“电路与电子线路”课程教学改革的探索与实践

顾梅园+++刘圆圆

【摘要】我校电路与模拟电子电路课程组在“电路与电子线路”课程的教学改革中，从教学内容的调整、教学手段的改革与创新、实践环节的探索、教学评价和考核方式等方面进行了探索和实践。通过对课程的建设、改革与实践，提高了学生自主学习能力，实践动手能力和团队协作能力，培养了学生初步具有作为一个电子工程师必需具备对现代电路进行分析和研究的能力。

【关键词】电路与电子线路 教学改革 自主学习 团队协作

【基金项目】杭州电子科技大学“电路与电子线路”课程教学改革项目，杭州电子科技大学“模拟电子电路”基于MOOCs/SPOC的翻转课堂改革资助项目。

【中图分类号】G420 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）35-0224-02

一、“电路与电子线路”课程教学改革的背景分析

“电路分析”和“模拟电子电路”是国内电子信息类专业的基础课。“电路分析”侧重于电路模型、电路定理和分析方法的介绍，而“模拟电子电路”主要介绍半导体器件、放大器、波形产生和信号变换以及负反馈技术等内容。从教学内容和形式来看，“电路分析”研究的对象比较抽象，涉及的概念、定理较多，要用到数学推导技巧[1]。它注重理想电路模型的分析和计算，对电路模型的抽象过程，实际电气元件的建模背景和工程应用极少涉及。初学者往往会感觉“电路分析”课程枯燥无味，与实际的工程应用和后续的专业课程之间很难建立紧密的联系。学生在学习“电路分析”时往往不知为何而学，不知学为何用[2]。“模拟电子电路”课程研究的对象是实际的电子系统，其教学内容结合了大量的工程实例和应用背景，能激发学生探求知识的欲望，但是这门课程深受教学内容偏多且课时紧张的困扰，在教学过程中无法深入，只能浅尝辄止。学生在学习“模拟电子电路”时，由于“电路分析”的基础不够扎实，不能熟练地运用电路的分析方法，这无疑给“入门难”的“模拟电子电路”课程的学习又增添了难度。长期以来，这两门课程各自形成了比较完整且又相对封闭的知识体系，采用的电路分析方法在风格上也不同。总的来讲是各讲各的，联系不是很紧密。

为了解决课程衔接和工程应用等实际问题，国内部分高校在电子电路类课程的改革中，打破了原有的课程体系，将“电路分析”和“模拟电子电路”，或“电路分析”和“信号与系统”的课程内容进行整合。无论哪种组合，均可以避免两门课程在内容上的重复，有利于重新构建课程体系的整体知识脉络，使课程与课程之间做到无缝衔接。

相比之下，国外的电子电路类课程具有宽口径、重基础、重能力等特点。麻省理工学院（MIT）EECS系的“电路与电子学”课程包含了我国“电路分析”、“模拟电子电路”和“数字电子技术”等课程内容。它是电气科学与工程、计算机科学与工程和电气工程与计算机科学三个研究方向的公共基础课。除此之外，MIT的“电路与电子学”课程在物理学和电路理论，电子学和数字系统以及计算机科学之间利用抽象的方法建立了联系。它将三门专业课程的基本单元同时讨论，交叉进行[3]。在教学内容中加入了大量的工程应用背景，使教学的内容涉及更多的实际的问题，弥补了课程知识与最新研究之间的断层。

二、“电路与电子线路”课程教学改革的探索与实践

杭州电子科技大学借鉴了麻省理工学院的做法，弱化经典理论体系的完整性，根据知识更新和实际应用的需求，对电子电路类课程进行探索和实践，并在3届学生中进行了教学改革试点。课程的教学改革主要体现在以下4个方面。

1.更改课程名称，将两门专业课程的内容进行适当调整

将“电路分析”和“模拟电子电路”分别更名为“电路与电子线路1”和“电路与电子线路2”。“电路与电子线路1”课程着重介绍了常用电子器件的电路模型、端口特性、模型的抽象过程以及电路应用。在“电路与电子线路2”课程中，对半导体器件的内部物理特性，放大器的电路结构和工作原理进行深入学习。强调电路的分析方法在各类放大器、振荡器、滤波器和电源电路中的应用。培养学生查阅数据手册和对复杂电路的读图能力，加强对实际电路的仿真与设计，以及MOSFET在数字电子技术中的应用。对“电路与电子线路”课程内容的调整主要包含以下三个方面：

（1）随着超大规模集成电路技术的日趋成熟，电路设计的理念产生了巨大的改变。MOSFET、BJT和集成运算放大器在集成电路设计中扮演了重要的角色。将有源器件的电路符号、端口特性、电路模型及电路应用调整至“电路与电子线路1”的课程中进行学习，可以大大提高该课程的起点，也有利于激发学生专业学习的兴趣。有源器件的引入，不仅可以将抽象的电路模型具体化，让学生了解受控源的实际应用，也有助于理解器件的放大和开关特性，为建立模拟和数字系统的概念创造了条件。

（2）传统的电路课程在介绍RLC串并联谐振时，由于涉及到频率响应的概念，初学者往往会感觉理解困难、抽象枯燥。为了更好地帮助学生解释谐振现象，在“电路与电子线路1”的课程中，从传递函数和频率特性的基本概念出发，讨论了一阶RC低通和高通电路的幅频和相频特性；并在提出了系统的零极点概念之后，介绍了利用传递函数绘制直线波特图的方法；随后对RLC串并联谐振电路进行分析和探讨，并结合集成运放，介绍有源无源滤波器以及LC振荡器等电路应用。

（3）在数字集成电路芯片中集成了大量的模拟器件，例如TTL数字集成电路内部的输入级和输出级是晶体管，而CMOS数字集成电路的内部是NMOS管和PMOS管。当这些器件工作在开关状态时，可以设计出各种逻辑门电路，如“或门”、“与门”、“非门”等，利用这些逻辑门可以实现二进制算术运算和逻辑运算。将逻辑门作为模拟器件在开关状态下的电路功能进行介绍，有助于学生建立起模拟系统和数字系统之间的联系。

2.教学手段的改革与创新

“电路与电子线路”课程是电子信息类专业的基础课。通过该课程的学习可以培养学生扎實的电路理论基础和解决复杂工程问题的能力。该课程的学习过程是学生形成适合个人的工程学习方法的过程，也是培养硬件工程师的必经之路。在“电路与电子线路”课程试点的过程中采用了翻转课堂的授课方式。翻转课堂是一种颠覆传统课堂的教学方式，它将传统课堂讲授知识的部分放到课前进行，课堂中需要对教学过程重新设计。具体的实施过程如下：endprint

首先，教师根据大纲的要求制定教学目标，然后针对学生的具体情况进行分析，制定出相应的教学方案。课前，教师在网络教学平台中发布和教学有关的视频、资料和习题，指导学生进行课前任务的自主学习。学生根据自己的步调掌握自身的学习进度，从而形成个性化的学习方法。教师通过布置课前任务可以大致了解学生的掌握程度，以便在课堂教学中有针对性进行个性化辅导。在课堂上，教师根据学生课前的信息反馈适当地调整和组织课堂的教学活动。例如，（1）解决课前任务单中学生提出的疑惑和未能解決的问题；（2）让学生总结归纳知识的重点和难点；（3）通过课堂练习巩固和加深学生对基本概念和分析方法的认知和理解；（4）组织案例教学，引导学生进入特定环境和问题中，去探索和处理实践中的问题，培养学生利用现有的知识解决实际工程问题的能力；（5）在教师的引导下，以小组为单位展开形式多样的课堂教学活动，经过思考、相互讨论，共同得出问题的解决方案。

从实践的结果来看，翻转课堂为课堂教学“增加”学时、为知识的加深和拓展提供了可能。它倡导的互助学习的方式，可以培养学生积极思考和探讨问题的习惯，并在团队协作的过程中，根据自身的特长找到自己的定位。由于翻转课堂教学形式的多样化，使得学生最大程度地参与到课堂的教学中，成为教学的主体，也成为知识的主动构建者，而不再是被灌输者。调查发现大多数学生表示翻转课堂中与教师和同学的交流互动会更加频繁，可以得到个性化的指导，学习、训练和讨论的机会很多，因此学生乐于参与其中。

3.实践环节的探索

PBL即Problem-Based Learning，是以问题为导向的教学方法，是一种以学生为主体的教育方式。它把学生置于一个真实或有意义的情境中，从一个待解决的问题出发，以小组为单位，通过文献检索、归纳总结，与同伴的交流探讨等方式，由团队共同解决问题，得出结论。PBL可以帮助学生学习隐含于问题背后的科学知识、提高他们交流互助、自主学习和解决问题的能力。

在“电路与电子线路”课程中要求学生以小组为单位，利用Multisim或Cadence仿真软件完成PBL任务。为了更好地展现学生的学习效果，提升学生自主学习的意识，促进学生之间的交流互助，试点班在课堂中组织了PBL答辩。学生选择其中的一个任务，以PPT的方式介绍电路仿真、设计和分析的过程，并由其他组的同学向答辩者进行提问。所有参与答辩和提问的同学根据其表现，将得到相应的附加分，并计入平时成绩。PBL答辩的效果出乎教师意料，学生能积极参与其中，并为此做足了充分的准备，包括思路的整理、PPT的制作、以及对未知问题的预测等。学生在提问和回答、辩论和讨论过程中感受到学习的乐趣，并加深了对知识的理解和掌握。

4.教学评价和考核方式的改革

传统的教学评价往往只重视结果，不注重过程。它是以学生期末考试成绩的高低来评价学生对该门课程的掌握情况。有些学生平时不努力，考试前突击学习就能轻易过关。有些学生平时很努力，但考试发挥失常导致成绩不理想。这种教学评价方式对平时努力但未获得理想成绩的学生有失公平，让临时“抱佛脚”的学生心存侥幸。这不仅不利于学生掌握知识和技能，还助长了不良的学习风气。

在电路与电子线路课程教学改革试点的过程中，采用了翻转课堂的教学方式。相比传统的教学评价方式，翻转课堂加强了对学生过程学习的考核。过程考核是对学生学习过程中所表现出来的学习状态、以及阶段性成果等多方面、多形式的考核。它不仅关注学生学习能力的发展过程和阶段性的学习成果，也关注学生的智力因素和非智力因素在学习过程中所起的作用。通过过程考核，可以改善学生的学习态度，培养学生自主学习的能力，激发学生探究知识的兴趣。让学生觉得“通过自己的努力就有收获，评价是公平的，是合理的。”自信心的产生会在学习过程中起到正向的促进作用。

三、总结语

我校对“电路与电子线路”课程进行了三轮教学改革试点，并取得了较好的反响。“电路与电子线路”课程的教学改革是一个不断总结、不断探索、持续改进的过程。我们的探索与实践尚有许多不足和问题有待解决。比如如何制作一个精彩的教学视频，如何激发学生的求知欲望；如何在教学过程中帮助学生建立自信和满足感，让他们觉得经过自己的努力能够完成、能够达到；如何将所学新知与已有的经验或现实问题进行关联，使教学设计与学生的需求匹配。今后，我们会继续对该课程的教学内容、方法和手段进行深入研究与探讨，和国内外同行之间进行广泛交流，从而推进“电路与电子线路”课程的建设进程。

参考文献：

[1]李海娜，陈源，刘祥民.“电路”课程教学改革的探索与实践[J]. 中国电力教育，2014，21（316）：8-9.

[2]于歆杰，朱桂萍，陆文娟编著.电路原理[M].北京：清华大学出版社. 2007.8-10.

[3]郑君里，于歆杰.美国MIT EECS 系本科生课程设置简介[J]. 电气电子教学学报，2006，28（2）：9-11.

作者简介：

顾梅园（1979-），女，浙江舟山人，讲师。

刘圆圆（1978-），女，湖北鄂州人，副教授。endprint