電路理論課程移動終端虛擬仿真輔助實驗教學改革探索

文章編號：1671-489X（2025）14-0103-04 DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.14.103

0 引言

電路理論課程是普通高校自動化類、儀器類、電氣類、電子信息類等專業重要的基礎課程，課程理論嚴密、邏輯性強、與工程實際結合緊密，因此，課程教學應注重理論與實驗相結合。隨著我國高等教育改革的深入，電路理論課程在工程實踐能力培養、混合式教學等方面的改革取得一定的成績[1-2]。然而，電路理論課程實驗環節仍然存在與理論講授脫節的問題，尚未做到無縫銜接。在一些電工電子類課程教學中，有教師嘗試引入基于計算機仿真與實物實驗融合的教學方式，打破傳統教學的局限，提供更具實踐性和創造性的學習體驗[3]。隨著移動終端的普及，大學生中出現計算機普及率滑坡的新問題，學生更樂于使用智能手機、平板等移動終端，導致基于計算機仿真的教學方法在實際應用中遭遇不小的困難。針對這些問題，部分教師采用EveryCircuit等移動端電子電路仿真軟件來輔助電工電子類教學，并取得較好的效果[4-5]。但在電路理論課程實驗環節，目前尚無利用移動端電路仿真輔助實驗教學的相關改革研究。

本文充分分析電路理論課程實驗教學現狀，厘清理論講授與實物實驗之間的阻礙，在此基礎上設計基于移動終端虛擬仿真輔助實驗教學的改革方案，探索電路理論課程“理論講授一虛擬仿真一實物實驗”一體化新型實驗教學模式。

1電路理論課程實驗教學現狀

電路理論課程雖然是一門講授電路基礎理論的課程，但由于電路知識天然的實踐屬性，必須緊密結合實驗才能使學生有效掌握必要的電路知識。近年來，電路理論課程課時不斷被壓縮，理論講授和實驗課程均需要做不同程度的縮減，這使得原本就存在理論與實驗銜接問題的教學矛盾更加突出，課程實驗教學遭遇較大困難，主要體現在以下幾個方面。

1.1理論知識掌握不夠熟練，實驗準備嚴重不足

電路理論課程主要基于簡化的電路模型進行講授，抽象性較強，且涉及較多的數學運算，比如微分方程求解、相量運算等，這就需要學生具有清晰的邏輯和填密的思維。隨著理論講授課時的縮減，學生練習不足，導致對電路理論知識的掌握不夠熟練，甚至一知半解。當前的實驗教學模式通常是理論課程上完，再結合實驗室空閑時間安排實驗。這種實驗安排對于本來就對理論知識理解不透的學生來說更是災難性的，即便有課后練習，距離實驗安排也已有較長時間，往往做實驗時已對理論知識生疏。雖然在實驗前會提前發放實驗操作說明，然而實驗具體操作與課堂理論學習存在較大差異，學生很難把抽象的電路理論知識具象化，實驗預習效果欠佳，導致實驗準備嚴重不足。

1.2實驗操作機械化，無法聯系理論發揮主觀能動性

由于理論知識的生疏和準備不充分，學生在實驗操作時只能機械地按照實驗指導書的步驟展開。隨著實驗課時的壓縮，以及每次實驗都會使用新的設備或者器件，學生在規定課時內順利操作一遍己屬不易。由于實物實驗的特殊性，實驗過程難免出現實驗指導書之外的情況，而對于出現的意外，學生常常束手無策。首先，學生沒有深入理解實驗步驟、電路連接等操作的原理，一旦出現問題，無法自行排除故障；其次，對于一些反常現象或者偏差較大的情況，學生無法找出產生的原因；最后，學生缺乏進一步探索不同方案實驗的思路和動力。在實驗過程中，學生往往只操作不思考，無法聯系理論解釋實驗現象，更無法發揮主觀能動性，實驗效果大打折扣。

1.3實驗報告應付了事，缺乏有效反思，無法促進知識掌握

在實驗操作完成后，學生根據實驗數據撰寫實驗報告，而在當前實驗模式下，實驗報告主要是學生根據擬好的表格填入數據，按照已有公式計算相關數據，繪制一些圖表，并完成相關問答與體會。學生對于實驗報告應付差事的態度居多，甚至連實驗報告內容都是生搬硬套，缺乏有效的實驗總結和反思。由于實驗次數少、時長短，實驗完成后，對于出現的問題或者由實驗現象產生的疑問，學生無法再次通過實驗驗證，也會在一定程度上打擊實驗反思的積極性。學生做完實驗，完成實驗報告后，便對實驗課程置之不理，無法做到回顧、總結與反思，更無法將理論知識與實物實驗有機聯系起來，對于電路知識的進一步掌握無法起到促進作用。

2移動終端虛擬仿真輔助實驗教學改革

由于理論講授與實驗操作的銜接不暢，電路理論課程傳統實驗教學模式的弊端也越來越凸顯。隨著計算機仿真技術的發展，基于計算機的電子電路EDA仿真軟件被引入電子類課程教學，以虛促實，增強實驗教學效果。然而，電子電路EDA仿真軟件存在復雜度高、入門困難等問題，無形中又加重了學生的負擔。加之近年來移動終端在消費領域逐步取代計算機的趨勢，學生計算機普及率不及移動終端，而隨著新質生產力的不斷發展，移動終端在未來電子類工業研制生產中將占據越來越重要的地位。移動終端的普及也隨之產生一些移動端電路仿真軟件，這些軟件基本具備易學易用、上手簡單等計算機仿真軟件不具備的優點，其中EveryCircuit軟件就是一個典型代表。EveryCircuit是一款操作簡便、功能滿足基本電路理論教學仿真的移動端電路仿真軟件，幾乎不用使用說明即可直接上手，學生學習成本低，非常適合作為移動終端的虛擬仿真學習軟件。因此，本教學改革基于EveryCircuit軟件進行電路理論課程實驗教學的虛擬仿真。

本文基于EveryCircuit的虛擬仿真從實驗前、實驗中和實驗后全方位輔助實驗教學，構建“理論講授一虛擬仿真一實物實驗”一體化實驗教學模式。針對電路理論實驗教學的改革，結合實驗教學路徑，進行實驗前基于虛擬仿真的預習手段改革、實驗中仿真實操相結合的教學內容改革和實驗后虛擬仿真輔助的考核方式改革，如圖1所示。

2.1基于虛擬仿真的實驗預習手段改革

傳統電路理論實驗教學往往通過提前發放實驗指導書方式讓學生進行預習，在無法接觸實驗設備的前提下，學生很難具象化實驗過程，預習效果欠佳。因此，有必要將當前基于知識內容的預習手段變革為基于仿真分析的預習手段。參考實驗指導書，基于移動終端電路仿真軟件對當次實驗提前進行仿真和分析，可以讓學生對實驗過程產生更加形象的認識，有助于實驗的快速上手。具體操作如下。

1）參照現有實驗指導書，編制基于移動終端虛擬仿真的實驗預習手冊，預習手冊采用理論知識復習和仿真案例分析相結合的方式，理論知識復習的設計應開門見山，仿真案例的設計應簡潔明了，使學生快速形象地掌握當次實驗所需的理論知識。

2）建立基于虛擬仿真的預實驗模式，學生參照實驗指導書中當次實驗的電路原理圖，采用移動終端虛擬仿真方式嚴格按照實驗電路建立仿真模型，按照實驗步驟控制仿真模型運行，記錄結果并分析。以基爾霍夫電壓定律的驗證實驗為例，其仿真模型構建和運行如圖2所示。按照實驗指導書電路原理和操作步驟進行仿真，有助于學生提前熟悉實驗電路和流程，進入實驗室后可快速上手。

圖1移動終端虛擬仿真全方位輔助實驗教學

3）設置預習考核門檻，學生需通過預習考核，才可進入實驗室進行實操。相對于傳統基于理論知識的預習，基于虛擬仿真的預習考核內容更加豐富，可操作性更強，實施效果也更好。考核內容應包含預實驗的仿真模型和運行結果分析、基于仿真結果的實操設想以及在實操中想要改進的方向。設置考核，可以讓學生帶著問題進行實操，有助于進一步增強實操效果。

2.2仿真實操結合的實驗教學內容改革

隨著移動終端虛擬仿真的加入，在實驗中采用仿真與實操相結合的方式進行教學，對實驗教學內容進行改革，可以促進學生對實驗的理解和對電路知識的掌握。具體教學內容改革如下。

1）由于充分的實驗預習工作準備，教師在實驗教學中不再講解具體的實操流程，以節省本就緊缺的實驗時間，而只講解關鍵設備的使用，提醒必要的安全事項，然后直接由學生操作實驗。學生根據預實驗建立的仿真模型和實驗指導書，快速上手操作實驗，記錄實驗數據并進行分析。實驗中單步操作和驗證可在實物和移動終端仿真模型中自由切換，驗證想法、加深理解。

2）在實驗中遇到無法執行的狀況或者意外的結果等故障，以及誤差偏大等不符合實際的情況，利用移動終端虛擬仿真進行輔助分析，及時排除故障或推導合理解釋。實物實驗中出現故障或者誤差偏大的情況較為常見，以往的實驗中學生往往束手無策，只能求助指導教師。結合虛擬實驗的優勢，在出現此類狀況時，可以在仿真模型中減少或加入相應模塊，實現逐次故障排除以及粗大誤差的合理復現，保障實驗順利進行。

圖2基爾霍夫電壓定律驗證EveryCircuit仿真模型

3）實驗指導書規定的實驗操作完成后，基于實驗預習考核中學生思考的實操設想以及實驗過程中建立的新理解和想法，進一步探索不同實驗方案，驗證想法，加深對電路知識的理解。在探索中，基于預習成果使用實物快速驗證，對于實驗中形成的想法，先采用虛擬仿真進行理論分析，在此基礎上再進行實物驗證，虛實結合促進對電路知識的更深一步探索。

2.3虛擬仿真輔助的實驗考核方式改革

電路理論課程傳統實驗考核除了現場實驗操作，就是提交實驗報告，然而由于缺乏仿真手段，實驗完成后無法繼續驗證在實驗中產生的疑問，導致實驗報告只能填寫一些實驗數據，做簡單的分析，考核方式相對單一，缺乏有效的實驗總結和反思。借助移動終端虛擬仿真手段，對實驗考核方式進行改革，具體如下。

1）將填報數據和分析的傳統考核方式變革為仿真模型與實物實驗的對比，以對比實驗代替數據填報和分析更能激發學生的興趣，杜絕生搬硬套的數據記錄和分析。同時，對比實驗能更好地激發學生的創新意識，通過理想的仿真模型為實物實驗提供正確引導，通過實物實驗反過來修復仿真模型使其更接近實物，在不斷的對比中尋找問題，激發靈感的火花。

2）在移動終端虛擬仿真輔助下引入實驗反思環節考核。對于實驗中出現的問題，利用虛擬仿真進一步探尋機理、解釋疑惑，并對實驗進行反思；對于實驗順利完成的情況，考慮實物實驗之外更多、更深或者更好的實驗方案，進一步驗證理論知識，加深對電路理論的理解。

3實驗教學效果及評價

開展基于移動終端虛擬仿真輔助的實驗教學改革后，學生對電路理論實驗課的興趣明顯提升，由原來的畏難、不知所措變成帶著求知的渴望參與實驗。從學生反饋看，雖然改革后的實驗預習方式會額外占用學生一部分時間，但基于移動終端的虛擬仿真方式不會讓學生覺得枯燥，反而更有興趣使用虛擬仿真驗證自己的想法，預習不會變成一種負擔。同時，分組實驗中不再出現一人做事、多人觀看的現象，實物驗證和虛擬仿真合理分工，大家一起參與實驗，共同探討解決實驗中出現的問題。實驗后的回顧與反思成為一種常態，學生反思實驗方案以及涌現出新的實驗方案較傳統實驗教學模式明顯增多。整個電路理論實驗課程，學生動手和討論氛圍濃厚，對電路理論知識的理解和掌握大幅提升，為后續專業課程的學習打下良好基礎，也形成良好的學習氛圍。

4結束語

本文在分析電路理論課程實驗教學的基礎上，基于移動終端虛擬仿真對實驗前的預習、實驗中的操作和實驗后的考核分別進行基于虛擬仿真的實驗預習手段改革、仿真實操結合的實驗教學內容改革和虛擬仿真輔助的實驗考核方式改革，構建“理論講授一虛擬仿真一實物實驗”一體化實驗教學模式。實驗教學效果顯示，本次改革有效激發了學生參與電路理論實驗課程的興趣，鍛煉了學生的實驗技能和素質，為培養適應新質生產力發展的新型專業人才起到促進作用。

5 參考文獻

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