電路分析課程“五庫一體”混合式教學探索與實踐

祝秋香，胡賽純，葉勇，張學軍，簡正波

（湖南城市學院信息與電子工程學院，湖南 益陽 413000）

1 引言

電路分析課程是本科院校中電子信息工程、通信工程、自動化、測控技術與儀器、電子科學與技術等專業的一門技術基礎課程[1]。從電路模型出發，著重討論集總參數、線性非時變電路的基本理論和基本分析方法，提高分析電路的思維能力與計算能力，為后續課程打下理論基礎。具體內容有：電路的基本概念、定律、定理和一般分析方法、動態電路的分析、正弦穩態電路、含有耦合電感的電路、三相電路、非正弦周期電流電路的分析、二端口網絡、網絡圖論基礎等。本課程既要保持與強調理論的科學性與嚴密性，培養學生嚴格的科學態度和分析問題的邏輯性和條理性，又要具備分析工程問題的觀點和方法[2]，培養學生從實際出發、在理論指導下靈活處理問題的觀點和方法，進一步培養學生對信息科學的現狀與發展趨勢的認識能力，具有自主學習和終身學習的意識。

該門課程理論較抽象、知識點較多、重點、難點也多，總體來說對學生的高等數學基礎要求較高，所以在傳統教學方式下，學生總感覺跟不上。為此，本文利用“雨課堂”平臺，以“學生為中心”，融合Multisim軟件技術構建“五庫一體”多元信息化教學手段和“理”與“實”有機融合的教學模式，實現了由知識傳授轉變為能力培養，充分調動了學生學習的積極性和主動性，提高了《電路分析》課程的教學質量[3-4]。

2 教學實施過程

2.1 “雨課堂”平臺

“雨課堂”——小插件、大數據。由清華大學在線教育辦公室組織研發文理工一線教師全程參與的引領課堂革命的創新平臺。教師和學生都只需要一部手機，可以將復雜的信息技術手段融入PowerPoint和微信，在課外預習與課堂教學間建立溝通橋梁，讓課堂互動永不下線。使用“雨課堂”，教師可以將帶有MOOC視頻、習題、語音的課前預習課件推送到學生手機，師生溝通及時反饋；課堂上實時答題、彈幕互動，為傳統課堂教學師生互動提供了完美解決方案。“雨課堂”科學地覆蓋了課前-課上-課后的每一個教學環節，為師生提供完整立體的數據支持，個性化報表、自動任務提醒，讓教與學更明了[5]。

2.2 教學設計

根據工程教育專業認證標準和本校“實基礎、重應用、有特色、高素質”的人才培養定位以及電路分析課程在人才培養方案中的課程地位，產學研用深度融合，電路分析課程教學設計如下：

首先，確定本課程的教學目標和要求。

課程目標1：熟練掌握電路的基本理論和基本分析方法，具備從事電子信息技術等工程領域工作所需的數理知識，電子、信息、計算機的基礎知識，能夠用于解決電子信息器件、設備及系統進行抽象建模并分析求解。

課程目標2：培養學生分析問題和解決問題的能力，深化和擴展對課程內容的理解。

課程目標3：了解電路分析和設計的新方法，能夠根據具體問題選擇正確的研究路線，設計可行的電路實驗方案等。

課程目標4：培養學生對信息科學的現狀與發展趨勢的認識能力，具有自主學習和終身學習的意識。

其次，根據教學目標和要求確定本課程教學內容，同時根據課程內容融入思政育人案例。

第一部分內容為電路的基本概念、定律、定理和一般分析方法：如在學習基爾霍夫定律時，介紹基爾霍夫的生平事跡，他提出該定律時年僅21歲，引出“少年強，則中國強”，現在的大學生也是年齡相當，青春年少，過幾年就要進入社會，鼓勵學生發奮圖強、充分發揮自己的創造力，為國家建設成為創新型國家做出自己的貢獻[6]。

第二部分內容為動態電路的分析：如在講到全響應時，聯系生活實際，面對生活的激勵該如何做出全響應？對于同樣的激勵，相同的生活事件，不同的人可能會有不同的響應。

第三部分內容為正弦穩態電路：如在講到電路發生諧振時，告訴學生不僅要學好專業知識，也要有崇高的個人品德，兩者必須同頻共振。同時，在大學期間談戀愛是正常的，但必須有正確的戀愛觀，男女雙方在世界觀、人生觀和價值觀等方面需要同頻共振，積極向上的愛情應該是相互激勵對方，讓自己成為更優秀的人。

第四部分內容為含有耦合電感的電路：如理想變壓器教學過程要注意和空心變壓器及全耦合變壓器的本質區別和聯系，理論聯系實際，提高學生的興趣，告訴學生人與人之間，人與事物之間也存在耦合的關系。

第五部分內容為三相電路：結合企業及生活實例教學，理論與實踐相結合。融入電力行業用電安全規范和職業道德，讓學生了解用電注意事項，培養學生良好的責任和擔當職業素養。

最后，確定教學模式和方法，采用“五庫一體”多元信息化教學手段和“理”與“實”有機融合的混合式教學體系，如圖1所示。

圖1 “五庫一體”混合式教學體系

課前：利用“雨課堂”發布預習課件（包括錄制的視頻、MOOC、微課等），明確教學目標、教學重點及難點；同時利用在線學習庫，設計精準施教，對于不同水平不同層次的學生有不同的要求，必選與可選作業體現高階性。

課中：利用“雨課堂”簽到、實時答題、彈幕互動、隨機點名等每一個環節為課堂教學都賦予全新的體驗——智慧課堂；同時課堂學習庫提供了Multisim軟件同步對電路進行仿真分析，以此獲得形象、生動的圖示化結果向學生加以展示；此外，課程思政案例庫能結合所學知識點與生活實際，思政育人，最大限度釋放教與學的能量，推動教學改革，體現創新性。

課后：利用“雨課堂”發布隨堂作業與答疑，明確教學延伸，進行教學總結與反思。如有學生遇到疑難問題，利用經典案例庫可為其答疑解惑，樂在其中。同時，在實驗教學中，利用Multisim軟件技術，學生可完成相應的仿真實驗，得到相應的元件參數值，結合理論方法對電路進行分析計算；通過軟件仿真實驗后，再進行實體操作實驗，此時學生將重心放在實驗結果的分析上，將實驗分析結果與仿真分析結果、理論分析結果進行對比，從而達到實驗與仿真驗證理論知識的目的[4]。

在后續課堂中：進一步引導學生自主開展一些研究型的項目作品，如教學模型庫則利用Multisim完成電子設計大賽中作品的設計和仿真，從而項目激勵學生，達到提高學生應用所學知識解決實際問題的創新能力，既體現創新性，又具有挑戰度。

2.3 教學實施

以電路分析課程中基爾霍夫定律的教學為例，其教學過程具體實施如下。課前：課前利用“雨課堂”發布有關德國科學家基爾霍夫的簡介以及生平事跡的視頻，錄制了基爾霍夫定律的教學預習課件，還有相關習題，明確教學目標、教學重點及難點；通過課前預習，了解基爾霍夫的生平事跡，提出KCL和KVL時年僅21歲，引出“少年強，則中國強”的思政元素。基爾霍夫還有很多科學成就，這些成就注定付出巨大的努力，所以學生要學習其持之以恒、用于挑戰的精神，用積極的態度對待自己的人生，從而樹立正確的人生觀和價值觀[6]。課中：利用“雨課堂”簽到，在上課之前查看學生答題情況，教師可以重點講解學生普遍存在的問題；對于基爾霍夫電流定律的應用，利用“雨課堂”發送主觀題，讓學生利用所學的KCL定律解決問題，從而歸納得出有關廣義結點的結論，培養學生自主學習的能力，同時，可以結合例題的講解，分組討論如何利用Multisim軟件畫出電路圖，并同步對電路進行仿真分析，從而獲得形象、生動的圖示化結果，驗證基爾霍夫電流定律的正確性，培養學生團隊合作精神和溝通協調能力。對于基爾霍夫電壓定律的應用，通過“理”與“實”有機融合的教學模式，學生利用《電路分析》實驗箱中的“線性電路研究模塊”實驗板，選取元器件，結合實驗箱上的電源搭建實驗電路，測量數據并分析驗證基爾霍夫電壓定律，加深對基爾霍夫電壓定律的理解和掌握，同時鍛煉了學生分析和解決問題的能力和實踐動手能力。最后，教師對基爾霍夫定律的內容進行小結、提煉。基爾霍夫定律是電路分析這門課程中最基礎也是使用頻率最高的定律，希望學生扎扎實實地打好基礎，練好基本功，發奮圖強、不斷創新，從而可以爬上人生的巔峰。課后：主要進行教學總結與反思，并通過“雨課堂”發布第一章的課后作業，有能力的同學還可以完成思政討論，電路仿真和思維導圖等。學生可以在線提交作業，對于主觀題教師可以在線批閱，對于二分之一以上同學有疑問的題可錄屏具體分析過程形成經典案例庫并發布，學生可重復觀看。教師還可以在“雨課堂”公眾號、微信、QQ和學生討論互動。通過課前、課中、課后各個環節的教學全過程，始終貫穿“五庫一體”混合式教學，可以根據反饋實時調整并改進電路分析課程教學，真正體現了“以學生為中心”的教學理念。

2.4 課程考核

課程考核評價是提高教學質量、檢驗教學目標達成度的主要手段。為此，電路分析課程逐漸形成了一套融合形成性評價與終結性評價、能夠反映學生的綜合素質和能力的多指標課程考核評價體系，并把“持續改進”理念貫穿電路分析課程教學的全過程，建立一種具有“評價-反饋-改進”反復循環特征的持續改進機制[7]。電路分析課程考核方式具體包括了采用多元考核評價體系，即：課程總評成績=平時成績×60%+期末考試成績×40%，且根據《湖南城市學院全日制普通高等教育本科課程考核及成績管理辦法》（湘城院發【2018】48號）第三十九條第三項規定：期末考試卷面成績低于40分者，不能參加該課程總成績的評定，也不能取得學分，成績以卷面成績計。學生考核成績構成如表1所示。

表1 學生考核成績構成

A．平時成績(60%)：由在線成績、課堂考勤、課堂表現、平時作業、階段測試、實驗成績等組成。

(1)在線成績（20%），主要通過在線學習庫獲得成績，由雨課堂平臺導出；

(2)課堂考勤（5%），主要通過線下智慧課堂“雨課堂”平臺掃碼考勤；

(3)課堂表現（10%），根據課堂聽課表現、課堂練習回答問題情況得分，可選自課堂學習庫；

(4)平時作業（5%），按12章12個必選作業單元，獨立按時按量按質完成作業即可得分，完成可選作業包括電路仿真、思維導圖和課程思政案例庫中的思政討論等可額外加2～5分；

(5)階段測試（10%），每個學期根據課程內容有2～3次階段測試，個別測試題可選自經典案例庫，督促學生對于已學內容的及時鞏固；

(6)實驗成績（10%），主要考核學生對知識的理解與運用能力和實踐動手能力，完成可選教學模型庫中項目可額外加5分/個。

B.期末考試(40%)：學校統考，教考分立，統一評分。主要考核學生對本課程學習整體掌握程度，基本分析計算能力，綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力[8]。采用閉卷考試形式，成績評定采用百分制，按所設權重計入課程總評成績中。

3 教學效果分析

目前，電路分析課程混合式教學改革已完整運行了兩輪，即21級電子信息工程專業203班（51人）和20級電子信息工程專業203班（44人），對比18級物理學專業301班（34人）學生的學習成績，如表2所示。從表2的具體數據可以看出，采用“五庫一體”混合式教學后，學生被動學習的角色發生改變，學習的主動性和參與度得到極大增強，與傳統教學方法相比，開放式教學方法較大地降低了不及格率，平均分提高了近15分，明顯提升了教學效果。

表2 教學班學生成績對比與統計

4 結束語

本文利用“雨課堂”為教學平臺，以學生為中心，融合Multisim軟件技術構建“五庫一體”多元信息化教學手段和“理”與“實”有機融合的教學模式，對電路分析課程進行了混合式教學改革，實現了三個轉變，即“以教為中心”轉變為“以學為中心”，課堂教學以“封閉式”轉變為“開放式”，“滿堂灌，填鴨式”教學轉變為以“夯實基礎，思維訓練”為目標的混合式教學，充分調動了學生學習的積極性和主動性，把自主權交給學生，培養學生批判思維能力、自主學習能力和創

新創業能力，體現了“高階性”“創新性”和“挑戰度”。通過教學改革實踐，教學效果明顯，顯著提高了教學質量。