《电路基础》课程教学改革探索

吴剑英 王丹琦 杜勇 新疆师范大学

电路是大学理工科类如计算机专业，化学化工专业、物理专业以及电子信息科学与技术等专业必须开设的一门专业基础课程，而且也与电子专业后续课程如《模拟电路》、《高频电路》、《信号与系统》等有着密切联系的必修课程。针对电路课程的学科特点以及在充分重视素质教育的今天，对电路课程的教学模式进行改革创新，提高课堂和实验的教学水平和教学质量，挖掘学生的潜能，激发学生的主动性和创造性，培养具有综合素质的人才具有重大的意义。

一、电路教学目前现状

由于电路课程是课堂理论教学和实验教学结合性非常强的学科。通过对教学内容、教学手段、实验教学等相关内容设计的调查问卷分析可知，目前课堂教学中存在教学内容信息量过大，学生记不住、吃不透；教学内容抽象，难以理解；教学手段单一，多以传统的板书或是板书加多媒体授课方式进行；理论学习与实验操作相分离，学生不能将学到的理论知识应用到实践中去；大多数高校的实验室都或多或少存在实验教学设备价格昂贵、设备老化、更新速度慢以及设备售后维修服务跟不上和损坏率较高的现象；在实验操作中实验设备的集成度相对较高，验证性实验偏多，扩展设计性实验少，导致学生的实验教学效果和目标都达不到预期的教学要求。在教学培养方案中课堂教学与实验教学课时比例大多是4：1，重理论轻实践现象普遍存在。实践操作技能差，被动式接受，使学生不能成为课程学习的主体，所以对于电路课程的教学模式改革显得更加紧迫和必要。

二、电路课程教学模式改革探索

当前素质教育和创新教育是教育工作的首要任务，在计算机虚拟仿真技术高速发展的今天，将虚拟仿真技术引入电路教学中将会给电路教学模式带来颠覆性的改革与创新。虚拟仿真技术可以将电路理论知识与生产实践、实训相结合，以能力培养为主线，引发兴趣为目标、进行教学传统模式翻转让学生成为课堂教学和实验教学活动中的主体。虚拟仿真技术应用于电路教学模式改革可以从以下几个方面体现：

1、教学内容改革：根据学生的专业特点对教学内容可以进行重组和优化，加强课程知识点联系，培养工程意识和分析、解决实际问题的能力，达到理论与实践相统一融合，激发学生学习兴趣。

2、教学方法改革：由传统的填鸭式教学变为学生的探索式、启发式、主动式、讨论式以及互动式等教学方法。

3、教学手段改革：改变原有的板书或者板书加多媒体教学手段，依靠虚拟仿真技术，对教学内容予以模拟，营造一个非常真实的虚拟教学氛围，增加课堂教学演示，让学生的视觉、听觉以及触觉均获得真切的体验，达到良好的教学效果。

4、教学模式改革：改变原有的课堂教学和实验教学课时比例以及课堂和实验教学相分离的教学模式。将计算机仿真技术和课堂教学搬进实验室，利用软件和硬件相结合的优势，构建一个“教、学、做”一体化电路教学模式。

三、虚拟仿真技术在电路教学中的应用举例

目前可用于电路课程虚拟仿真的软件[5]很多，一般分为专用类仿真软件如：Proteus,Pspice，EWB，Multisim, Protel，OrCAD 等；另一类是通用软件，比如System View, Lab VIEW, Matlab， Mathematic 等。两种类型的软件各有其优缺点，可以针对实际教学情况进行交叉性使用。本文以Proteus 软件为例在电路课程的课堂和实验教学中引入虚拟仿真技术。

例：在讲授“动态电路元件”章节时，为了使学生能直接观察到动态元件（L 和C）的特性，给出下列电路，让学生观察动态元件在交变信号(正弦信号)的作用下的响应特性。

图1 RC 电路及仿真电路

从RC 电路的仿真图中可以看到：电容两端的电压，滞后于电阻两端的电压。

图 RC 电路

图2 RL 电路及仿真电路

从RL 电路的仿真图中可以看到：电感两端的电压，超前于电阻两端的电压。

观察完上述仿真电路后，用板书推导分析电路，解释为什么电容两端的电压，滞后电阻两端的电压；电感两端的电压，超前电阻两端的电压，从而达到激发学生探讨问题的兴趣。紧扣这一问题，若输入信号由正弦信号变为方波信号，电路的响应如何？若改变R1 的阻值，电路的响应又如何？针对这一问题，我们再次用Proteus 软件对电路进行仿真。

图3 脉冲作用下RC 电路及仿真电路

从仿真图上看到，电阻两端出现了正负尖脉冲信号。当改变R1的阻值后，电路的仿真结果为：

图4 脉冲作用下RC 电路（改变电阻值）

教师引导学生进行分析、启发结合数学的微积分原理，从而使学生对RC 电路能够进行微积分运算有了更加深入的理解，加强学科之间的联系，也为后续的一阶电路的时域分析、RLC 串并联电路等内容进行仿真、分析教学打下良好的基础。

通过举例说明在《电路基础》这门课中，引入虚拟仿真技术在电路教学中将会对教学模式带来改革与创新、对培养学生的科技兴趣、动手能力，使学生成为课堂教学和实验教学活动中的主体，都有极大的开拓作用。

四、结束语

通过对电路教学的改革，师生之间在教与学的过程中增强互动，学生变为课堂的主体，将被动式教学转变为学生自主学习、主动学习教学模式，通过教学形成学生知识的建构、素养的形成、生命的成长三者深度共鸣，真正做到以人为本，应才施教，有效的改善传统知识课堂“重教轻学、重知轻能、重智力因素轻非智力因素”等主要缺陷，对其它类似课程引入虚拟仿真结合教学也具有较强的指导意义。