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“電路原理”課程教學(xué)的改革與探索
電路原理課程是高等學(xué)校電子與電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的重要基礎課， 該課程主要內容是分析電路中的電磁現象，研究電路的基本規律和電路的分析方法，課程理論嚴密、邏輯性強，并有廣闊的工程背景。通過(guò)本課程的學(xué)習，使學(xué)生樹(shù)立嚴肅認真的科學(xué)作風(fēng)和理論聯(lián)系實(shí)踐的工程觀(guān)點(diǎn)，培養學(xué)生的科學(xué)思維能力、分析計算能力和實(shí)踐研究能力。在課程組老師共同努力下，我校電路原理課程在2005 年獲批天津市市級精品課程。經(jīng)過(guò)近十年的精品課程維護和教學(xué)實(shí)踐，在教學(xué)內容、教學(xué)思路、教學(xué)方法等方面展開(kāi)的教學(xué)改革探索與實(shí)踐， 提高了學(xué)生的學(xué)習能力、實(shí)踐能力和創(chuàng )新能力。
一、教學(xué)內容的整合
電路原理課程主要內容涵蓋直流電阻電路、動(dòng)態(tài)電路、正弦穩態(tài)電路、非線(xiàn)性電路等方面，其后續課程有模擬電子技術(shù)基礎、數字電子技術(shù)基礎、電力電子技術(shù)等，隨著(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各類(lèi)新型器件不斷涌現，構成各種實(shí)際功能電路的要素發(fā)生了重大改變，多端元件和集成電路已經(jīng)成為構建實(shí)際功能電路的主角，由此進(jìn)行電路原理課程內容的整合勢在必行。
第一，突出電路原理課程的基礎地位。電路原理是電類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)習的第一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎課，其中所介紹的概念、定理和方法構成分析電路的重要基礎。在教學(xué)中，應將重要知識點(diǎn)、重點(diǎn)、難點(diǎn)以及與工程聯(lián)系緊密的內容講深講透;對于理論推導和與后續課程聯(lián)系不大的內容，則少講或布置為自學(xué)內容，鼓勵有興趣做理論研究的學(xué)生自行推導。例如：在講授疊加定理時(shí)，將定理的內容、應用、注意事項、零值電源的處理方法仔細講解，而定理的推導以及齊性定理等內容可布置給學(xué)生自學(xué)，這樣既將基礎部分進(jìn)行了充分講解，又使學(xué)生通過(guò)對推論擴展部分的自主學(xué)習對基礎理論進(jìn)行了應用，提高了學(xué)習質(zhì)量。
第二，優(yōu)化電路原理課程教學(xué)內容，與專(zhuān)業(yè)知識和應用緊密結合，使電路原理課程能充分發(fā)揮專(zhuān)業(yè)基礎課導引專(zhuān)業(yè)的作用。例如，對于電氣和自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生，結合其專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，增加正弦穩態(tài)電路部分的學(xué)時(shí)，減少偏理論的拉普拉斯變換部分的學(xué)時(shí)，并且在授課過(guò)程中，結合專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)。例如，在講授三相電路時(shí)，通過(guò)講解對稱(chēng)三相電源是由三相同步發(fā)電機的三相繞組產(chǎn)生的，介紹三相同步發(fā)電機的結構特點(diǎn)， 把三相電機的等效電路引入教學(xué)中， 使學(xué)生把抽象的三相電源概念與實(shí)際電氣器件聯(lián)系起來(lái)，拓展了學(xué)生的視野，也為后續專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習打下了基礎。根據電氣信息學(xué)科最新發(fā)展和應用情況，介紹專(zhuān)業(yè)發(fā)展趨勢，講授最新的知識。例如，在講授回轉器時(shí)，結合現代電子技術(shù)集成電路的發(fā)展要求，講授回轉器的應用意義，給出回轉器的內部電路，將運算放大器的應用與實(shí)際電路結合起來(lái)， 加深學(xué)生對電子器件的理解。而對于電子信息專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，加強非正弦穩態(tài)電路的學(xué)習，將為其后續課程信號與系統、通信原理等課程的學(xué)習打下基礎。
第三，結合實(shí)際電路進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生建立起工程概念。傳統的電路原理課程注重分析理想模型構成的電路，學(xué)生缺乏從實(shí)際元件到電路模型的建模觀(guān)點(diǎn)，理論與實(shí)際脫節。我們在講授電路分析問(wèn)題時(shí)，應介紹現代電氣工程領(lǐng)域中廣泛使用的元器件， 讓學(xué)生進(jìn)行電磁過(guò)程分析，給出相應電路模型，建立工程概念。例如，在進(jìn)行正弦穩態(tài)電路分析時(shí)， 引入常見(jiàn)的日光燈電路， 介紹電路特點(diǎn)，給出鎮流器、燈管的電路模型，再進(jìn)行電路的分析，將抽象的電阻電感電路模型與實(shí)際電路相結合， 教學(xué)內容豐富，學(xué)生在學(xué)完電路課程后，面對實(shí)際電路可以有效建立模型，進(jìn)行電路分析。
二、理論教學(xué)方法的改革
第一，采用啟發(fā)式教學(xué)，提高課堂互動(dòng)效應。電路原理課程理論性強，涉及的計算和數學(xué)推導內容枯燥，易使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒。因此，在教學(xué)過(guò)程中，堅持啟發(fā)式教學(xué)，采用設問(wèn)環(huán)節，針對知識點(diǎn)提出問(wèn)題，鼓勵學(xué)生獨立思考，以一個(gè)個(gè)環(huán)環(huán)相扣的問(wèn)題來(lái)推動(dòng)整個(gè)教學(xué)過(guò)程，學(xué)生自始至終都伴隨疑問(wèn)去聽(tīng)課， 并跟隨教師的思路去尋找答案，逐漸使課程學(xué)習從講授型向研討型轉變，從以教師為中心轉變?yōu)橐詫W(xué)生為主體的教學(xué)。例如，在講授戴維寧定理時(shí)， 首先提出一個(gè)問(wèn)題：無(wú)源兩端網(wǎng)絡(luò )的等效電路模型形式是什么? 學(xué)生根據之前學(xué)習的內容得出答案，再引導學(xué)生思考含源兩端網(wǎng)絡(luò )的等效電路模型會(huì )是什么形式，由此給出結論，進(jìn)行推導，整個(gè)過(guò)程一直伴隨問(wèn)題進(jìn)行，學(xué)生跟隨老師引導進(jìn)行學(xué)習，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習興趣。
開(kāi)展課堂討論，活躍學(xué)習氣氛。例如，在講授并聯(lián)電容提高電路功率因數問(wèn)題時(shí)，提出是否并聯(lián)電容越大，功率因數提高得越多的問(wèn)題，讓學(xué)生進(jìn)行討論，在互動(dòng)過(guò)程中，老師發(fā)現學(xué)生學(xué)習所存在的問(wèn)題，有針對性地進(jìn)行講解。既發(fā)揮了課堂教學(xué)中教師的主導作用，也培養了學(xué)生的自主學(xué)習能力。
聯(lián)系實(shí)際，貼近生活，舉出事例讓學(xué)生進(jìn)一步認識到學(xué)習本課程的實(shí)用性。例如，在講授電阻電感電路的瞬態(tài)響應時(shí)，列舉開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生電火花的現象，引導學(xué)生理解瞬態(tài)過(guò)程對電路的影響， 把難于理解的動(dòng)態(tài)電路瞬態(tài)問(wèn)題與生活實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，提高學(xué)生學(xué)習的積極性。
第二，教學(xué)方式和教學(xué)手段的改革。采用傳統板書(shū)教學(xué)和現代多媒體教學(xué)結合的方式。對于理論教學(xué)，利用教學(xué)課件圖文并茂、敘述形象生動(dòng)的特點(diǎn)，采用多媒體教學(xué);例題習題講解采用板書(shū)的形式，步驟清晰，有利于學(xué)生接受和理解。網(wǎng)絡(luò )教學(xué)與課堂教學(xué)互為補充，將教學(xué)大綱、授課計劃、教學(xué)課件、備課筆記、課堂小結、習題解答、講解視頻等上傳到教學(xué)網(wǎng)站上，并建立網(wǎng)上在線(xiàn)輔導系統，及時(shí)解答學(xué)生的問(wèn)題，提高了教學(xué)質(zhì)量。
采用案例教學(xué)，在卓越工程師班進(jìn)行教學(xué)改革試點(diǎn)。針對卓越工程師班的教學(xué)需要，在電路課程的教學(xué)中，增加了電路設計內容，在講授二階電路響應時(shí)，布置二階振蕩電路設計內容，學(xué)生查閱資料，自己思考設計，并利用仿真軟件Multisim10 將自己設計的電路進(jìn)行仿真， 根據仿真結果進(jìn)行電路的改進(jìn)，直到滿(mǎn)足設計要求，再到實(shí)驗室進(jìn)行實(shí)際電路的組裝和測試， 使學(xué)生加深了對知識的理解，也將理論知識應用到實(shí)際電路設計中，取得很好的教學(xué)效果。
三、實(shí)驗教學(xué)方法的改革
第一，注重理論和實(shí)際應用相結合。電路原理是實(shí)__踐性很強的技術(shù)基礎課， 結合現代電工電子領(lǐng)域發(fā)展現狀和發(fā)展方向，有針對性地設置實(shí)驗項目。例如，濾波電路在工程中的廣泛應用， 將濾波電路的設計引入到實(shí)驗中，既增強了學(xué)生對電感、電容元件在不同頻率下的阻抗不同的理解， 又將電子電路的運算放大器內容加入實(shí)驗中，增加了實(shí)驗的先進(jìn)性。在教學(xué)安排上將實(shí)驗課作為課程內環(huán)節，理論課和實(shí)驗課同步進(jìn)行，使理論聯(lián)系實(shí)際更加密切。學(xué)生在完成理論部分學(xué)習后，進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗操作，學(xué)然后知不足，知不足后能自省，再有針對地進(jìn)行理論學(xué)習，形成理論與實(shí)踐有機結合的正反饋效應。
第二，計算機仿真實(shí)驗和實(shí)際電路實(shí)驗相結合。我們在實(shí)驗室使用Multisim10 電路仿真軟件， 建立仿真教學(xué)平臺和與之相對應的實(shí)驗操作平臺， 改革傳統實(shí)驗教學(xué)方法。指導學(xué)生擬定實(shí)驗中要解決的問(wèn)題， 利用虛擬元件、虛擬儀器做仿真實(shí)驗。所有實(shí)驗內容都采用學(xué)生先在仿真實(shí)驗室對實(shí)驗項目進(jìn)行軟件仿真， 然后到相關(guān)實(shí)驗室進(jìn)行實(shí)際電路操作的驗證方法。另外，由于虛擬實(shí)驗使用的元器件及儀表儀器齊全、功能多，便于開(kāi)設復雜性、綜合性實(shí)驗，可打破實(shí)驗設備缺乏帶來(lái)的局限，又可解決課堂上未能解決的問(wèn)題， 這對傳統的實(shí)驗教學(xué)起到了很好的互補作用。
將實(shí)驗的電子講義、教案、多媒體講稿、動(dòng)畫(huà)演示和思考題等全部傳上網(wǎng)，供學(xué)生學(xué)習和預習，方便學(xué)生在實(shí)驗室之外進(jìn)行學(xué)習和研究，提高實(shí)驗教學(xué)效率。利用錄制好的實(shí)驗教學(xué)視頻，在實(shí)驗室進(jìn)行播放，學(xué)生既掌握了實(shí)驗步驟，又熟悉了要測量和運算的數據;既增加了學(xué)生完成實(shí)驗任務(wù)的信心，也增強了動(dòng)手能力，客觀(guān)上又保證了實(shí)驗教學(xué)的完美效果。
第三，增加綜合設計性實(shí)驗，減少驗證性實(shí)驗。將部分驗證性實(shí)驗內容穿插到課堂教學(xué)中，作為演示，讓學(xué)生直觀(guān)的建立相關(guān)概念。增加綜合型、研究型實(shí)驗內容，例如，在完成交流電路和回轉器電路的學(xué)習后，要求學(xué)生設計一個(gè)電路，首先實(shí)現將電容元件轉換為電感元件，然后在利用回轉得到的電感與電容元件構成諧振電路， 找出諧振點(diǎn)，做出相應的頻率特性曲線(xiàn)。通過(guò)實(shí)驗，鍛煉學(xué)生的研究開(kāi)發(fā)能力。
實(shí)驗室老師自主開(kāi)發(fā)新的實(shí)驗項目， 鼓勵學(xué)生將自己的設計作品在實(shí)驗室進(jìn)行驗證。實(shí)驗過(guò)程中要提出問(wèn)題，引導學(xué)生對實(shí)驗數據進(jìn)行分析，與理論課程相呼應。此外，可經(jīng)常開(kāi)展創(chuàng )新設計競賽活動(dòng)，訓練學(xué)生的創(chuàng )新意識和工程能力，同時(shí)，將教師科研成果轉化為綜合型、研究型實(shí)驗項目，面向全體學(xué)生開(kāi)放。
四、結束語(yǔ)
通過(guò)對電路課程課堂教學(xué)模式的改革， 促使實(shí)驗教學(xué)的綜合設計實(shí)驗項目的開(kāi)發(fā)和實(shí)踐， 取得了良好的教學(xué)效果，提高了學(xué)生發(fā)現問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。從2005 年至今，學(xué)生電路課程學(xué)習成績(jì)逐年提高，及格率從2005 年的75%提高到90%以上，并且學(xué)生自己組織電路實(shí)驗競賽，大家踴躍參加，興致盎然。此外，學(xué)生積極參加全國及天津市等各項電子電路競賽， 并取得了良好的成績(jì)。
通過(guò)課程的改革， 學(xué)生提高了電路課程成績(jì)的同時(shí)也為專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習打下了良好的基礎。在對學(xué)生和專(zhuān)業(yè)課程老師做的問(wèn)卷調查中， 該項改革獲得了學(xué)生和老師的好評。充分利用教學(xué)資源、改進(jìn)教學(xué)方法、提高教學(xué)質(zhì)量是我們高校教師的責任。在今后的教學(xué)實(shí)踐中，應不斷地加以改進(jìn)和完善，讓電路課程教學(xué)與國際接軌，為培養優(yōu)秀的電氣電子信息類(lèi)人才做出貢獻。
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