“電路與電子線路”課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐

顧梅園+++劉圓圓

【摘要】我校電路與模擬電子電路課程組在“電路與電子線路”課程的教學(xué)改革中，從教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整、教學(xué)手段的改革與創(chuàng)新、實(shí)踐環(huán)節(jié)的探索、教學(xué)評(píng)價(jià)和考核方式等方面進(jìn)行了探索和實(shí)踐。通過(guò)對(duì)課程的建設(shè)、改革與實(shí)踐，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，實(shí)踐動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，培養(yǎng)了學(xué)生初步具有作為一個(gè)電子工程師必需具備對(duì)現(xiàn)代電路進(jìn)行分析和研究的能力。

【關(guān)鍵詞】電路與電子線路 教學(xué)改革 自主學(xué)習(xí) 團(tuán)隊(duì)協(xié)作

【基金項(xiàng)目】杭州電子科技大學(xué)“電路與電子線路”課程教學(xué)改革項(xiàng)目，杭州電子科技大學(xué)“模擬電子電路”基于MOOCs/SPOC的翻轉(zhuǎn)課堂改革資助項(xiàng)目。

【中圖分類號(hào)】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）35-0224-02

一、“電路與電子線路”課程教學(xué)改革的背景分析

“電路分析”和“模擬電子電路”是國(guó)內(nèi)電子信息類專業(yè)的基礎(chǔ)課。“電路分析”側(cè)重于電路模型、電路定理和分析方法的介紹，而“模擬電子電路”主要介紹半導(dǎo)體器件、放大器、波形產(chǎn)生和信號(hào)變換以及負(fù)反饋技術(shù)等內(nèi)容。從教學(xué)內(nèi)容和形式來(lái)看，“電路分析”研究的對(duì)象比較抽象，涉及的概念、定理較多，要用到數(shù)學(xué)推導(dǎo)技巧[1]。它注重理想電路模型的分析和計(jì)算，對(duì)電路模型的抽象過(guò)程，實(shí)際電氣元件的建模背景和工程應(yīng)用極少涉及。初學(xué)者往往會(huì)感覺(jué)“電路分析”課程枯燥無(wú)味，與實(shí)際的工程應(yīng)用和后續(xù)的專業(yè)課程之間很難建立緊密的聯(lián)系。學(xué)生在學(xué)習(xí)“電路分析”時(shí)往往不知為何而學(xué)，不知學(xué)為何用[2]。“模擬電子電路”課程研究的對(duì)象是實(shí)際的電子系統(tǒng)，其教學(xué)內(nèi)容結(jié)合了大量的工程實(shí)例和應(yīng)用背景，能激發(fā)學(xué)生探求知識(shí)的欲望，但是這門課程深受教學(xué)內(nèi)容偏多且課時(shí)緊張的困擾，在教學(xué)過(guò)程中無(wú)法深入，只能淺嘗輒止。學(xué)生在學(xué)習(xí)“模擬電子電路”時(shí)，由于“電路分析”的基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，不能熟練地運(yùn)用電路的分析方法，這無(wú)疑給“入門難”的“模擬電子電路”課程的學(xué)習(xí)又增添了難度。長(zhǎng)期以來(lái)，這兩門課程各自形成了比較完整且又相對(duì)封閉的知識(shí)體系，采用的電路分析方法在風(fēng)格上也不同。總的來(lái)講是各講各的，聯(lián)系不是很緊密。

為了解決課程銜接和工程應(yīng)用等實(shí)際問(wèn)題，國(guó)內(nèi)部分高校在電子電路類課程的改革中，打破了原有的課程體系，將“電路分析”和“模擬電子電路”，或“電路分析”和“信號(hào)與系統(tǒng)”的課程內(nèi)容進(jìn)行整合。無(wú)論哪種組合，均可以避免兩門課程在內(nèi)容上的重復(fù)，有利于重新構(gòu)建課程體系的整體知識(shí)脈絡(luò)，使課程與課程之間做到無(wú)縫銜接。

相比之下，國(guó)外的電子電路類課程具有寬口徑、重基礎(chǔ)、重能力等特點(diǎn)。麻省理工學(xué)院（MIT）EECS系的“電路與電子學(xué)”課程包含了我國(guó)“電路分析”、“模擬電子電路”和“數(shù)字電子技術(shù)”等課程內(nèi)容。它是電氣科學(xué)與工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程和電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)三個(gè)研究方向的公共基礎(chǔ)課。除此之外，MIT的“電路與電子學(xué)”課程在物理學(xué)和電路理論，電子學(xué)和數(shù)字系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)之間利用抽象的方法建立了聯(lián)系。它將三門專業(yè)課程的基本單元同時(shí)討論，交叉進(jìn)行[3]。在教學(xué)內(nèi)容中加入了大量的工程應(yīng)用背景，使教學(xué)的內(nèi)容涉及更多的實(shí)際的問(wèn)題，彌補(bǔ)了課程知識(shí)與最新研究之間的斷層。

二、“電路與電子線路”課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐

杭州電子科技大學(xué)借鑒了麻省理工學(xué)院的做法，弱化經(jīng)典理論體系的完整性，根據(jù)知識(shí)更新和實(shí)際應(yīng)用的需求，對(duì)電子電路類課程進(jìn)行探索和實(shí)踐，并在3屆學(xué)生中進(jìn)行了教學(xué)改革試點(diǎn)。課程的教學(xué)改革主要體現(xiàn)在以下4個(gè)方面。

1.更改課程名稱，將兩門專業(yè)課程的內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整

將“電路分析”和“模擬電子電路”分別更名為“電路與電子線路1”和“電路與電子線路2”。“電路與電子線路1”課程著重介紹了常用電子器件的電路模型、端口特性、模型的抽象過(guò)程以及電路應(yīng)用。在“電路與電子線路2”課程中，對(duì)半導(dǎo)體器件的內(nèi)部物理特性，放大器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。強(qiáng)調(diào)電路的分析方法在各類放大器、振蕩器、濾波器和電源電路中的應(yīng)用。培養(yǎng)學(xué)生查閱數(shù)據(jù)手冊(cè)和對(duì)復(fù)雜電路的讀圖能力，加強(qiáng)對(duì)實(shí)際電路的仿真與設(shè)計(jì)，以及MOSFET在數(shù)字電子技術(shù)中的應(yīng)用。對(duì)“電路與電子線路”課程內(nèi)容的調(diào)整主要包含以下三個(gè)方面：

（1）隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的日趨成熟，電路設(shè)計(jì)的理念產(chǎn)生了巨大的改變。MOSFET、BJT和集成運(yùn)算放大器在集成電路設(shè)計(jì)中扮演了重要的角色。將有源器件的電路符號(hào)、端口特性、電路模型及電路應(yīng)用調(diào)整至“電路與電子線路1”的課程中進(jìn)行學(xué)習(xí)，可以大大提高該課程的起點(diǎn)，也有利于激發(fā)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣。有源器件的引入，不僅可以將抽象的電路模型具體化，讓學(xué)生了解受控源的實(shí)際應(yīng)用，也有助于理解器件的放大和開(kāi)關(guān)特性，為建立模擬和數(shù)字系統(tǒng)的概念創(chuàng)造了條件。

（2）傳統(tǒng)的電路課程在介紹RLC串并聯(lián)諧振時(shí)，由于涉及到頻率響應(yīng)的概念，初學(xué)者往往會(huì)感覺(jué)理解困難、抽象枯燥。為了更好地幫助學(xué)生解釋諧振現(xiàn)象，在“電路與電子線路1”的課程中，從傳遞函數(shù)和頻率特性的基本概念出發(fā)，討論了一階RC低通和高通電路的幅頻和相頻特性；并在提出了系統(tǒng)的零極點(diǎn)概念之后，介紹了利用傳遞函數(shù)繪制直線波特圖的方法；隨后對(duì)RLC串并聯(lián)諧振電路進(jìn)行分析和探討，并結(jié)合集成運(yùn)放，介紹有源無(wú)源濾波器以及LC振蕩器等電路應(yīng)用。

（3）在數(shù)字集成電路芯片中集成了大量的模擬器件，例如TTL數(shù)字集成電路內(nèi)部的輸入級(jí)和輸出級(jí)是晶體管，而CMOS數(shù)字集成電路的內(nèi)部是NMOS管和PMOS管。當(dāng)這些器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，可以設(shè)計(jì)出各種邏輯門電路，如“或門”、“與門”、“非門”等，利用這些邏輯門可以實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。將邏輯門作為模擬器件在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下的電路功能進(jìn)行介紹，有助于學(xué)生建立起模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)之間的聯(lián)系。

2.教學(xué)手段的改革與創(chuàng)新

“電路與電子線路”課程是電子信息類專業(yè)的基礎(chǔ)課。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)可以培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的電路理論基礎(chǔ)和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。該課程的學(xué)習(xí)過(guò)程是學(xué)生形成適合個(gè)人的工程學(xué)習(xí)方法的過(guò)程，也是培養(yǎng)硬件工程師的必經(jīng)之路。在“電路與電子線路”課程試點(diǎn)的過(guò)程中采用了翻轉(zhuǎn)課堂的授課方式。翻轉(zhuǎn)課堂是一種顛覆傳統(tǒng)課堂的教學(xué)方式，它將傳統(tǒng)課堂講授知識(shí)的部分放到課前進(jìn)行，課堂中需要對(duì)教學(xué)過(guò)程重新設(shè)計(jì)。具體的實(shí)施過(guò)程如下：endprint

首先，教師根據(jù)大綱的要求制定教學(xué)目標(biāo)，然后針對(duì)學(xué)生的具體情況進(jìn)行分析，制定出相應(yīng)的教學(xué)方案。課前，教師在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中發(fā)布和教學(xué)有關(guān)的視頻、資料和習(xí)題，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課前任務(wù)的自主學(xué)習(xí)。學(xué)生根據(jù)自己的步調(diào)掌握自身的學(xué)習(xí)進(jìn)度，從而形成個(gè)性化的學(xué)習(xí)方法。教師通過(guò)布置課前任務(wù)可以大致了解學(xué)生的掌握程度，以便在課堂教學(xué)中有針對(duì)性進(jìn)行個(gè)性化輔導(dǎo)。在課堂上，教師根據(jù)學(xué)生課前的信息反饋適當(dāng)?shù)卣{(diào)整和組織課堂的教學(xué)活動(dòng)。例如，（1）解決課前任務(wù)單中學(xué)生提出的疑惑和未能解決的問(wèn)題；（2）讓學(xué)生總結(jié)歸納知識(shí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)；（3）通過(guò)課堂練習(xí)鞏固和加深學(xué)生對(duì)基本概念和分析方法的認(rèn)知和理解；（4）組織案例教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入特定環(huán)境和問(wèn)題中，去探索和處理實(shí)踐中的問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生利用現(xiàn)有的知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力；（5）在教師的引導(dǎo)下，以小組為單位展開(kāi)形式多樣的課堂教學(xué)活動(dòng)，經(jīng)過(guò)思考、相互討論，共同得出問(wèn)題的解決方案。

從實(shí)踐的結(jié)果來(lái)看，翻轉(zhuǎn)課堂為課堂教學(xué)“增加”學(xué)時(shí)、為知識(shí)的加深和拓展提供了可能。它倡導(dǎo)的互助學(xué)習(xí)的方式，可以培養(yǎng)學(xué)生積極思考和探討問(wèn)題的習(xí)慣，并在團(tuán)隊(duì)協(xié)作的過(guò)程中，根據(jù)自身的特長(zhǎng)找到自己的定位。由于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)形式的多樣化，使得學(xué)生最大程度地參與到課堂的教學(xué)中，成為教學(xué)的主體，也成為知識(shí)的主動(dòng)構(gòu)建者，而不再是被灌輸者。調(diào)查發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學(xué)生表示翻轉(zhuǎn)課堂中與教師和同學(xué)的交流互動(dòng)會(huì)更加頻繁，可以得到個(gè)性化的指導(dǎo)，學(xué)習(xí)、訓(xùn)練和討論的機(jī)會(huì)很多，因此學(xué)生樂(lè)于參與其中。

3.實(shí)踐環(huán)節(jié)的探索

PBL即Problem-Based Learning，是以問(wèn)題為導(dǎo)向的教學(xué)方法，是一種以學(xué)生為主體的教育方式。它把學(xué)生置于一個(gè)真實(shí)或有意義的情境中，從一個(gè)待解決的問(wèn)題出發(fā)，以小組為單位，通過(guò)文獻(xiàn)檢索、歸納總結(jié)，與同伴的交流探討等方式，由團(tuán)隊(duì)共同解決問(wèn)題，得出結(jié)論。PBL可以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)隱含于問(wèn)題背后的科學(xué)知識(shí)、提高他們交流互助、自主學(xué)習(xí)和解決問(wèn)題的能力。

在“電路與電子線路”課程中要求學(xué)生以小組為單位，利用Multisim或Cadence仿真軟件完成PBL任務(wù)。為了更好地展現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生之間的交流互助，試點(diǎn)班在課堂中組織了PBL答辯。學(xué)生選擇其中的一個(gè)任務(wù)，以PPT的方式介紹電路仿真、設(shè)計(jì)和分析的過(guò)程，并由其他組的同學(xué)向答辯者進(jìn)行提問(wèn)。所有參與答辯和提問(wèn)的同學(xué)根據(jù)其表現(xiàn)，將得到相應(yīng)的附加分，并計(jì)入平時(shí)成績(jī)。PBL答辯的效果出乎教師意料，學(xué)生能積極參與其中，并為此做足了充分的準(zhǔn)備，包括思路的整理、PPT的制作、以及對(duì)未知問(wèn)題的預(yù)測(cè)等。學(xué)生在提問(wèn)和回答、辯論和討論過(guò)程中感受到學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，并加深了對(duì)知識(shí)的理解和掌握。

4.教學(xué)評(píng)價(jià)和考核方式的改革

傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)往往只重視結(jié)果，不注重過(guò)程。它是以學(xué)生期末考試成績(jī)的高低來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)該門課程的掌握情況。有些學(xué)生平時(shí)不努力，考試前突擊學(xué)習(xí)就能輕易過(guò)關(guān)。有些學(xué)生平時(shí)很努力，但考試發(fā)揮失常導(dǎo)致成績(jī)不理想。這種教學(xué)評(píng)價(jià)方式對(duì)平時(shí)努力但未獲得理想成績(jī)的學(xué)生有失公平，讓臨時(shí)“抱佛腳”的學(xué)生心存僥幸。這不僅不利于學(xué)生掌握知識(shí)和技能，還助長(zhǎng)了不良的學(xué)習(xí)風(fēng)氣。

在電路與電子線路課程教學(xué)改革試點(diǎn)的過(guò)程中，采用了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式。相比傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)方式，翻轉(zhuǎn)課堂加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生過(guò)程學(xué)習(xí)的考核。過(guò)程考核是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的學(xué)習(xí)狀態(tài)、以及階段性成果等多方面、多形式的考核。它不僅關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)能力的發(fā)展過(guò)程和階段性的學(xué)習(xí)成果，也關(guān)注學(xué)生的智力因素和非智力因素在學(xué)習(xí)過(guò)程中所起的作用。通過(guò)過(guò)程考核，可以改善學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，激發(fā)學(xué)生探究知識(shí)的興趣。讓學(xué)生覺(jué)得“通過(guò)自己的努力就有收獲，評(píng)價(jià)是公平的，是合理的。”自信心的產(chǎn)生會(huì)在學(xué)習(xí)過(guò)程中起到正向的促進(jìn)作用。

三、總結(jié)語(yǔ)

我校對(duì)“電路與電子線路”課程進(jìn)行了三輪教學(xué)改革試點(diǎn)，并取得了較好的反響。“電路與電子線路”課程的教學(xué)改革是一個(gè)不斷總結(jié)、不斷探索、持續(xù)改進(jìn)的過(guò)程。我們的探索與實(shí)踐尚有許多不足和問(wèn)題有待解決。比如如何制作一個(gè)精彩的教學(xué)視頻，如何激發(fā)學(xué)生的求知欲望；如何在教學(xué)過(guò)程中幫助學(xué)生建立自信和滿足感，讓他們覺(jué)得經(jīng)過(guò)自己的努力能夠完成、能夠達(dá)到；如何將所學(xué)新知與已有的經(jīng)驗(yàn)或現(xiàn)實(shí)問(wèn)題進(jìn)行關(guān)聯(lián)，使教學(xué)設(shè)計(jì)與學(xué)生的需求匹配。今后，我們會(huì)繼續(xù)對(duì)該課程的教學(xué)內(nèi)容、方法和手段進(jìn)行深入研究與探討，和國(guó)內(nèi)外同行之間進(jìn)行廣泛交流，從而推進(jìn)“電路與電子線路”課程的建設(shè)進(jìn)程。

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作者簡(jiǎn)介：

顧梅園（1979-），女，浙江舟山人，講師。

劉圓圓（1978-），女，湖北鄂州人，副教授。endprint