《電路基礎》課程教學改革探索

吳劍英 王丹琦 杜勇 新疆師范大學

電路是大學理工科類如計算機專業，化學化工專業、物理專業以及電子信息科學與技術等專業必須開設的一門專業基礎課程，而且也與電子專業后續課程如《模擬電路》、《高頻電路》、《信號與系統》等有著密切聯系的必修課程。針對電路課程的學科特點以及在充分重視素質教育的今天，對電路課程的教學模式進行改革創新，提高課堂和實驗的教學水平和教學質量，挖掘學生的潛能，激發學生的主動性和創造性，培養具有綜合素質的人才具有重大的意義。

一、電路教學目前現狀

由于電路課程是課堂理論教學和實驗教學結合性非常強的學科。通過對教學內容、教學手段、實驗教學等相關內容設計的調查問卷分析可知，目前課堂教學中存在教學內容信息量過大，學生記不住、吃不透；教學內容抽象，難以理解；教學手段單一，多以傳統的板書或是板書加多媒體授課方式進行；理論學習與實驗操作相分離，學生不能將學到的理論知識應用到實踐中去；大多數高校的實驗室都或多或少存在實驗教學設備價格昂貴、設備老化、更新速度慢以及設備售后維修服務跟不上和損壞率較高的現象；在實驗操作中實驗設備的集成度相對較高，驗證性實驗偏多，擴展設計性實驗少，導致學生的實驗教學效果和目標都達不到預期的教學要求。在教學培養方案中課堂教學與實驗教學課時比例大多是4：1，重理論輕實踐現象普遍存在。實踐操作技能差，被動式接受，使學生不能成為課程學習的主體，所以對于電路課程的教學模式改革顯得更加緊迫和必要。

二、電路課程教學模式改革探索

當前素質教育和創新教育是教育工作的首要任務，在計算機虛擬仿真技術高速發展的今天，將虛擬仿真技術引入電路教學中將會給電路教學模式帶來顛覆性的改革與創新。虛擬仿真技術可以將電路理論知識與生產實踐、實訓相結合，以能力培養為主線，引發興趣為目標、進行教學傳統模式翻轉讓學生成為課堂教學和實驗教學活動中的主體。虛擬仿真技術應用于電路教學模式改革可以從以下幾個方面體現：

1、教學內容改革：根據學生的專業特點對教學內容可以進行重組和優化，加強課程知識點聯系，培養工程意識和分析、解決實際問題的能力，達到理論與實踐相統一融合，激發學生學習興趣。

2、教學方法改革：由傳統的填鴨式教學變為學生的探索式、啟發式、主動式、討論式以及互動式等教學方法。

3、教學手段改革：改變原有的板書或者板書加多媒體教學手段，依靠虛擬仿真技術，對教學內容予以模擬，營造一個非常真實的虛擬教學氛圍，增加課堂教學演示，讓學生的視覺、聽覺以及觸覺均獲得真切的體驗，達到良好的教學效果。

4、教學模式改革：改變原有的課堂教學和實驗教學課時比例以及課堂和實驗教學相分離的教學模式。將計算機仿真技術和課堂教學搬進實驗室，利用軟件和硬件相結合的優勢，構建一個“教、學、做”一體化電路教學模式。

三、虛擬仿真技術在電路教學中的應用舉例

目前可用于電路課程虛擬仿真的軟件[5]很多，一般分為專用類仿真軟件如：Proteus,Pspice，EWB，Multisim, Protel，OrCAD 等；另一類是通用軟件，比如System View, Lab VIEW, Matlab， Mathematic 等。兩種類型的軟件各有其優缺點，可以針對實際教學情況進行交叉性使用。本文以Proteus 軟件為例在電路課程的課堂和實驗教學中引入虛擬仿真技術。

例：在講授“動態電路元件”章節時，為了使學生能直接觀察到動態元件（L 和C）的特性，給出下列電路，讓學生觀察動態元件在交變信號(正弦信號)的作用下的響應特性。

圖1 RC 電路及仿真電路

從RC 電路的仿真圖中可以看到：電容兩端的電壓，滯后于電阻兩端的電壓。

圖 RC 電路

圖2 RL 電路及仿真電路

從RL 電路的仿真圖中可以看到：電感兩端的電壓，超前于電阻兩端的電壓。

觀察完上述仿真電路后，用板書推導分析電路，解釋為什么電容兩端的電壓，滯后電阻兩端的電壓；電感兩端的電壓，超前電阻兩端的電壓，從而達到激發學生探討問題的興趣。緊扣這一問題，若輸入信號由正弦信號變為方波信號，電路的響應如何？若改變R1 的阻值，電路的響應又如何？針對這一問題，我們再次用Proteus 軟件對電路進行仿真。

圖3 脈沖作用下RC 電路及仿真電路

從仿真圖上看到，電阻兩端出現了正負尖脈沖信號。當改變R1的阻值后，電路的仿真結果為：

圖4 脈沖作用下RC 電路（改變電阻值）

教師引導學生進行分析、啟發結合數學的微積分原理，從而使學生對RC 電路能夠進行微積分運算有了更加深入的理解，加強學科之間的聯系，也為后續的一階電路的時域分析、RLC 串并聯電路等內容進行仿真、分析教學打下良好的基礎。

通過舉例說明在《電路基礎》這門課中，引入虛擬仿真技術在電路教學中將會對教學模式帶來改革與創新、對培養學生的科技興趣、動手能力，使學生成為課堂教學和實驗教學活動中的主體，都有極大的開拓作用。

四、結束語

通過對電路教學的改革，師生之間在教與學的過程中增強互動，學生變為課堂的主體，將被動式教學轉變為學生自主學習、主動學習教學模式，通過教學形成學生知識的建構、素養的形成、生命的成長三者深度共鳴，真正做到以人為本，應才施教，有效的改善傳統知識課堂“重教輕學、重知輕能、重智力因素輕非智力因素”等主要缺陷，對其它類似課程引入虛擬仿真結合教學也具有較強的指導意義。