项目教学法在“电路”课程教学改革中的新探索

李新国

（湖南第一师范学院 信息与科学工程学院，湖南 长沙 410205）

项目教学法在“电路”课程教学改革中的新探索

李新国

（湖南第一师范学院 信息与科学工程学院，湖南 长沙 410205）

项目教学法在高等教育教学改革中有着广泛的应用。在“电路”课程教学改革中，实施项目教学法应遵循理论性、团队性、实用性、实践性四个基本原则，注重指导教师能力的培养，正确处理项目教学与系统学习的关系，改革项目教学法评价体系和考核方式，实现“电路”课程的教学目标。

项目教学法；电路课程；教学改革

项目教学法（Project—Based Learning，以下简称PBL）是以实践为导向、教师为主导、学生为主体的教学方法。PBL应用于高等教育课程教学改革，已得到了许多高校任课教师的认可。如何在“电路”课程教学中引入PBL，更好地实现“电路”课程的教学目标，是一个值得研究和探索的问题。

一、“电路”课程实施PBL的基本原则

“电路”是电子信息工程、电子科学与技术、通信工程等电子信息类专业的是一门专业基础课程，它研究的是电路分析和电路设计的基本规律。电路分析是在给定电路的电阻、电感、电容等参数的条件下，通过分析电路中的电压、电流和功率等物理量去理解电路的基本特性；电路设计是在给定电路的电流、电压、功率等技术指标的条件下，通过设计出电路图去制作出电子产品。“电路”课程的性质和定位决定了它应用PBL应遵循理论性、团队性、实用性、实践性四项基本原则。

第一，理论性。理论性是指“电路”课程本质上属于电子信息类专业的理论课程，内容包含了电路中的许多重要概念和重要定理，也有许多进行电路设计与电路分析的重要方法。因此，在组织实施PBL教学时，必须将电路的理论性放在重要位置，项目的设计和组织应充分体现“电路”课程的理论性特点，将理论知识寓于实践项目之中，离开电路理论的指导，实践项目难以开展。

第二，团队性。团队性是指“电路”课程组织实施项目很难一个人独立完成，需要团队在相互探讨、相互配合中才能取得一个比较好的结果。并且，“电路”课程教学需要师生密切合作，项目才能顺利进行。因此，“电路”课程实施项目化教学时，应选择通过团结协作才能完成项目。

第三，实用性。实用性是指在“电路”课程组织实施PBL过程中，教师要主动帮助学生应用电路的基本原理认识、分析、解决电路中的实际问题，项目选择要有一定的实用性。只有解决与我们实际生活息息相关的问题，才能激发学生的学习兴趣，学生也才能更好地完成项目。况且“电路”课程的实践教学中也包含了许多实用性很强的项目。

第四，实践性。实践性是指在实施PBL时，要充分考虑项目能否顺利实现，是不是有一个很明确的结果，项目包含的知识点是否符合要求。“电路”课程中的项目要容易操作，学生通过理论指导能够完成项目任务，教师评价项目时有明确指标参数。实践性是“电路”课程开展PBL教学的重要原则。

二、PBL在“电路”课程教学改革中的具体应用

为了更好地实现“电路”课程的教学目标和教学任务，在采用PBL时必须认真做好课程的整体设计和具体项目设计。“电路”课程实施PBL的结构模型如图1所示。

图1 “电路”课程实施PBL的结构模型图

（一）“电路”课程的整体设计

“电路”课程的整体设计要紧紧围绕电路综合设计与电路参数分析这一中心问题。“电路”的整体设计可分为四大模块：第一模块是“直流电路”，主要内容包括电路模型与电路定律、电阻电路的等效变换、电路的一般分析方法、电路定理；第二模块是“动态电路”，主要内容包括储能元件、一阶电路的时域分析、二阶电路的时域分析；第三模块是“交流电路”，主要内容有相量法、正弦稳态电路、耦合电感电路、电路频率响应；第四模块是“非正弦电路”，主要内容有非正弦周期电流电路、信号频普、复频域分析。这四大模块之间有着内在的必然联系，整门课程用“电路分析方法”这根红线将它们串连起来，利用电路的一般分析方法都可以对直流电路、交流电路、一阶电路、二阶电路等进行综合分析与相关设计。因此，进行“电路”课程的项目选择时也必须考虑各种电路间的普遍联系，比较各电路的异同，体现PBL教学的优越性。

（二）“电路”课程的具体项目设计

1.第一模块：“直流电路”项目设计

“直流电路”的主要教学目的是帮助学生了解电路的基本概念，掌握基尔霍夫定律的应用，熟悉电路等效变换的基本方法，掌握支路电流法、回路电流法、节点电压法等电阻电路的分析方法，帮助学生理解电路定理及其应用。这一模块可设计三个项目：

项目一：基尔霍夫定律、戴维宁定理、诺顿定理及其应用。设计本项目的是要求学生加深对电流、电压参考方向的理解，加深对基尔霍夫定律、戴维宁定理、诺顿定理的内容与适应范围的理解，掌握线性有源二端网络等效电路参数的测量方法。按项目要求设计一个能验证基尔霍夫定律、戴维宁定理、诺顿定理的线性有源二端网络，设计时先确定电源大小，再确定电阻阻值。画出设计的电路图，并标明电路的各参数，根据电路图进行电路定理与电路定律的验证，将电路设计与定理定律的验证结合起来，两者相得益彰。

项目二：电路的等效变换。电路的等效变换包括电阻串并联电路、电阻电路Y形联结与Δ 形联结、实际电压源和实际电流源的等效变换。课前将任务布置给学生，要求学生结合所学知识查找相关资料，设计制作电阻电路的等效变换和实际电源电路的等效变换电路，并测定变换前后的电路参数是否一致。项目设计的主要目的是让学生掌握电阻电路和电源电路等效变换的方法，理解电路变换前后参数的相互关系。通过电阻电路和电源电路的设计与制作，使学生做到在课堂上认真听讲，课后主动到实验室实施项目。

项目三：电路的一般分析方法。教师课前将本部分教学内容PPT、动画、视频等资料交给学生，要求学生进行认真预习；教师课内简单讲授支路电流法、网孔电流法、回路电流法和结点电压法内容，并重点进行比较；教师课后安排项目，要求学生设计一个实用电路，在实验室中用四种方法测量出电流或电压值，比较结果是否一致。学生不仅掌握了四种电路分析方法的内容，也比较了四种电路分析方法的异同。

2.第二模块：“动态电路”项目设计

“动态电路”的教学目的是要求学生掌握电容、电感两种储能元件的特点，理解换路定理及其应用，熟悉一阶电路的零输入响应、零状态响应和全响应的规律，了解二阶电路的零输入响应、零状态响应和全响应的求解方法。本模块内容的理论性较抽象，知识点较多，学生的学习兴趣相对不浓。根据教学需要及项目的可操作性要求，这一模块的项目围绕动态电路的响应进行，可设计如下两个项目：

项目一：谐振电路及其参数的测量。项目的主要内容是设计与制作一个RLC串联谐振电路，模拟收音机接收不同电台的信号。项目有测量RLC串联谐振参数、绘制RLC电路频率特性曲线、研究电路元件参数对谐振频率和带宽的影响三个任务。教师可将学生分为若干小组，每个小组配备三名成员，一名负责参数的测量，一名负责参数的记录，一名负责特性曲线的绘制，三人团结协作，共同完成收音机调谐电路的设计与制作项目。

项目二：一阶电路的全响应。一阶电路的全响应是零输入响应和零状态响应的叠加，本项目有研究一阶电路全响应的基本规律和特点、区分零输入零状态响应和全响应的方法、测量时间常数的方法三个基本任务。项目要求每个小组选择一项任务完成，成果以示波器展示波形，用PPT形式展示完成项目的过程。

3.第三模块：“交流电路”项目设计

这一模块根据课程要求，结合学生的学习兴趣，可设计如下两个项目：

项目一：工频交流电参数的测量。市电（工频50HZ、电压220V）是我们日常生活使用的交流电。为了帮助学生理解交流电的电流、电压、功率等参数，更好地安全用电，项目有市电电流、电压、功率的测量，利用交流仪表测量元件的等效参数，利用示波器测量元件的等效参数三个任务。设计这一项目的主要目的是让学生掌握市电参数和交流元件参数的测量方法，在日常生活中能安全合理地使用交流电。

项目二：互感线圈和变压器参数的测定。互感是“电路”课程比较难懂的概念，变压器是经常使用的电气设备。为了帮助学生掌握互感的定义，熟悉互感器和变压器的相关参数，项目设置了耦合线圈和变压器的同名端的判断，耦合线圈的互感系数和耦合系数的测量两个具体任务。在教师给定相关资料的情况下，要求学生撰写项目实验方案，并在课堂上用电脑演示项目成果。本项目既加深了学生对互感现象和变压器原理的认识，也训练了他们的实验方案写作能力、同学之间的团结协作能力、课堂交流的演讲能力。

4.第四模块：“非正弦电路”项目设计

“非正弦电路”项目设计的主要目的是培养学生认识非正弦周期电流电路，理解信号频谱的概念，掌握线性动态电路的复频域分析的方法。本模块是非重点内容，故设计一个综合项目。

项目：RC双T电路。RC双T电路由一个低通网络和一个高通网络并联而成，当电路参数取得恰当时，可以使某一频率的电压分别在高、低通输出端的输出电压值大小相等、相位相反的非正弦信号。本项目有RC双T电路各参数的测量、RC双T电路输出信号频谱曲线的绘制两项基本任务。教师要求RC双T电路输出电压值在一定的误差范围，要求学生利用MATLAB绘制输出信号频普曲线。

三、PBL应用于“电路”课程教学改革的关键问题

（一）项目指导教师的能力培养问题

目前，大部分高校教师由于自身实践经验的不足，更多地作用于引导而不是指导，学生参与项目更多的是查找元器件、画电路图等一般技术性的工作，而无法提升学生电路的整体设计能力。培养符合PBL要求的指导教师是目前“电路”课程教学改革的首要问题。培养项目指导教师的专业能力要解决的主要问题有：第一项目指导教师必须更新自己的知识结构，虚心学习新的专业知识，如元器件的选择、仿真软件的使用、产品故障处理及调试等知识。第二项目指导教师实施PBL的过程中要率先垂范，要做实践者不要做旁观者。项目指导教师要不断提高自己的实践能力，对项目产品要亲自研制，在产品研制过程中去发现问题，才能解决学生实施项目时遇到的类似问题，才能树立好老师的学术威性。第三解决项目问题要有实时性。学生提出的问题，教师要及时正确解答，否则会影响学生的项目兴趣，只有师生密切合作，才能更好地实现PBL的教学效果。第四项目指导教师要注重电路整体设计能力的培养和项目设计经验的积累。我们在“电路”课程中实施PBL的过程，实质就是进行相关电路的设计与产品制作的过程。每个项目有多个任务，每个任务需要学生亲自完成。项目指导教师必须把握好电路整体设计框架，推动项目向前进行，不能让项目中的某个任务滞后。并且项目完成后，指导教师要进行反思、积累经验，不断提高自身的实践能力。

（二）项目的来源与选择问题

项目的来源一般有虚拟项目与实际项目两种。在保证项目质量、评价项目成果、获取社会资源、提升学生能力等方面实际项目要优于虚拟项目。因此，在“电路”课教学改革中，我们应尽量采用实际项目。“电路”课程教学内容丰富，每一章节都可使用PBL，但过多地使用PBL对教学有害无益。在“电路”教学中实施PBL，项目选择要解决的主要问题有：第一选择项目要坚持少而精原则，尽量选择学生感兴趣、能调动大部分学生的学习积极性的项目[1]。例如，在动态电路部分选择项目时，有电容充放电路设计、RC电路暂态过程研究、谐振电路及其参数测量等项目，选择利用RLC串联谐振知识来设计收音机调谐电路是学生最感兴趣的项目。第二要选择操作性强，容易形成物化成果的项目。某项目尽管涉及的知识点多，如果不能或不易制作出电子产品，这种项目也不是好项目。学生不能动手制作物品，不能激发其兴趣，老师不见实物，不好评价其成绩。

（三）项目教学与系统学习相互关系的处理问题

目前，我们在PBL的导入时机、PBL的教授方式、PBL与其他方法的协调等方面有待进一步研究。但就项目教学与系统学习的关系，我们有了比较清楚的认识。项目教学与系统学习的关系实质是项目实践与理论学习之间的关系。项目教学是系统学习的基础，即项目教学对系统学习具有决定作用，系统学习的理论知识应当应用于项目教学之中，知识才能得到巩固与检验，才能达到学习理论知识的真正目的。另外，系统学习对项目教学具有反作用，科学的理论知识对项目教学具有积极的指导作用，错误的理论知识则有阻碍作用。项目教学与系统学习是相辅相成、不能任意割裂的辩证关系。PBL需要教学理论的指导，只有在掌握教学内容的基础上，灵活应用PBL与其他教学方法，才能在教学改革中取得一定成效。在“电路”课程教学中实施PBL之前，学生必须掌握好对应的理论知识和相应的学习工具软件。例如，针对RC双T电路设计项目，学生必须在掌握好RC电路工作原理和MATLAB软件的前提下，测量电路参数，绘画制电路的频普曲线，否则，无法完成该项目。其次，在“电路”教学中应用PBL，理论学习离不开项目实践的检验。例如，设计电路去验证基尔霍夫定律、叠加定理、戴维宁定理项目，我们设计电路去测量元器件的电流电压时，要充分利用测得的参数值去得出定律与定理的结论，再利用设计电路的实验结论来加深对定律与定理的理解。

（四）PBL的评价体系与考核方式改革问题

PBL作为一种教学方法，应该形成较为系统、科学的评价体系，这样不仅可以验证教学方法的正确与否，也可为今后自身体系的发展打下基础[2]。在选择考核方式时，教师要结合教学目标、教学内容、项目内容等多方而来考察学生成果。学生真正参与设计和实施项目付出了很多劳动，老师不能按照传统的考核方式随便给出成绩，这样是不尊重学生劳动成果的表现，会打击学生积极性[3]。我们在“电路”教学中实施PBL，对学生成绩的考核采用10分制，成绩评比采用“1234”方法：项目选题具有一定的技术性和创新性计1分；项目进行符合教学内容要求、能完成教学目标计2分；项目结果有设计报告、电子产品、项目PPT介绍计3分；项目实施经历了方案比较与选择、电路器件择优、电路原理图设计与仿真、产品制作与调试等过程计4分；通过多年实施PBL教学实践证明，我们采用“1234”的学生成绩考核方法具有一定的科学性，学生深感合理并乐于接受。

四、结束语

为了更好地实现“电路”课程的功能和作用，“电路”课程教学改革势在必行，PBL只是我们探索的教学改革形式之一，也是对传统课堂教学模式的有益补充。当然，PBL在教师能力培养、教学法导入时机、与其他教学方法的协调、自身评价体系的建立、项目来源等问题需要学界同仁们继续探索，也需要我们在实际教学中不断完善。

[1]黄德诊,陈晖阳.项目化教学法在高职院校“概论”课中的应用探析[J].思想理论教育导刊,2014(4):98.

[2]姚琛.论项目教学法在设计教学中的应用及发展[J].装饰,2010(10):107-108.

[3]张秀芹.浅谈项目化教学法在电工电子技术课程中的应用[J].中国校外教育,2016(01):143.

Abstract：Project teaching method is widely applied in the teaching reform of higher education.In the teaching reform of Circuit course,the implementation of project teaching method should follow the four basic rules:theoretical rule,team-work rule,practical rule and practice rule.It should also emphasize the cultivation of guide teacher's ability and the relationship between project teaching and systematic learning.The assessment system and method should also be reformed so asto achieve the teaching goalsof the course.

Key words：project teaching method;Circuit course;teaching reform

[责任编辑：胡 伟]

New Exploration on the Project Teaching Method in Circuit Course Teaching Reform

LI Xin-guo

(School ofInformation Science and Engineering,Hunan First Normal University,Changsha,Hunan 410205)

G642

A

1674-831X（2017）04-0079-04

2017-04-16

湖南第一师范学院教育教学改革课题“项目教学法在高校‘电路分析’课程改革中的实践与研究”；湖南省重点实验室项目（2015TP1017）

李新国(1965-），男，湖南邵阳人，湖南第一师范学院教授，主要从事高等教育教学研究。