互动式教学法在“电路”课程仿真教学中的应用

武达亮

（武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北武汉 430081）

互动式教学法在“电路”课程仿真教学中的应用

武达亮

（武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北武汉 430081）

针对“电路”课程的特点和存在的问题，将互动式教学方法引入“电路”课程的仿真教学中，形成“互动式仿真教学”。这一方法注重教学中学生的主体性，强调教师和学生要共同参与仿真的整个过程。该方法要求事先不预设完整的仿真内容，而是根据实际情境灵活采用多种互动形式。实践表明，在“电路”课程理论教学中引入互动式仿真，对提高该课程的教学效果很有帮助。

“电路”课程；互动式教学法；互动式仿真教学

1 传统仿真教学的局限性

“电路”是相关专业学生接触的首门专业基础课，理论性强，学时长，课程中包含较多的模型分析和数学推导。学生普遍觉得枯燥难学，学习兴趣不高，课程的教学效果不佳。借助计算机仿真软件在课堂教学中加入仿真实验，能更好地激发学生的学习兴趣，提高该课程的教学效果，培养创新拔尖人才［2－5］。仿真实验利用计算机实现人机交互、图形动画、高速运算、海量存储以及智能化功能，不受时间、地点的限制，而且可以设置故障状态和极限情境，不用担心元器件、实验仪器的损坏［3］。将仿真实验引入电路课程教学，理论教学与虚拟仿真的结合，能使教学更生动直观，使知识点更加容易理解，可以调动学生的学习积极性，解放学生思想，有利于创新思维的形成。

在课堂教学中利用仿真软件辅助教学，需要教师预先选好电路，做好电路图形录入、符号参数和分析类型设置、仿真软件调试等工作［3］。

仿真实验由于它的模拟现场性、直观性和生动性，所以能够给学生带来“身临其境”的感觉，能够使枯燥的理论内容变得有趣，易于理解和掌握。但是，这种事先预设了所有情境，将过程直接演示给学生看的仿真实验教学方法，依然是教师灌输学生接受的模式，只是教师在教学组织上使用了另一种教学工具而已。这种模式下，教师利用仿真软件将书本上的电路图直接呈现在学生面前，仿真结果和理论上的结论严丝合缝，正确的电路、正确的参数生成正确的结论。一切看似完美，但在整个仿真过程中，没有留给学生思考、发挥、出错的时间和空间，更不用谈学生自我认识能力、独立创新能力的培养和提高。因此，这种教学模式无法将仿真实验在理论教学中的重要作用充分发挥出来，整个教学效果的提高也很不明显。

现代教育理论认为，教学是教与学双边互动的过程［6］。教师和学生是教学的2个主观能动的主体。在教学中尤其要重视和发挥学生的主体能动性，倡导启发式、互动式、研讨式、案例式等教学方式，充分让学生参与教学过程，提高学生的学习主动性［6－8］，这在诸多名师的教学方法研究和改革中被提到。

2 互动式仿真教学法

调查研究发现讲授法、问答法、演示法等仍是高校教师主要运用的教学法，有68．1%的学生和57．0%的教师对教师教学方法的满意度一般，65．8%的学生认为教师的教学方法缺乏艺术性和启发性。研究还发现，学生喜欢的教学方式依次是：以师生研讨式为主（55．3%）、以教师主持的课堂讨论为主（22%）、以分组讨论集体总结为主（11．5%）和以独白式讲授为主（10%）。分别有52．6%、28．8%、4．9%的学生希望教师采用学生主动参与法、互动式讲授法、学生自己讲授法［7］，并且有研究发现，互动式教学的成效显著高于传统教学方法［9］。

哈佛大学在1918年首次运用了案例法（互动式教法的一种形式），这种创新性教学方法曾被誉为该校的法宝教学法，在之后的教学实践中不断发展完善为互动式教学法。互动式教学法是指教与学主体，即教师与学生之间就教学内容而发生的关于行为、思想的民主、自由、平等、和谐、开放交流［10］。该教学法能够使学生形成积极主动的学习态度，倡导学生主动参与、乐于探究，培养学生搜集和处理信息的能力、获得新知识的能力、分析和解决问题的能力［11］。

互动式仿真教学法是将互动式教学方法应用于仿真实验教学中，借助互动式这种有效教学方法将仿真实验教学的优势最大化。互动仿真实验教学要求教师与学生要共同参与仿真实验整个过程，无论在仿真实验教案设计中还是课堂仿真实验实施中皆体现学生主体性，教师采用多种互动形式引导学生独立思考，培养学生发现问题、分析并归纳总结的能力。

在仿真实验教案设计中，教师要对教学目标有充分认识和把握，精心准备仿真内容，预测可能出现的结果，对不可预测的结果做好心理准备。要对互动的形式有多种准备，并将仿真内容布置给学生预习；在仿真实验实施中，教师根据具体的课堂教学情境，如教学的进展、教室的环境、师生的个性等即兴采用适合的互动形式，尽量避免直接演示得出结果，而是通过诸如提出问题、创设问题情境、提出假设等方式引导学生去思考、去找出问题、得出结论、做出评价、生成总结。

当今，地球膨胀论仍然逗留于互联网的边缘上。然而，通过几十年的地球观察资料发现，没有可靠的证据表明地球正在变大，相反有大量的证据表明地球没有变大。

3 互动式仿真在“电路”教学中的应用举例：一阶动态电路的响应分析

对于包含电容、电感的动态电路的理解和掌握是“电路”课程的重点难点之一。由于电容、电感元件的记忆性、动态性和储能性，动态电路中各处的响应均由暂态和稳态响应2个部分组成［12］，其中暂态响应是随时间按指数规律衰减的函数，这也决定了整个响应的特点。即使是在直流电源作用下，动态电路的响应也是如此构成，是一个随时间变化的量，而非定值。这一点是学生在初学的时候最困惑和最难理解的地方。因此，在这部分内容的理论教学中加入适当的仿真实验，能使学生对动态电路响应的逐渐变化形成感性认识，加深对动态元件特性的理解掌握和应用。

仿真内容：脉冲串作用下动态电路的响应。要求：先设计一个RC积分电路，观测积分电路及电路响应的特点［13］；然后，在该RC积分电路基础上，改变输入脉冲串的参数——宽度和周期，观测它们与动态电路的时间常数之间的不同关系对电路响应的影响。

该仿真内容的第一部分是对基本动态电路的仿真，较为简单；第二部分有所拔高，囊括了动态电路需要掌握的几个重要知识点，有一定的难度。教师将仿真内容和要求提前布置给学生，并要求学生要在理论上进行推导，对可能出现的结果有相关的理论依据。

3．1 “埋雷启发”的互动形式

由于该仿真内容的第一部分RC积分电路在“电路”教材及相关参考书上都有详细讲解和推导，所以该部分内容的设计及仿真，包括参数的选取、响应的变化等，大部分学生都应该可以手到擒来。但是，在学生的“电路实验”的具体操作中，发现电路的接地点（零电位点）经常被学生忽视。零电位点的缺失意味着电路是不完整的，实际中这样的电路是无法正常工作的。但在理论中这点却无法得到体现，因此学生在初学时常常意识不到它的存在以及它的重要作用。基于此，在设计这一互动仿真实验时可采用“埋雷启发”的互动形式，即在仿真设计时故意设置常见错误以达到启发学生思考、加深学生对知识点掌握的目的。

图1为在仿真软件Multisim中绘制出的RC积分电路，图中未设置接地点。图2为对图1所示电路运行时显示的错误提示。图3为加上接地点后的RC积分电路（脉冲串频率为1 000Hz，占空比50%）。

图1 未设置接地点的RC积分电路

图2 错误提示

图3 设置了接地点的RC积分电路

“埋雷启发”的互动形式以错误点为诱导展开互动、讨论和问答。错误点可以是教师事先预设，也有可能是出乎教师预料而出现的。某种程度上来说，教师“出错”（故意或无意）会拉近与学生的距离，对学生会有种“与教师是平等的”的暗示。学生在好奇心和表现自我、验证自我的驱使下会不自觉地主动钻入问题中。所以有时候教师要适当示弱，这样能在一定程度上促使更多学生参与互动。而且在实践中也发现，出现问题后更容易展开互动，更利于营造轻松融洽的课堂气氛，更能激发学生主动寻找、解决问题的积极性。在面对错误时，教师不可摆出高高在上的说教姿态。互动式教学法强调教师与学生平等对话、相互促进［14－15］，教师要与学生一起分析解决，引导学生在寻找错误根源的过程中，深化对理论知识的理解。

3．2 “角色互换”的互动形式

积分电路和微分电路是一对相对的动态电路，提到积分电路自然要引出微分电路。基于学生对积分电路仿真的掌握，对微分电路的仿真可采用“角色互换”的互动形式，即鼓励学生到台前充当教师角色，操作仿真软件，对微分电路进行设计、演示和分析，并与充当学生的教师和其他学生展开简单的互动问答。

“角色互换”的互动形式是学生从自己的角度出发，把自己对知识点的理解和感受讲解出来，教师和其他学生就其讲解进行提问、质疑、修改等的一种互动形式。该互动形式强调学生情感的表达和学生间用学生的理解方式进行交流。教师从中辅助、点拨，并指导互动不偏离主线。相比其他互动形式，“角色互换”型不易开展，一方面知识量有限，另一方面我们的学生多偏向“羞涩型”，所以该互动形式适合于较为简单的仿真实验。要求学生课前要有充分准备，同时可以配合适当的奖赏措施。由于“角色互换”互动形式的主旨是学生情感体验的表达，所以学生间彼此是对方的“镜子”，相互间能发现自己隐藏的错误、未知的问题，因此知识的交流和掌握会更加容易、快捷。教师在互动中的适当点拨能起到画龙点睛的引导和启发作用。

3．3 “不断设问”的互动形式

该仿真内容中的第二部分要求通过改变输入脉冲的参数来观测动态电路响应的变化。这里输入脉冲串的参数指的是脉冲的宽度Wp和周期T，它们与动态电路的时间常数τ的关系（大小关系）决定了动态电路响应的不同变化。脉冲串的参数与时间常数间的关系共有4种组合，决定了动态电路将呈现出4种不同的特点［16］，因此有4种不同的响应，具体见表1。由于该部分内容具有情况多、各种情况同起一源、彼此间相互联系又各有不同的特点，所以在仿真中可采用“不断设问”的互动形式，设置成填空、选择或者抢答等多种具体形式与学生互动。

“不断设问”的互动形式是教师不断向学生提出问题，务求达到学生被穷追猛问，难以招架的地步，其目的是促使学生思考。在不断提出问题的过程中，促使学生注意问题、发现问题，并以适当的方式提出问题［14］。“善教者必善问”，马克思说过：“主要的困难不是答案，而是问题。”问题决定互动的方向，问题的水平决定课堂互动的水平［15］。如何提出问题和提出怎样的问题都需要教师课前精心准备，并在课堂上灵活发挥。问题太过简单和太过复杂，都无法有效激发学生积极性，无法展开有效的互动。问题的设置和提出要循序渐进、由简到难，所有问题连接起来即是教师的教 学目标和学生要完成的学习任务。

表1 脉冲串作用下的RC一阶动态电路的特点及电路响应在Multisim中的仿真

4 结束语

互动式仿真教学作为互动教学的一部分，教学效果明显。通过对从2010年起3届学生的具体实践和跟踪调查，多数学生认为该教学方式生动有趣，能使他们更容易理解理论内容，平时也更愿意主动去接触该

方面知识。互动式仿真教学犹如一点激发起了很多个面，学生的实际实验能力（动手能力，分析、判断、解决问题能力）明显高于之前届学生，随后的模电技术课程的学习兴趣和能力也有提高，参加电子设计大赛等实践活动的学生也都明显增多。

（References）

［1］朱桂萍，于歆杰，陆文娟．“电路原理”课程深度改革的理念探索［J］．电气电子教学学报，2013，35（5）：1－5．

［2］万志平．仿真软件在电类课程教学中的应用［J］．实验技术与管理，2009，26（4）：76－79．

［3］任兆香，谷海青，张倩，等．仿真实验在“电路”课程理论教学中的应用［J］．实验技术与管理，2014，31（5）：112－114，转126．

［4］肖冬萍，李新．仿真实验在“电路原理”理论教学中的应用［J］．电气电子教学学报，2009，31（2）：97－98．

［5］蒋军．《电路》课程教学改革探讨［J］．中国成人教育，2007（8）：155－156．

［6］赖绍聪，华洪．课程教学方式的创新性改革与探索［J］．中国大学教学，2013（1）：32－41．

［7］姚利民，段文彧．高校教学方法改革探讨［J］．中国大学教学，2013（8）：60－64．

［8］叶志明．课程教学中应该教给学生什么［J］．中国高等教育，2012（19）：42－44．

［9］顾佳峰．高等教育中的互动式教学：以北京大学“世界课堂”为例［J］．黑龙江高教研究，2013（2）：24－27．

［10］黄积虹．论互动式教学法在高校课堂教学中的应用［J］．思想战线，2011（增刊1）：361－365．

［11］杨静．基于开展“互动教学”的思考与探索［J］．实验技术与管理，2014，31（3）：140－142．

［12］邱关源．电路［M］．5版．北京：高等教育出版社，2006．

［13］颜芳，宋焱翼，谢礼莹，等．基于Multisim的电路原理课程仿真实验设计［J］．实验技术与管理，2013，30（5）：59－61．

［14］周毕文，李金林，田作堂．互动式教学法研究分析［J］．北京理工大学学报：社会科学版，2007（增刊1）：104－107．

［15］任红杰．关于高校互动式教学的思考［J］．高校理论战线，2007（5）：43－46．

［16］William H Hayt，Jr Jack E Kemmerly，Steven M Durbin．工程电路分析［M］．7版．周玲玲，蒋乐天，译．北京：电子工业出版社，2007．

Application of interactive teaching approach in simulation teaching of Electrical Circuit course

Wu Daliang
（College of Information Science and Engineering，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430081，China）

According to the character and existing problems of the course teaching of Electrical Circuit in years，a new teaching approach is introduced．The interactive stimulation teaching means that the interactive teaching approach is applied to Electrical Circuit stimulation teaching．This method fully reflects the student－centered teaching philosophy．It requires that the whole stimulation should be done by teachers and students together，and that the specific stimulation should not be made before so that the various interactive methods can be used according to the differences of real situation．Practice has proved that joining the interactive stimulation with the theoretical class teaching is really helpful in improving the teaching effectiveness of Electrical Circuit course．

Electrical Circuit course；interactive teaching approach；interactive stimulation teaching

G642．4

A

1002－4956（2015）3－0211－05

2014－08－13

2012年武汉科技大学校教学研究立项项目“电路理论教学中应用Multisim仿真技术的探讨”（2012x82）

武达亮（1982—），女，山西孝义，博士，讲师，从事电路原理、图像处理方面的教学和研究工作．

E－mail：wudaliang＠wust．edu．cn