基于CDIO的《電路基礎(chǔ)》實驗教學模式的實踐

章寶歌 羅映紅

摘要：基于CDIO工程教育理念的改革思路，針對實踐教學內(nèi)容進行改革，將CDIO教育理念融入具有實踐性課程的設(shè)置和教學過程中。實踐證明，該項改革在課程體系建設(shè)和培養(yǎng)學生實踐能力方面均取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：CDIO；電路基礎(chǔ)；實踐教學

中圖分類號：G643 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）09-0256-02

一、引言

教育部關(guān)于本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的指導意見指出：“主動適應(yīng)我國經(jīng)濟發(fā)展新常態(tài)，推動轉(zhuǎn)型發(fā)展高校把辦學思路真正轉(zhuǎn)到培養(yǎng)應(yīng)用型人才上來。”這就要求深化人才培養(yǎng)方案和課程體系改革。CDIO是基于工程項目生命全周期的工程教育模式，由美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院等4所大學組成的跨國研究機構(gòu)于2004年首次提出，是面向產(chǎn)品、過程、系統(tǒng)生命周期的工程教育方法。2008年，CDIO教學模式引入到我國，我國教育部組織課題組首先開始試點，此后至今我國已有很多高校都引入了CDIO教學模式，并進行了不同程度的應(yīng)用，取得了良好的成效。

《電路基礎(chǔ)》課程教授的是較強的從事本專業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H工作的能力的高級應(yīng)用型、技術(shù)型人才所必備的基礎(chǔ)理論知識和專門知識。電路基礎(chǔ)實驗教學是《電路基礎(chǔ)》課程的重要教學環(huán)節(jié)，通過課程實驗進而提升課程知識融合能力。雖然目前我校的國家級電工電子實驗中心具有配套、完善的硬件設(shè)施和合適的實驗設(shè)備，為《電路基礎(chǔ)》課程的實驗教學創(chuàng)造了良好的條件，但是大部分學生也只是在實驗中心完成課程內(nèi)所開設(shè)的主要實驗項目，對于《電路基礎(chǔ)》課程內(nèi)的很多電路實驗和綜合實驗的完成卻受到局限。Multisim是原理電路設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。將先進的Multisim計算機仿真手段運用到高校的《電路基礎(chǔ)》課程實驗教學中去，使之為教學服務(wù)，不僅可以提高教學質(zhì)量，還可以培養(yǎng)學生對課程知識融合的能力。

二、基于Multisim仿真實驗研究優(yōu)越性

1.傳統(tǒng)教學實驗。《電路基礎(chǔ)》課程內(nèi)所開設(shè)的主要實驗項目主要是仿真驗證型實驗，學生都能利用實驗中心的實驗設(shè)備完成。但是，在實際教學中很多學生不會認識和使用電子器件，所以任課教師還要花費時間去給學生講解電子器件使用知識，效果也不是太好。通過采用Multisim實驗仿真軟件，讓學生提前在Multisim軟件環(huán)境下認識電子器件的使用，并按照需要完成規(guī)定的仿真實驗，然后再到實驗中心進行實際電路驗證實驗，這樣既能熟悉常用的電類儀器的測量方法，又做到理論知識和應(yīng)用技術(shù)的協(xié)調(diào)同步發(fā)展，提高了學習效率。

2.開發(fā)設(shè)計型和綜合型實驗。僅僅只是完成課程內(nèi)傳統(tǒng)的實驗教學，并不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性。而且有些課程內(nèi)傳統(tǒng)的實驗項目并沒有開設(shè)，究其原因是實驗設(shè)備不能滿足要求或者在實驗過程中容易損壞。將導致學生對某些電路現(xiàn)象無法觀察。將Multisim引入《電路基礎(chǔ)》課程實驗教學中，軟件提供了各種元器件和儀器，彌補了實驗室缺少元器件和儀器的缺陷，學生可以驗證自己想驗證的電路，還可以在實驗過程中對設(shè)計的電路調(diào)整電路參數(shù)，可進行各種電路情況分析，觀察不同的仿真結(jié)果。也不用擔心設(shè)計實驗失敗導致的元器件和儀器的損壞，從而大大地發(fā)揮了學生的主觀能動性和創(chuàng)造性。能夠進行設(shè)計型和綜合型實驗的開發(fā)，彌補了傳統(tǒng)實驗教學的不足。

三、Multisim仿真在電路課程實驗教學實例

在電路分析中，基爾霍夫電流定律可表述為：在任何電路的任何一個結(jié)點上，同一瞬間電流的代數(shù)和等于零。基爾霍夫電壓定律可表述為：在任一時刻，沿電路的任一閉合回路循行一周，回路中各部分電壓的代數(shù)和等于零。我們以第三章例3-7為例來驗證結(jié)點電壓法。

單擊仿真開關(guān)或單擊Simulate（仿真）菜單的RUN（運行），用電流表U1、U2和U3分別測量圖1中三個支路電流，各表顯示電流為0.12A、0.08A和-0.04A，這與例3-7的理論計算值一樣，且可以發(fā)現(xiàn)0.12A+0.08A+（-0.04A）=0A，即滿足基爾霍夫電流定律；用電壓表U1、U2、U3和U4分別測量圖2中V1-R2-R1-V2-V1回路的各元件的端電壓，各表顯示電流為4V、1.2V、0.8V和2V，選順時針方向，可列寫出-4V+1.2V+0.8V+2V=

0V，即滿足基爾霍夫電壓定律。

四、結(jié)束語

基于CDIO工程教育理念的改革思路，將CDIO工程教育理念引入《電路基礎(chǔ)》課程實驗教學中，促進實踐教學內(nèi)容進行改革，通過學生的不斷對所學電路的仿真分析，進一步證明，CDIO工程教育理念就是要以此全過程為載體培養(yǎng)學生的工程能力，此能力鍛煉了學生的終生學習能力和交流能力以及分析掌握能力。該項改革在《電路基礎(chǔ)》課程體系建設(shè)和培養(yǎng)學生實踐能力方面效果良好。

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