“电路”教学改革的探索与实践

刘庆雪?公茂法?刘宁?于昊昱

摘要：“电路”是电气信息类专业非常重要的专业基础课，因此该课程教学在学生创新能力培养和素质培养中发挥着至关重要的作用，其教学质量的高低直接影响电类专业学生整体素质的培养和提高。为满足日益发展的现代社会需求，对“电路”课程的理论教学和实验教学等方面进行了改革，特別是教学方法和教学手段进行了大胆尝试和实践。实践证明这有效地改善了教学效果和教学质量。

关键词：电路；仿真实验；引导式教学法

作者简介：刘庆雪（1980-），男，山东邹城人，山东科技大学信息与电气工程学院，讲师；公茂法（1959-），男，山东临沂人，山东科技大学信息与电气工程学院，教授。（山东 青岛 266590）

基金项目：本文系山东省高等学校电气工程及其自动化特色专业阶段性研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）07-0068-02

“电路”课程是电气工程及其自动化、自动化、通信工程、电子信息工程、生物医学工程等电气信息类专业必修的一门专业基础课，在整个本科教学过程中，起着承前启后的重要作用。本课程内容抽象，理论较多，系统性、逻辑性强。因此，“电路”的学习对培养学生的创新能力、动手能力以及分析问题解决问题的能力，有着举足轻重的作用。

“电路”课程要求学生掌握电路的基本概念、一般电路分析理论和电路分析方法，掌握实验的基本操作规程和方法，为电类专业后续课程的学习打下坚实基础，[1，2]这也是电类专业人才培养所具备的基本知识和基本技能。

由于“电路”概念多、定理复杂、内容抽象，定理等概念的理论推导过程设计到“高等数学”、“大学物理”、“复变函数”等知识点，对于没有任何专业背景的大一大二学生而言，要想学好该课程比较困难。山东科技大学信息与电气工程学院的“电路”课程教研组教师年龄结构和学缘结构合理，其中有多位教师有多年电路教研经验，在教学内容、教学手段、教学方法、实验教学几个方面进行了全面的研究和探索，也取得了一系列成果。

一、教学内容的改革

“电路”课程具有很强的理论性，又有较强的工程实践性，因此，如何让学生在学好基础理论的同时又能了解和掌握所涉及的相关实践知识，是当前该教学改革所面临的主要问题。课程组教师通过近年的探索和实践，在以下方面作了改进和探索，并取得了较理想的教学效果。

在确保基本理论和定理的前提下，摒弃一些技巧性过重且与实际脱钩的内容，加强学生实践环节和解决实际问题能力的培养，确立了“电阻电路分析与动态电路分析并重；时域分析与相量分析及s域分析并重；直流分析与交流分析并重；方程分析与计算机辅助分析并重；解析方法与仿真方法并重”的新课程体系。通过优化课程内容，引入计算机辅助分析的新内容和计算机仿真、网络教学、多媒体教学等先进手段，基本满足了教学需要，并发表了多篇教学论文，获得多项教学奖。

二、教学方法的改革

我国传统的教学模式是“填压式”的，这是在一定历史条件下中国特定的教学模式的产物，在中国传统应试教育背景下，有它特定的积极作用。但在科学技术发展日新月异的今天，这种传统的教学模式已经失去了它昔日的光彩，不能满足现代社会经济发展的需要。并且，这种“填压式”的教学模式往往会使得课堂气氛异常压抑和沉闷，以至于使得学生产生消极学习甚至厌学的情绪，这严重影响了学生学习的积极性。

电路教研组教师在教学中发现，由于“电路”课程理论性比较强，涉及数学知识比较多，学生学习起来比较吃力。针对这种情况，教研组成员积极改进传统教学方法，重在培养学生学习兴趣，引导学生主动学习，增加学生独立思考的时间和机会等几个方面，具体体现在以下几个方面：

1.采用引导式教学法

教师在上课时主动引导学生对课程相关内容和问题进行思考和讨论，这样既活跃了课堂气氛，也调动了学生学习的积极性，并且有效地培养了学生的思维、创新能力。当然，学生是否按照教师事先准备的思路去积极思考，关键在于所引导内容和问题的趣味性和吸引力，在于所提出的问题是否与所要引出的问题具有很大的关联性。因此，教师在授课前应根据所要讲授的知识点以及学生对相关知识的掌握情况，仔细设计本堂课的具体内容，包括板书、教案准备、知识引入、课堂提问、课后作业等。比如，在讲授电路定理中的戴维南定理这一节内容时，可以列举学生日常生活中MP3的例子，对耳机来说，MP3所有的其他电路部分都可以看出一个实际电压源。然后再进一步举例：对于所有的负载而言，负载外的所有电路部分都可以看成一个实际电压源，直到引出本堂课所要讲的戴维南定理。这样不仅可以激发学生学习的兴趣，而且让学生明白所要学的内容在实际生产生活中的应用。[3]

2.化抽象为形象教学法

“电路”课程中的很多概念和知识点比较抽象，不但教师很难形象地表达，而且学生也很难理解与掌握。对研究对象的有关信息进行形象化地加工，这样贮存在大脑里的形象信息进行加工（分析、比较、整合、转化等），从而从形象上认识和把握研究对象的本质和规律，这样可以达到事半功倍的效果。比如，对于二阶电路问题，如果花大量时间讲解怎样求解二阶微分方程，学生会感到非常枯燥，而且学完之后依然没有一个感性和具体的认识。在对待二阶电路问题时，首先要向学生讲明白，分析任何电路包括二阶电路，最根本的方法就是对电路进行列方程，然后求解方程。由于二阶电路的特殊性，描述电路的方程为二阶微分方程，至于如何求解二阶微分方程不是“电路”课程学习的重点，因此，只对二阶微分方程的求解结果进行简单的分析和总结就可以了。最后可以举例汽车的减振系统和天平测量时的振荡等与实际生活密切相关的例子来说明二阶系统振荡的意义，这样，更容易使得学生对所学的抽象问题进行深刻理解，而且可以激发学生学习的积极性。

3.归纳总结式教学法

由于“电路”课程本身的特点，电路分析的方法特别多，这些分析方法既有联系又有区别，学生学起来吃力且不容易掌握和运用。这就要求教师在电路教学的整个过程中，经常归纳总结，并且多做多讲习题，以达到让学生彻底掌握知识的教学目的，才能使得学生真正弄清几种分析方法之间的内在联系和本质区别。而且“电路”是一门系统性很强的课程，每个章节的内容是紧密相关的，只有教师及时归纳和总结，学生才能理顺整个课程体系的来龙去脉。例如：在讲授线性电路的复频域分析法时，可以通过简单的典型一阶电路和二阶电路，分别用时域分析法、相量法和拉普拉斯变换法进行分析求解，这样可以给学生以切身感受，真正体会到这三种电路分析法各自的优缺点，然后教师再加以总结，学生就可以有比较的理解记忆和掌握。对于简单的一阶动态电路，用经典的时域分析法求解比较简单；而对于复杂的高阶动态电路，拉氏变换法是最好的分析方法，相量法是分析正弦稳态电路最有效的分析方法。

三、教学手段的改革

在“电路”教学中，教学手段的好坏是保证教学质量的关键因素。近些年学校采取多样化的教学手段，其中多媒体的应用是最主要的改革内容。对于课程中的重点和难点，采取课堂现场电路仿真实验演示；对于学生平时没有接触的常用电路元件，尽量让教师带入课堂，增加学生的感性认识，以增加学生的整体印象和学生学习的积极性。

多媒体的运用使得教师在有限的时间内增大了所要讲授内容的信息量，特别是由于“电路”课程本身的特点，电路图比较多，且复杂，如果单靠教师的板书，很显然将会占用大量课堂时间。如果采用多媒体教学，就会使得教师能够腾出时间进行讲解课程中的难点和重点。另外，多媒体是多种媒体的结合，如果运用得当就可以对学生形成多种渠道感知和学习知识的刺激，也从一定程度上调动了学生的积极性。因此多媒体的使用到大大提高了课堂教学的效率，调动了学生学习的积极性，在有限的时间内拓展了学生的知识面和信息量，把抽象的难以理解的知识点转化成形象的容易理解的图片，使得学生能够轻松直观地理解所学知识的内在原理，从而更好地找出其中所蕴含的规律。

四、实验教学的改革

电路实验是“电路”课程中至关重要的一个环节。实验教学和课堂理论教学是相辅相成的两个重要部分，也是学生学习电路知识的一个非常有效的教学手段，更是培养学生实际动手能力、实验操作技能的渠道。电路实验是检验电路理论知识的一种重要途径，从而增加学生由理性到感性，再由感性到理性的深刻认识。电路实验教学可以帮助学生在实际中观察问题、分析问题和解决问题，进而培养学生进行理论联系实际的思维方式。

传统的电路实验教学都是学生在实验指导书要求下，在实验教师的指导下按部就班地完成电路实验项目。这种教学模式极大地限制了学生的主观能动性的发挥，也起不到电路实验应有的作用。“电路”课程作为电气信息类专业学生的第一门专业基础课，培养学生的基本实验技能，帮助学生树立理论联系实际的思维方式无疑更为重要，因此，电路实验的改革应该从以上几个方面实施。

1.增加综合性和设计性实验项目

学院从2007年开始就着手进行实验指导书的编制，并于2008年编制一套电路实验指導书，并在此基础上于2010年出版电路实训教程一部。无论是实验指导书还是实训教程都重点突出了综合性和设计性实验项目，对一些理论性过强、与实际脱钩的实验项目进行了删减，目的就是发挥学生的主观能动性，培养学生独立思考和实际动手的能力。综合性和设计性实验的增加对于充分调动学生的积极性、培养学生独立思考意思具有一定的现实意义，也大大激发了学生的学习激情。

2.开放实验室

学院电路实验室隶属于国家级电工电子中心，因此，实验室除了承担本学院电类专业学生的电路实验课之外，还承担着其他学院相关电类专业学生的相关电路实验项目，这样将会面临接受大量学生进行电路实验的问题，势必会造成基础较差的学生不能在课堂时间保质保量地完成实验项目。为了帮助这部分学生能够顺利完成实验，从2007年开始，实行电路实验室全天开放，这极大地鼓励了学生的学习积极性，特别是对于参加各类电子竞赛和科研立项的学生，电路实验室为这部分学生提供了一个良好的实验平台。

3.增加虚拟实验

随着计算机技术的快速发展，传统的以硬件为主的电路实验发生了根本的变化。虚拟实验不受时间和空间的限制，只要在普通的PC机上就可以完成虚拟实验。流行的虚拟仿真软件功能异常强大，界面逼真，模拟程度几乎跟传统的硬件实验一模一样，可以完成所有硬件实验所能完成的实验项目。另外，虚拟实验还具备传统硬件实验所没有的优势，电子元器件和实验仪器不会损坏，也不会出现故障，避免了学生由于操作不当所造成的安全问题。

由于电路课程本身的特点，虚拟实验还可以完成传统硬件实验不能完成的功能。比如在观察二阶电路频率特性曲线时，传统的硬件实验，如果由于操作不规范所引起的测量误差问题就很难绘制出频率特性曲线，但如果利用虚拟实验，只要参数设置得当，就能够很顺利地绘出频率特性曲线，并且可以绘出不同参数下的频率特性曲线，有助于帮助学生理解品质因数的大小跟频率特性曲线形状的关系问题。因此，虚拟实验可以极大地提高实验效率。

以校园网为基础建立了虚拟实验平台，学生可以从校园网下载常用的虚拟仿真实验软件，如Pspice、Multisim等，这样学生可以根据自己的需要，通过虚拟平台这种开放式的教学环境自由学习。

五、结束语

从2006年至今，电路教研组对教学大纲、教材编写、内容整合、教学方法、教学手段、实验教学进行了一系列的改革，取得了良好的教学效果。

2007年“电路”课程被评为“山东省精品课程”，下一步准备申报国家级精品课程；2010年课题组成员编写教材《电路实训教程》一部，并由中国石油大学出版社出版；2011年荣获校级教学成果二等奖；近年来学生创新活动中屡获佳绩，其中在国家级及省级竞赛中获得多项大奖。由于国内相当一部分工科院校特别是知名高校把“电路”作为研究生初试课程，近几年学院学生考研率较往年有了大幅提高；学院毕业生就业率也较之过去大幅提升，其中一次性就业率各个电类专业都在90%以上。

如何对“电路”课程的教学进行有效的改革一直是电路课程教育工作者们所面临的重大课题，需要广大教师进行不断努力和实践。

参考文献：

[1]刘庆雪，公茂法，刘宁.基于Multisim的远程虚拟实验研究与实践[J].中国电力教育，2011，（33）：191-192.

[2]张伟志，谭震宇，李龙云，等.电路课程教学改革的探索[J].电气电子教学学报，2008，（S1）：63.

[3]石彦辉，王小平，高蒙.《电路》课程教学改革探索与实践[J].广州轻工业，2010，（10）：164-165.

（责任编辑：宋秀丽）