校擴招與高等教育普眾化帶來的新問題與新挑戰。傳統課堂教學的“老師教，學生記”模式已經不再僅僅是存在教學有效性問題，而是越來越不被新時代的學生所接受所歡迎。現今的大學課堂之上，九零后學生對新鮮事物敏感敏銳，追逐變化，厭惡死板，樂于嘗試新鮮挑戰，對知識點的學習常常抱有功利性價值判斷，對一個未能呈現與現實應用相聯系的知識往往興趣寡然，對陳舊的“教師全堂灌輸，學生全堂跟跑”的教學模式容易抗拒。如今的大學生正處在互聯網+、萬物互聯和云數據等前沿應用大爆炸的起步階段，獲取知識與解決問題的途徑與手段極大豐富，教師已不能按照過去的陳舊思維來照本宣科，繼續局限于對教材和ppt等資源的完善來應對新問題。

在這種形勢下，國內各高校都先后開展了基于“互聯網+”的課程理論教學與實驗環節的平臺化建設。南京郵電大學在成功開發并運營了電路分析等國家級慕課建設課程的基礎上，秉承“網絡線上與線下協同，課堂內部與外部協同，理論課與實驗課協同”的三協同教學理念，開展了新一輪對傳統課堂教學與在線教學的深度融合，緊追當前的“互聯網+”教育體系的最新研究成果，引入了“雨課堂”等多媒體創新技術改良課堂教學，在線教學資源建設方面則堅持師生互動放在首位，資源由師生共享共建等原則。

在對在線教學資源建設過程中，我們發現，盡管基于仿真軟件的電子電路實踐案例設計只是教學資源中的一小部分，卻具有畫龍點睛，二兩撥千斤的功效。細究下來，我們認為，是如下因素在發揮著良好的作用。

基于仿真軟件的電路案例分析與設計作業，利于實現理論課與實驗課的協同。南京郵電大學通達學院注重實驗課與理論課的相互促進，協同發展，開設了多門電工電子類實驗教學課程。通過在線教學資源上發布基于電路理論教材例題的設計案例以及精選分析，可以讓學生在個人電腦端實現理論與實踐的融合統一，時空上更便捷，相比實驗室教學的設計案例，更有助于打破理論課與實踐課的認識隔閡。同時學生的仿真作業隨理論課進度上交，有助于課程成績的過程化管理，為進一步的大學生創新工程或參與電子競賽提供成績參考。

基于仿真軟件的電路案例分析與設計作業，利于實現基于互聯網+的在線平臺式教學與線下師生交互的協同。案例分析電子資源包括講解視頻，非常適合在線學習使用，尤其適合在預習環節供教師發布預習資源，布置預習用習題。由于仿真軟件往往涉及到需要學生了解各種電子電路元器件的型號參數等，客觀上促進了學生對理論知識與硬件實驗之間的融合。在預習反饋環節，師生通過課間課下時間碎片化的答疑交流，促進了線上線下的協同。進一步的，教師通過布置平臺作業，引導學生上傳電子化程序與解答結果，而基于仿真軟件的作業非常便于實現作業的電子化，進一步實現對學生學習效果的掌控和展開有針對性的輔導。

此外，教師還可以通過網絡平臺發布一些包含電路設計技術的網頁鏈接，實現對學有余力學生的拓展輔導。

基于仿真軟件的電路案例分析與設計作業，利于實現新型考核考試制度的建立。傳統的期末閉卷考試考核制度，容易造就學生平時松懈，考前突擊的學習習慣。這種短期集中突擊的學習方法，即使可以應付考試，也無法培養綜合成體系的電路分析設計能力，導致在隨后的實驗課程中不能夠將實驗內容與理論知識相聯系。同在線學習相結合，基于仿真軟件的案例設計作業，有助于引導學生投入到平常學習的每一個環節，做到現學現用，學習知識上不拖欠不掉隊。

基于仿真軟件的電路案例分析與設計作業，利于課堂內和外的協同。在課堂外學習中，教師通過在拓展活動中組織多種跨學科跨課程設計科目，作為課堂內教學的有益補充，如通信與信號處理組訓練科目、電力電子和電源組訓練科目、儀器儀表與模擬類訓練科目、自動控制類訓練科目等。目的就是引導學生將理論課的課堂學習與常規試驗案例，EDA綜合實驗項目，在線平臺的虛擬儀器實驗以及大學生電子競賽等結合，逐步建立立體多層次的電路設計概念體系。

為了更好的實現上述功能，切實通過基于仿真軟件的案例教學提高學生解決復雜電路系統的工程設計能力，我們發現應將主要精力集中但不限于以下幾個方面。

盡量挖掘基于仿真軟件的實踐案例教學的多元化多層次應用。紙面上的基于仿真軟件的實踐案例教學資源，其實已經比較成熟，但通過與慕課、微課程等在線教學相結合，依然可以發揮不小的作用。線上結合教師全程引導的預習學習復習拓展等環節，線下結合學生的團隊化分組討論，可以有效避免資源的閑置與浪費，真正實現以學生為中心，變“要我學知識”為“我要解決問題”。同時不局限于要學生完成編程作業，還要引導學生自主查閱資料，撰寫專業科技報告，團隊協作、分工與討論，幫助學生克服對新鮮事物的畏難情緒，培養對探索未知事物的自信與熱愛。

以學生為本，盡量建立分層次分專業的尊重個體差異的實踐案例資源。在高等院校中，不同專業對電路分析與設計的能力要求是不相同的。同時，學生的個體差異、知識基礎與儲備、個人意愿以及學習預期都不盡相同，這都需要教師在設計資源時要根據專業設置以及學生差異進行分層次甚至是分班（線上班級）操作。總之，既要充分尊重學生差異，做到以學生為本，又要分層次重過程得全面提升教學效果。例如，可以讓學生根據自身專業或意愿選擇Matlab或Multisim軟件進行學習實踐。

幫助學生建立對本學科理論課程與實驗課程設置的體系認知。立足于電力分析基礎與電工電子技術基礎教材的仿真案例，并不是要取代現有的電工電子實驗課程，事實上也不可能取代。但這種與理論課教材緊密結合的仿真案例教學，可以幫助學生搭建大學里開設的各個實驗平臺與理論課程的橋梁，幫助學生走出理論課無用論，成績再好不會動手的認知誤區，將理論知識到實驗設計之間的跨越盡量平滑化。

綜上所述，盡管基于各種仿真軟件的實驗案例教學已不是新鮮事物，但在互聯網+的教育大勢下，靈活應用，避免資源閑置，仍可以起到事半功倍的良好效果。

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基金項目：本文為南京郵電大學通達學院教改項目，“電路分析基礎課程的實踐案例教學研究”（編號JG30316007）的成果。