面向CDIO工程教育模式的電路分析基礎(chǔ)教學(xué)改革探究

莊慧敏 張紹全 劉興茂 張江林

[摘 要] 為了融入CDIO工程教育模式，滿(mǎn)足工程人才培養(yǎng)方案的需要，電路分析基礎(chǔ)作為電類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程，教學(xué)改革意義重大。文章從教材、教學(xué)方法、考核方式三個(gè)方面進(jìn)行了教學(xué)改革探討，重點(diǎn)是教學(xué)方法。其宗旨就是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生分析和解決工程問(wèn)題的能力。

[關(guān)鍵詞] CDIO工程教育模式;電路分析基礎(chǔ);教學(xué)改革;工程問(wèn)題

[作者簡(jiǎn)介] 莊慧敏（1976—），女，湖北襄陽(yáng)人，工學(xué)博士，講師，研究方向?yàn)殡姎夤こ?張紹全（1981—），女，湖北黃岡人，工學(xué)碩士，講

師，研究方向?yàn)殡姎夤こ獭?/p>

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）30-0176-02? ? [收稿日期] 2019-10-31

一、引言

“電路分析基礎(chǔ)”是電子信息及電氣工程的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課、核心必修課[1]。該課程的教學(xué)既要強(qiáng)調(diào)理論上的科學(xué)性、嚴(yán)密性，又要強(qiáng)調(diào)分析工程技術(shù)問(wèn)題的觀點(diǎn)與方法，培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)際出發(fā)，在理論指導(dǎo)下靈活處理問(wèn)題的能力。

然而，目前該課程的教學(xué)偏重于理論教學(xué)，主要是培養(yǎng)學(xué)生分析和計(jì)算方面的能力[2]。總體上存在如下問(wèn)題：1.由于該課程理論性比較強(qiáng)，內(nèi)容多且面廣，對(duì)于剛接觸基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)課的大一年級(jí)學(xué)生來(lái)講，具有一定的難度;2.教學(xué)模式單一，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高;3.理論與實(shí)踐脫節(jié)，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)構(gòu)成不合理，缺乏對(duì)工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)。因此，如何對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)改革，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，滿(mǎn)足CDIO工程培養(yǎng)模式的需求，成為當(dāng)前一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

二、教材的改革

大部分已出版的電路分析教材偏重理論分析，對(duì)實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)重視不夠，缺乏向CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）工程教育模式的過(guò)渡。為了貼合工程人才培養(yǎng)方案，滿(mǎn)足培養(yǎng)工程性和創(chuàng)新性人才的需求，“電路分析基礎(chǔ)”的教材應(yīng)在電路基本原理的基礎(chǔ)上增加工程實(shí)踐內(nèi)容。鑒于此，成都信息工程大學(xué)的“電路分析基礎(chǔ)”課程組老師在長(zhǎng)期的CDIO工程教育改革中，結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐，組織編寫(xiě)了適應(yīng)CDIO模式的教材。

新教材按照CDIO工程教育創(chuàng)新模式，結(jié)合教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的實(shí)施原則，突出基本理論與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合，強(qiáng)化知識(shí)傳授與能力培養(yǎng)的有機(jī)融合[3]。以電路理論與分析方法及其在工程中的應(yīng)用為主線(xiàn)，以典型工程實(shí)例需解決的問(wèn)題引出各章節(jié)內(nèi)容，以“問(wèn)題”驅(qū)動(dòng)學(xué)生進(jìn)行理論和方法的學(xué)習(xí)。同時(shí)，各章都設(shè)置工程應(yīng)用實(shí)例分析與電路設(shè)計(jì)內(nèi)容，幫助學(xué)生在掌握基本理論的同時(shí)，學(xué)習(xí)實(shí)際電路分析與設(shè)計(jì)的方法，提高學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力。

三、教學(xué)方法的改革

“電路分析基礎(chǔ)”作為一門(mén)工科類(lèi)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，要在教學(xué)過(guò)程中根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，靈活選擇合理的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生建立系統(tǒng)分析、模型抽象、等效變化等工程觀點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和工程實(shí)踐創(chuàng)新的能力。

（一）理論知識(shí)講解的基本原則

該課程基本概念和定理眾多，知識(shí)點(diǎn)抽象，分析方法所用數(shù)學(xué)知識(shí)多且較復(fù)雜。因此，在理論知識(shí)的講授中，需提煉知識(shí)點(diǎn)，遵循一定的基本原則：抓主干、重基礎(chǔ)、攻難點(diǎn)，化抽象為直觀、化繁雜為簡(jiǎn)練。

雖然該課程內(nèi)容豐富，但貫穿其中的只有兩條基本主線(xiàn)：一條是依據(jù)電路的兩類(lèi)約束（拓?fù)浼s束和元件約束），建立電路數(shù)學(xué)模型的一般分析方法;另一條是運(yùn)用電路等效及電路定理，對(duì)電路進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)抓住這兩條基本主線(xiàn)，在透徹地講解基本概念、定律和定理的基礎(chǔ)上，教會(huì)學(xué)生怎樣應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)構(gòu)建、求解電路模型，培養(yǎng)學(xué)生駕馭數(shù)學(xué)工具的能力。

（二）問(wèn)題引導(dǎo)和思路啟發(fā)式教學(xué)

“電路分析基礎(chǔ)”課程的理論性和邏輯性都非常強(qiáng)，且涉及許多復(fù)雜的數(shù)學(xué)知識(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)具有一定的難度。為此，在教學(xué)過(guò)程中，采用問(wèn)題引導(dǎo)和思路啟發(fā)式教學(xué)模式，以學(xué)生為主體，以“問(wèn)題”引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并在理論知識(shí)的講解過(guò)程中，采用啟發(fā)的模式，指導(dǎo)學(xué)生從老師分析問(wèn)題的思路中尋找解決問(wèn)題的方法，有效實(shí)現(xiàn)“以老師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的習(xí)慣和解決工程問(wèn)題的能力。例如，講解正弦量的相量表示時(shí)，首先提出問(wèn)題：“能否采用一種較為簡(jiǎn)單的代數(shù)運(yùn)算替代求解困難的三角函數(shù)運(yùn)算，解決正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析計(jì)算問(wèn)題呢？”然后，讓學(xué)生回顧一下正弦函數(shù)的三要素，以問(wèn)題：“若所有激勵(lì)的頻率相同，只有正弦量的振幅和初相位發(fā)生變化，正弦量的三要素就變?yōu)閮梢兀瑒t數(shù)學(xué)中能夠同時(shí)反映兩個(gè)要素的表達(dá)方式有哪些？”引導(dǎo)學(xué)生尋找答案。

（三）仿真軟件的應(yīng)用

熟練運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證，是學(xué)生應(yīng)該具備的工程能力之一。因此，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)，將Multisim和MATLAB引入該課程的教學(xué)過(guò)程中，既可以幫助學(xué)生直觀、深刻地理解基本理論知識(shí)，又使學(xué)生掌握了電路分仿真分析方法。

Multisim具有界面直觀、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，可以在課堂上借助Multisim進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)仿真演示，將抽象的理論知識(shí)以圖形化的形式直觀展現(xiàn)出來(lái)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)理論知識(shí)的理解。MATLAB軟件不僅具有強(qiáng)大的計(jì)算功能，而且界面友好，可視性強(qiáng)，能夠以多種形式將分析計(jì)算結(jié)果表現(xiàn)出來(lái)，將學(xué)生從復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算中解脫出來(lái)的，同時(shí)也活躍了課堂氛圍.

（四）任務(wù)驅(qū)動(dòng)式實(shí)踐

CDIO教育模式不僅注重學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，還非常重視對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力及團(tuán)隊(duì)合作能力的培養(yǎng)。為了適應(yīng)這種教育模式，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，布置簡(jiǎn)單的項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)，學(xué)生自愿組成小組（一般5～6人），以小組為單位，利用課余時(shí)間完成電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試工作，使其滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

例如，針對(duì)“一階電路的時(shí)域分析”內(nèi)容，布置了燈光報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù);針對(duì)“正弦穩(wěn)態(tài)電路分析”，要求學(xué)生實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì);針對(duì)“電路諧振”的應(yīng)用，要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)“陷波”濾波器，有選擇地除去從監(jiān)視設(shè)備輸入段引入的任何60Hz的信號(hào)。學(xué)生完成設(shè)計(jì)任務(wù)后，安排1～2節(jié)課的時(shí)間，進(jìn)行產(chǎn)品展示和評(píng)比，并給優(yōu)秀小組成員的平時(shí)成績(jī)適當(dāng)加分以資鼓勵(lì)。

四、考核方式的改革

在CDIO教育模式下，“電路分析基礎(chǔ)”課程的教學(xué)目標(biāo)，不只是讓學(xué)生理解和掌握電路理論知識(shí)，還需要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。因此，考核形式必須多樣化。為此，在成績(jī)的構(gòu)成上可設(shè)置平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)兩個(gè)部分，并提高平時(shí)成績(jī)所占比例，提高對(duì)教學(xué)過(guò)程管理和學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)的重視度，從多個(gè)方面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，避免部分學(xué)生將通過(guò)期末考試作為學(xué)習(xí)目標(biāo)和動(dòng)機(jī)，失去學(xué)習(xí)興趣的弊端。其中，平時(shí)成績(jī)由課后作業(yè)、課堂測(cè)驗(yàn)、小組項(xiàng)目設(shè)計(jì)、小組討論課、課程實(shí)驗(yàn)組成。這種多樣化的考核方式能夠促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力和興趣的提高，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的過(guò)程中在多個(gè)方面得到鍛煉，為將來(lái)的學(xué)習(xí)及工作奠定一定基礎(chǔ)。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，文章針對(duì)CDIO教育模式下的“電路分析基礎(chǔ)”課程面臨的問(wèn)題，從教材內(nèi)容、教學(xué)方法與手段（重點(diǎn)內(nèi)容）、考核方式等方面提出了適當(dāng)?shù)母母锓椒ǎ⒃诮虒W(xué)過(guò)程中展開(kāi)應(yīng)用。通過(guò)對(duì)課程的教學(xué)改革，提高課程教學(xué)質(zhì)量，調(diào)度學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)及團(tuán)隊(duì)合作精神，使其滿(mǎn)足產(chǎn)業(yè)界對(duì)工程人才的要求，適應(yīng)當(dāng)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。

參考文獻(xiàn)

[1]曾松偉，周素茵，章云，等.“電路分析”課程教學(xué)改革探討[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2014（6）.

[2]楊金，汪海波，樊敏.電路分析課程教學(xué)現(xiàn)狀分析與教學(xué)改革探討[J].合肥師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2018（3）.

[3]巨輝，周蓉.電路分析基礎(chǔ)：工程教育系列教材[M].北京：高等教育出版社，2012.

Teaching Reform on the Course of Circuit Analysis Foundation under CDIO Engineering Education Model

ZHUANG Hui-min，ZHANG Shao-quan，LIU Xing-mao，ZHANG Jiang-lin

（School of Control Engineering，Chengdu University of Information Technology，Chengdu，Sichuan 610225，China）

Abstract：In order to adapt to CDIO engineering education model and meet the requirement of engineering personnel training program，teaching reform of the Circuit Analysis Foundation，a basic course of electrical related majors，is of great significance.This paper discusses the teaching reform methods from three aspects：teaching materials，teaching methods and assessment methods，with the emphasis on teaching methods.It aims at stimulating students' interest in learning，improving the teaching efficiency，cultivating students' consciousness of engineering and innovation，and improving students' ability to analyze and solve engineering problems.

Key words：CDIO engineering education model;Circuit Analysis Foundation;teaching reform;engineering problem