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高等教育《电路分析基础》课程的仿真案例设计
郑 义
（南京邮电大学通达学院,江苏 南京 210023）
摘 要：在高等教育阶段,电路分析基础课程是电类专业第一门专业基础课程,尽管在知识点上与大学物理、信号与系统以及电子技术等课程中的知识点具有明显的承前启后的关系,但学生初学时仍然反映该课程知识点较为抽象,知识体系较为复杂.在针对南京邮电大学独立学院的教学中,通过在教材中提供基于Multisim等仿真软件的实践案例及其设计分析思路,引导与鼓励学生在课下练习中进行相关的仿真设计,已被证明可以有效地激发学生的学习兴趣并激励主动学习与团队讨论合作.在仿真案例设计中,可以针对不同专业设置,不同兴趣爱好的学生由其自主选择不同的仿真软件,从而达到事半功倍的效果.
关键词：电路分析基础；仿真案例；学习兴趣；主动学习
“电路分析基础”与“电工电子技术基础”课程是南京邮电大学通达学院针对电气类信息类专业开设的第一门电类专业基础课程,其中电路分析部分主要介绍集总参数电路的分析计算,涵盖从基本的电阻电路、动态与稳态电路到变压器电路、三相电路与二端口网络等.电工电子技术基础课程则在简化的电路分析的知识基础之上,包括了部分电子技术基础知识,专门针对非电气类工科专业开设.
在当前的高等教育教学中,一线教师可以感受到近年来的高校扩招与高等教育普众化带来的新问题与新挑战.传统课堂教学的“老师教,学生记”模式已经不再仅仅是存在教学有效性问题,而是越来越不被新时代的学生所接受所欢迎.现今的大学课堂之上,九零后学生对新鲜事物敏感敏锐,追逐变化,厌恶死板,乐于尝试新鲜挑战,对知识点的学习常常抱有功利性价值判断,对一个未能呈现与现实应用相联系的知识往往兴趣寡然,对陈旧的“教师全堂灌输,学生全堂跟跑”的教学模式容易抗拒.如今的大学生正处在互联网+、万物互联和云数据等前沿应用大爆炸的起步阶段,获取知识与解决问题的途径与手段极大丰富,教师已不能按照过去的陈旧思维来照本宣科,继续局限于对教材和ppt等资源的完善来应对新问题.
在这种形势下,国内各高校都先后开展了基于“互联网+”的课程理论教学与实验环节的平台化建设.南京邮电大学在成功开发并运营了电路分析等国家级慕课建设课程的基础上,秉承“网络线上与线下协同,课堂内部与外部协同,理论课与实验课协同”的三协同教学理念,开展了新一轮对传统课堂教学与在线教学的深度融合,紧追当前的“互联网+”教育体系的最新研究成果,引入了“雨课堂”等多媒体创新技术改良课堂教学,在线教学资源建设方面则坚持师生互动放在首位,资源由师生共享共建等原则.
在对在线教学资源建设过程中,我们发现,尽管基于仿真软件的电子电路实践案例设计只是教学资源中的一小部分,却具有画龙点睛,二两拨千斤的功效.细究下来,我们认为,是如下因素在发挥着良好的作用.
基于仿真软件的电路案例分析与设计作业,利于实现理论课与实验课的协同.南京邮电大学通达学院注重实验课与理论课的相互促进,协同发展,开设了多门电工电子类实验教学课程.通过在线教学资源上发布基于电路理论教材例题的设计案例以及精选分析,可以让学生在个人电脑端实现理论与实践的融合统一,时空上更便捷,相比实验室教学的设计案例,更有助于打破理论课与实践课的认识隔阂.同时学生的仿真作业随理论课进度上交,有助于课程成绩的过程化管理,为进一步的大学生创新工程或参与电子竞赛提供成绩参考.
基于仿真软件的电路案例分析与设计作业,利于实现基于互联网+的在线平台式教学与线下师生交互的协同.案例分析电子资源包括讲解视频,非常适合在线学习使用,尤其适合在预习环节供教师发布预习资源,布置预习用习题.由于仿真软件往往涉及到需要学生了解各种电子电路元器件的型号参数等,客观上促进了学生对理论知识与硬件实验之间的融合.在预习反馈环节,师生通过课间课下时间碎片化的答疑交流,促进了线上线下的协同.进一步的,教师通过布置平台作业,引导学生上传电子化程序与解答结果,而基于仿真软件的作业非常便于实现作业的电子化,进一步实现对学生学习效果的掌控和展开有针对性的辅导.
此外,教师还可以通过网络平台发布一些包含电路设计技术的网页链接,实现对学有余力学生的拓展辅导.
基于仿真软件的电路案例分析与设计作业,利于实现新型考核考试制度的建立.传统的期末闭卷考试考核制度,容易造就学生平时松懈,考前突击的学习习惯.这种短期集中突击的学习方法,即使可以应付考试,也无法培养综合成体系的电路分析设计能力,导致在随后的实验课程中不能够将实验内容与理论知识相联系.同在线学习相结合,基于仿真软件的案例设计作业,有助于引导学生投入到平常学习的每一个环节,做到现学现用,学习知识上不拖欠不掉队.
基于仿真软件的电路案例分析与设计作业,利于课堂内和外的协同.在课堂外学习中,教师通过在拓展活动中组织多种跨学科跨课程设计科目,作为课堂内教学的有益补充,如通信与信号处理组训练科目、电力电子和电源组训练科目、仪器仪表与模拟类训练科目、自动控制类训练科目等.目的就是引导学生将理论课的课堂学习与常规试验案例,EDA综合实验项目,在线平台的虚拟仪器实验以及大学生电子竞赛等结合,逐步建立立体多层次的电路设计概念体系.
为了更好的实现上述功能,切实通过基于仿真软件的案例教学提高学生解决复杂电路系统的工程设计能力,我们发现应将主要精力集中但不限于以下几个方面.
尽量挖掘基于仿真软件的实践案例教学的多元化多层次应用.纸面上的基于仿真软件的实践案例教学资源,其实已经比较成熟,但通过与慕课、微课程等在线教学相结合,依然可以发挥不小的作用.线上结合教师全程引导的预习学习复习拓展等环节,线下结合学生的团队化分组讨论,可以有效避免资源的闲置与浪费,真正实现以学生为中心,变“要我学知识”为“我要解决问题”.同时不局限于要学生完成编程作业,还要引导学生自主查阅资料,撰写专业科技报告,团队协作、分工与讨论,帮助学生克服对新鲜事物的畏难情绪,培养对探索未知事物的自信与热爱.
以学生为本,尽量建立分层次分专业的尊重个体差异的实践案例资源.在高等院校中,不同专业对电路分析与设计的能力要求是不相同的.同时,学生的个体差异、知识基础与储备、个人意愿以及学习预期都不尽相同,这都需要教师在设计资源时要根据专业设置以及学生差异进行分层次甚至是分班（线上班级）操作.总之,既要充分尊重学生差异,做到以学生为本,又要分层次重过程得全面提升教学效果.例如,可以让学生根据自身专业或意愿选择Matlab或Multisim软件进行学习实践.
帮助学生建立对本学科理论课程与实验课程设置的体系认知.立足于电力分析基础与电工电子技术基础教材的仿真案例,并不是要取代现有的电工电子实验课程,事实上也不可能取代.但这种与理论课教材紧密结合的仿真案例教学,可以帮助学生搭建大学里开设的各个实验平台与理论课程的桥梁,帮助学生走出理论课无用论,成绩再好不会动手的认知误区,将理论知识到实验设计之间的跨越尽量平滑化.
综上所述,尽管基于各种仿真软件的实验案例教学已不是新鲜事物,但在互联网+的教育大势下,灵活应用,避免资源闲置,仍可以起到事半功倍的良好效果.
参考文献
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基金项目：本文为南京邮电大学通达学院教改项目,“电路分析基础课程的实践案例教学研究”（编号JG30316007）的成果.
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