基于计算机仿真和实践案例的《电路原理及实验》课程教学改革

赵祥红,陈霄峰

（浙江大学宁波理工学院，浙江宁波315100）

基于计算机仿真和实践案例的《电路原理及实验》课程教学改革

赵祥红,陈霄峰

（浙江大学宁波理工学院，浙江宁波315100）

基于《电路原理及实验》课程教学实际中出现的问题，本文应用计算机仿真和实践案例的进行课程改革，通过在课程教学中融入丰富的实际案例和进行大量的仿真分析，使课程更加具体生动，将部分繁冗的知识具体化，提升了学生的学习兴趣，改善了教学效果。

电路原理；实践案例教学；计算机仿真；教学改革

《电路原理及实验》是我院电子、自动化、通信等电类专业开设的一门非常重要的专业技术基础课程，其任务是通过本课程的学习，掌握电路的基本理论、电路分析的基本方法和进行实验的初步技能，为后续的课程准备必要的电路知识[1-3]。“电路原理”课程具有内容多、理论性强、计算繁杂、习题量大的特点。它的教学质量将直接影响后续专业课的学习水平、创新实践能力的培养、毕业设计的质量及今后胜任工作的能力，是一门影响大，受益面广，对电类各专业培养目标的实现起关键作用的课程。同时《电路原理及实验》工程应用性课程，实践应用和电子设计能力是非常重要的，理论和实践相辅相成，互为支撑。

我校的《电路原理及实验》课程一般是电类专业学生接触的首门专业基础课程，其特点是理论性强，课堂教学偏重于对电路理论的讲解及具体电路模型的分析，多有冗繁的数学推导和电路演化，学生对教学内容缺乏感性认识，觉得枯燥无味。在实验环节中，现有的电路实验装置大多是模块化设计，实验与理论的联系不够紧密，很大程度上限制了学生的思维和实际动手能力。最后，课后练习比较单一，目前主要还是采用笔头练习为主，没有与现代化的教学工具和理念相结合，同时也与日后的工作实践脱轨。这些都导致学生觉得或者枯燥不想学，或者繁难学不好。在平时的教学反馈和交流中，同学们普遍对这门课感觉枯燥难懂，期待通过计算机仿真的方法对学习内容进行辅助。

一、改革内容和关键问题

信息化时代，人才是关键。国家投入大量人力物力进行信息化相关产业的建设，例如物联网等，迫切需要具有良好专业基础和实践动手能力的应用型专业人才[2~5]。大学的课程建设也在不断改革，加强理论和实践的相互结合，相互促进。结合我校提出的“三型”人才培养体系和目标，以及《电路原理及实验》课程的知识体系，课程建设拟从计算机仿真的演示案例设计、实践环节设计等方面对该课程进行重点建设。化解难点，提高兴趣，增强学生的学习主动性和实践能力。通过将典型电路和重难点电路进行计算

机仿真演示和实物电路设计，同时根据课程目标设置，布置课外的计算机仿真实践，提高学生的学习兴趣和主动性，加深学生的感性认识，使得理论和实践相互促进提高，帮助学生掌握课程基本概念和基本分析方法，加强学生综合应用电路知识的能力，并能运用所学知识和计算机仿真的方法，分析和解决一些基本的工程实际问题。具体来说，课程建设主要解决以下三个关键问题：

1.通过丰富的计算机仿真演示案例和实践案例，增强课堂的丰富性和趣味性，增强对理论学习的感性认识，而典型实践案例的选择，典型电路的仿真演示设计将是本项目解决的关键问题之一。

2.实验的部分加强计算机仿真和分析。

3.设计好课后的计算机仿真和实践，以及建立目标式的实践教学机制。

二、实施方案和计划

根据本学校的特点和与教学实际，采取如下的实施方案和实施方法。

（一）形象深入的计算机仿真演示和实践案例的建设。计算机仿真演示和实践案例的建设是《电路原理及实验》课程建设的重要部分,也是积极推进实践教学改革的基础。计算机仿真演示结合课程的目标和知识体系，由浅入深，从简单的单元电路到功能性的电路模块，从基本的电路定律到复杂的电路推导，讲授具体的章节的时候，结合理论推导演算，作为课堂演示的实例，促进理论知识的理解，也提高学生的学习兴趣，比如电感电容的交流直流分析，基尔霍夫定律，戴维南定理，正弦交流电的计算，三相交流电的计算，暂态电路的分析等。实践案例则侧重于选择与课程结合紧密、趣味性和实用性较强的综合性电路的分析说明，比如日光灯电路，稳压电源，手机充电器电路，手电筒电路，收音机调频电路等。实践案例可引导学生进行案例分析讨论，以全面展示应用理论知识解决实际工程问题的基本解决过程，也可以作为学生课后实践的素材，有效地促进学生的实践能力培养。如图1中对手机充电电路的简化和Protues电路仿真，虽然电路与实际的充电电路差别非常大，但是通过这种生动的案例和仿真的结果，可以让同学很好的理解所学知识的实际意义。（a）实际手机的简化充电电路（b）仿真电路

图1 实际手机的充电电路简化和仿真

再有，结合交流电以及三相交流电的教学，在考虑到安全的问题之后，设计了低压家居电路的实践，要求学生按照家居实际，模拟简单的家居电路布线。电路设计虽然简单，但是通过这次实践，家庭的真实布线和用电情况展示给每个同学，同学在完成这个实践后，普遍感觉对家庭的布线和用电实际有了更多的认识，觉得既没有想象中的简单，也没有多么复杂。图2是实际做出的简单低压家居电路。

图2 简单低压家居电路

（二）实验部分与计算机仿真的结合。调整实验内容，使实验与理论的联系更加紧密，同时将现有的模块化电路实验设备的操作与计算机仿真结合，拓展学生的思维，提高实际动手能力。例如对节点电压法的仿真，变压器电路的仿真，正弦交流电电路的各节点波形的仿真，瞬态电路的过程仿真等。使得学生实验课时用实物做实验分析前，能先从仿真分析中

理解电路的基本情况，得到一定的理性认识，再进行具体实验时，能够更加高效的理解，深刻的加深感性和理性认识。

（三）课后练习与实践。结合学校的“三型”人才培养目标和体系，加强课外练习和实践，将笔头演算练习与计算机仿真实践结合，增强学生的学习兴趣和学习主动性，实现学校教学和日后工作应用的接轨。布置作业量不用大，习题的选题上适当选一些小型的、有趣的、实用的电路系统，对于这些作业要求学生用计算机仿真和笔头计算来做，并进行对比分析，甚至学有余力的同学可以通过硬件实现，既复习了基础知识和基本技能，还能了解课程理论的具体应用，培养学习兴趣。例如让学生将变压器电路理论计算数据，计算机仿真数据以及实际电路的实验数据进行对比分析，说明理论模型，仿真模型以及实际电路的联系与不同，会生动的让学生理解理论知识，掌握实践方法。因此，设计与课程紧密相关的课后练习与实践，由浅入深的让学生更好的掌握理论知识的同时，也掌握了计算机工具解决实际问题的方法。另外，我们积极引导和选拔学生参加相关的学科竞赛，并提供专门的实训实验室，配有理论功底扎实和实践经验丰富的指导教师。这样，各种实践带来的成就感与课程教学产生了有益的良性互动，对教学活动是一个很好的促进。

4）课程考核方式的探索。与学生的沟通交流的结果显示，对于一次考试决定课程的全部成绩，已经越来越不被学生理解和接受。更多的学生表示，应该加强理论成绩与实践成绩的平衡，加强考试和平时成绩的平衡，更好的反映学生的学习效果和应用能力。因此，结合学校的实践教学体系改革目标，本课题将探索更好的综合评价学生的方式，采用平时成绩，课程设计成绩和考试成绩相结合，逐步调整平时与考试，课堂与课外，理论与实践的比例。同时也通过考核方式的调节，引导学生更好的将理论与实践相结合，课堂与课外学习相结合，理论与实践将结合。

三、结论

通过对课程进行仿真和实践案例方面的改进，在多个年级的教学实际中取得了一定的效果。在与同学的沟通反馈中，很多同学表示部分章节的学习更具体，课堂上更加有真实感，特别是部分枯燥的理论与实际的案例结合后，提高了学习的兴趣。当然，也有一些问题有待进一步改进，如仿真的结果若能结合动画和视频等展示方式，则更有真实的效果和感受，还有案例需要更加丰富和真实，这些都有待我们进一步进行完善。

[1]邱关源,罗先觉.电路[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]周茜,徐亚宁.《电路分析基础》课程教学设计的创新与实践[J].桂林电子工业学院学报,2004,24(4):113-116.

[3]于歆杰.麻省理工学院教育教学考察报告——基本情况篇[J].电气电子教学学报，2004，（4）.

[4]李凤莲,张雪英,史健芳.电路分析基础课程教学方法探究[J].电气电子教学学报,2009,(S1).

[5]金波.电工电子基础实验教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2009，28(2)：114-115.

（责任编辑：卓如）

G642.0

A

2016－06－11

赵祥红(1981-)，男，湖北天门人，硕士，研究方向：脑机接口和低功耗设计。E-mail:zxh@nit.net.cn.

宁波理工学院课堂教学改革项目（20100545842）；宁波市自然科学基金项目（2016A610213）

1671－802X(2016)05－0037－03