“電路分析基礎”教學改革創新探索

李杏梅　陳亮　劉袁媛

摘 ? ?要：目前國家提出以市場需求為導向的人才培養要求，要進一步提升學生的自主學習、自主探究、自主創造能力。文章從“電路分析基礎”教學現狀出發，對電路分析基礎教學方法與實驗改革兩個方面進行了探索，提出以問題引導為主，其他編程工具為輔的教學新方法;建議將驗證性實驗轉換成設計性實驗，以達到深度預習的效果，讓學生在實驗室外充分明白實驗電路原理，在進入實驗室后可以快速而準確地完成實驗。

關鍵詞：電路分析基礎;高校;教學改革

中圖分類號：G642.0 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2019）11-0022-03

我國高等教育人才培養目標多數為培養學術型人才，使得高校的畢業生與社會需求嚴重脫軌，造成企業選不到合適的人才，畢業生也找不到適合自己的崗位。作為高等學校深化創新創業教育改革的指導性文件，《國務院辦公廳關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》（國辦發〔2015〕36號）指出，當前我國創新創業教育存在“理念滯后、與專業教育結合不緊、與實踐脫節、實踐平臺短缺、指導幫扶不到位”等問題，“創新創業教育體系亟待健全”。“電路分析基礎”是各個高校電類專業的核心基礎課，同時也是學生接觸的第一門具有工程特點的電類專業基礎課程。“電路分析基礎”所涉及的概念、方法和理論大量地應用在模擬電路、數字電路、信號與系統以及高頻電子線路等專業課程中，它是學好其他專業課的基礎[1]。該課程的學習效果不僅影響到電路基礎知識的掌握，還會影響到學生對整個電子信息類專業的學習興趣[2]。

一、“電路分析基礎”課存在的問題

（一）理論分析與實際應用脫節

電路分析課程主要進行理論講解分析[3]，以提高學生電路計算分析能力，因此課程教學以理論分析計算為主;同時由于課程內容繁多，學時少、概念多、定理多，學習內容抽象，在生活中少有對應實物舉例，內容和范例主要以抽象的理論分析和計算為主[4]，教學內容和實際工程應用存在很大的差距，因此電路課程往往停留在紙上談兵階段，學生出現考過就忘[5];在課程實驗教學中，同樣受限于實驗學時短，實驗內容多等問題，該課程實驗以往更多是驗證性實驗（如疊加原理驗證、戴維南定理驗證等），很難提高學生的工程應用能力和創新能力，在這種情況下學生更不知學以致用的目的所在。

（二）教學手段單一，學生缺乏主動性

“電路分析基礎”學時少內容多，為了保證完成任務，大部分電路分析教學主要采用以多媒體教學為主的滿堂灌的手段[6]，部分教師也會配合板書，雖然板書將電路推導過程講解得很到位、細致，但課堂氣氛很沉悶，一節課大部分時間都是教師在講臺上講解、分析，學生在下面聽得昏昏欲睡[7]，學生上這門帶有工程性質的專業基礎課和數學課差別不大，興趣不高，難以調動學生學習的積極性[8]。

（三）學生對實驗預習不夠重視，動手能力較差

傳統的“電路分析基礎”實驗受學時的限制，學生只能按照實驗指導書通過實驗箱連接電路，在實驗課中無法將自身想法付諸實踐[9]。學生對實驗的參與度低，不利于學生自主學習，也不利于創新能力培養[10]。同時大多數學生進入實驗室后對驗證的實驗原理不是非常明白，對每一根線的連接，甚至每個測量參數都不是很明白，也降低了學生的操作體驗和實踐信心[11]。

常用的實驗預習模式是學生根據給定的實驗指導書進行預習，撰寫實驗預習報告僅僅是抄寫實驗指導書的內容，進實驗室前教師會逐個檢查實習報告的[12]，這樣的預習很難激發學生的興趣，更難有好的預習體驗[13]。

傳統的預習情況檢查，主要靠教師翻閱預習報告，但是教師很難在上課之前快速地完成預習報告的檢查以及預習質量的判斷，畢竟應該存在于學生腦中的知識，單憑翻閱預習報告是看不出的。經常有學生將預習報告抄了很多頁，但是依然不會處理實驗問題，甚至還發現一些學生在實驗中碰到困難時怯于向教師提問，而是看周圍學生怎么做自己也跟著怎么做，不求甚解[14];實驗報告中對數據誤差缺乏分析，實驗報告千篇一律，對擴展性實驗和結合實驗過程的思考題沒有興趣[15]。

二、“電路分析基礎”教學改革的策略

為了調動學生學習“電路分析基礎”的主動性，讓學生上課之前做好預習，便于帶著問題聽課，提出問題驅動式教學改革;為了加強學生的動手能力，在平時的學習中要求學生充分利用相關的輔助軟件進行編程計算和仿真;為了將這門理論課結合工程實際應用，提出了調查報告和作業結合的作業練習方式。

（一）開展問題驅動式教學

為了避免滿堂灌，教師在布置作業時，除了給出用于復習已經授課知識的題目，還會針對性地挑出一些下節課新知識的題目要求學生完成，并且在下次課前檢查作業的完成情況。這樣可以用提前布置作業的形式強制性地要求學生完成課前預習，同時學生在做作業的過程中也需要主動學習新的知識，通過課前作業練習也比較明確課程內容的難點在哪里，聽課的過程中目標更為明確，同時在后續的聽課過程中也非常了解教師上課的知識體系結構，教師也可以更為輕松的引入實際應用以及前沿性的知識，減輕了因課時不足，教師疲于完成教學內容的壓力。

（二）利用編程工具與仿真軟件解決計算問題

電路分析涉及的解題方法很多，學生在課后練習中，最花費時間與精力的地方不在于選擇合適的解題方法，而是花了大量的時間去動手計算電路方程的結果，尤其是穩態電路的分析中，還會涉及復數的運算，往往一道穩態電路分析的題目要花掉學生近1小時的時間去求取結果，還不能保證一次就計算正確。為了將學生從繁重的計算中解放出來，同時增強學生的動手能力，教師要求學生利用學到的編程語言（如matlab）編寫函數進行方程的求解，也會要求學生將作業中碰到的草圖用編程語言計算并打印貼在作業本里面。為了配合這個任務的順利完成，課程組的教師提出了在“電路分析基礎”之前開設Matlab編程的課程的要求，當然也鼓勵學生用其他的編程語言實現方程的求解。同時學生還要利用multisim軟件完成部分復雜電路的仿真，將仿真的結果與自己求取的結果進行比較，課下自行判斷作業的正誤。

該方案的提出，使學生的編程能力得到了極大的提高，后續的“信號與系統”以及“數字信號處理”等課程教師反映，學生能夠較好地完成他們布置的任務。同時后續的關于電路設計的實習，學生能夠輕松地將設計的方案進行仿真驗證。這些方案提出后，本以為給學生增加了工作量，學生會意見很大，但是近幾年的觀察發現，學生在經過十幾年的應試教育后，非常愿意自己動手做一些事情，比如matlab編程，比如multisim仿真，經常會有學生半夜12點還在QQ上面咨詢編程或者仿真過程中碰到的問題，達到了提升學生學習興趣和主動學習能力的目的，同時學生在學習了編程語言后，在后期碰到其他科研團隊招募新成員時，認為自己有一技之長，敢于加入各種科研團隊，自信心也得到極大的提升。

（三）引入“調查報告”作業形式

為了讓學生充分了解一些經典電路以及元器件的實際應用，教師會要求學生寫一份關于這些電路以及元件在實際生活中應用的調查報告。主要內容是對這些經典電路以及元器件查閱資料尋找一些應用實例，然后將這些電路以及元器件在應用中起到的作用在報告中進行詳細解釋，最后教師將這些報告收集整理起來發到學生的QQ群，便于學生之間相互分享，更好地將理論知識和實際應用結合起來。

（四）運用零實驗指導書的實驗創新方法

在實驗課開始前，課程組教師提前布置實驗任務。為了達成設計的目的，教師只給出實驗要完成的任務，比如告訴學生，實驗內容是“驗證疊加定理和戴維南定理”，然后不給實驗指導書，要求學生根據課堂學到的關于疊加定理和戴維南定理知識，自己分別設計電路達到驗證這兩個定理的目的。這種情況下，實驗的內容就是學生自行設計電路來驗證這兩個定理，學生可以根據自己的喜好來設計電路。為了完成這個內容，學生需要自己思考，并且在充分理解這兩個定理的基礎上設計出自己的電路，這樣學生的參與度提高，同時學生可以將自身想法付諸實踐，基本可以達到一個學生一個電路圖的效果，也可以避免學生在開展實驗的過程中，為了應付實驗而抄襲別人數據，在提升實驗效果的同時也鍛煉了學生思考和動手能力。

（五）以三駕馬車促進深度預習

實驗課程完成的好壞直接決定于實驗的預習是否充分。為了達到深度預習的目的，重點在于強調預習報告的撰寫要求，本改革將實驗預習分為三個部分，要求學生在實驗預習中達到如下的三個要求。

1.根據教師給定的實驗題目理解相關原理知識設

計電路圖。預習報告中除了要寫出實驗目的和原理以及實驗內容和步驟外，要根據自己對實驗內容原理的理解畫出自己設計出的實驗電路圖，并且根據實驗室提供的元器件給出電路圖元器件的參數。

2.根據設計圖計算理論結果。設計出實驗電路圖后，學生根據自己設計的電路圖計算出需要測量的理論結果。

3.根據設計圖進行軟件仿真檢查理論結果的正誤。為了驗證結果的正確性，同時便于熟悉電路圖的連接，要求學生利用multisim對該電路圖進行仿真，然后比較仿真結果和理論結果是否一致來判斷計算和仿真的正誤。這樣預習報告中每個需要測試的參數都有理論結果、仿真結果和現場測試結果三個數據需要填寫，理論計算結果和仿真結果在進入實驗室前就已經填寫好，而測試結果則需要學生進入實驗室完成電路的現場搭建后才能填寫。這樣的好處是學生的每個實驗內容都進行了獨立的思考，進入實驗室之前學生非常清楚每一根連線的走向，每個參數測試的節點位置，同時也可以根據仿真結果和理論結果來快速知道測試結果是否正確，然后快速決定繼續檢查電路還是進入下一個實驗內容，避免了實驗教學中的被動。由于學生在實驗室外充分明白每個實驗的目的以及內容，學生能夠在規定的時間內完成實驗，因此學生有足夠時間考慮自己感興趣的內容。此種方法的實施，有少部分學生居然撰寫了部分實驗的實驗指導手冊。

經過深度預習后撰寫出的預習報告也利于實驗教師檢查學生是否將實驗內容預習到位。教師只需要檢查預習報告中學生設計的電路圖和學生設計的測試數據的表格就行。極大地縮減了實驗教師檢查報告的時間。同時學生經過深度預習，可以自行進行數據檢查，自行獨立處理實驗過程中碰到的常見錯誤（如連線錯誤），極大地減輕了實驗教師要進行的檢查數據、驗收實驗的工作壓力。

三、結論

為了保證工科專業畢業生培養質量達到行業認可的質量標準要求，我國于2016年6月加入《華盛頓協議》，開展工程教育認證。該認證中明確表示實踐教學活動必須加強，要求畢業生必須能夠針對復雜工程問題設計解決方案。“電路分析基礎”是一門專業基礎課，如何將這樣一門偏向理論分析的課程轉化為偏向工程實踐的課程，課題組教師在教學過程中引入了“問題驅動式教學結合編程軟件解決計算”的教學方法，在實驗過程中，通過零指導書的方案，讓學生自行設計實驗達到深度預習的目的。該改革模式經過幾屆學生的實踐，效果較為理想，達到了預期效果，學生學習的主動性更強，上課看手機和開小差等不良現象大為減少，同時學生的硬件設計能力和軟件編程語言也得到了加強，部分優秀的學生自行設計出了更為新穎的實驗電路。更有部分學生表現出了濃厚的專業興趣，加入了教師的科研團隊，提早進入課題研究。

參考文獻：

[1]張小梅，江雪梅，婁平.淺談“電路分析基礎”課程的教學改革方法[J].教育教學論壇，2015，（21）.

[2]孫雁南，談玲瓏.基于Multisim軟件的電路分析教學改革探索[J].湖南城市學院學報：自然科學版，2016，（6）.

[3]白菊蓉.Multisim在電路分析系列課程教改中的應用[J].西安郵電學院學報，2011，（S1）.

[4]韓南南，盛雪蓮，韓今.淺析任務驅動教學法在汽車電路分析中的應用[J].科技經濟市場，2018，（7）.

[5]陳華華.“電路分析實驗”教學方法改革與實踐[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2018，（9）.

[6]謝曉敏，孫雁南，曾勇，等.以工程應用為目標的“電路分析”課程教學改革探索與實踐[J].上饒師范學院學報，2018，（3）.

[7]孫志偉.Multisim仿真軟件在電路教學中的應用[J].新教育時代電子雜志：教師版，2015，（5）.

[8]周麗君.電路分析實驗教學改革的探討[J].電子世界，?2018，（13）.

[9]郝國成，朱勤文.拔尖大學生深度創新能力的培養模式探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2018，（3）.

[10]郝國成，趙娟，王巍，等.群體智能“深度團隊”的拔尖大學生創新科研能力培養模式研究與實踐[J].實驗室研究與探索，2018，（2）.

[11]呂念玲，袁炎成，黃曉梅，等.實驗教學重在過程[J].實驗技術與管理，2017，（6）.

[12]劉君.“互聯網+”背景下應用型本科高校校企合作人才培養模式[J].實驗技術與管理，2017，（6）.

[13]蔣建平.基于工程教育認證的教師教學能力發展研究[J].知識文庫，2016，（6）.

[14]章濤，盧曉光，李海.電路分析基礎課程引入仿真實驗平臺應用實踐[J].實驗室科學，2015，（4）.

[15]劉廣偉，孟慶斌.“電路分析”實驗教學的改革與實踐[J].實驗室科學，2009，（6）.