基于應用任務驅動的電路理論課程教學模式探析

孟朝霞，張曉榮，蔣衛東，喬凌霄，張文芳

(山西能源學院，山西 晉中 030600)

引言

電路課程一般以傳統的教學方式進行知識傳授，注重理論知識的分節講授，系統展現電路理論的各種理論思想和分析方法。目前電路理論課程一大缺陷是缺乏從應用入手組織知識架構，缺乏從應用角度和專業培養目標入手進行知識重組和理論分析，與應用脫節，導致電路理論是理論課的概念禁錮教學改進。

基于上述問題，在充分深入研究電氣工程及其自動化專業人才培養目標的基礎上，把本專業課程分為四個課程群：專業能力課程群、自動控制類課程群、工具類課程群、專業擴展提升課程群，如圖1所示。從圖1可以看出，電路理論是一門重要的專業基礎課，在后續課程中或多或少都應用到本課程的知識。因此，以電工電子教研室和電氣專業教研室為主，從各門課程中抽取所應用的電路知識，建立應用任務模塊，以此驅動電路課程的教學組織和教學實施，使得課程高度服務于專業建設。

在教學實踐過程中，通過“創設情境-確定任務-解決方案-學習評價”的途徑，不斷培養學生的學習興趣、自主學習習慣，提高學生的思維能力、知識綜合應用能力和解決實際問題的能力。在此過程中，隨時對出現的問題進行總結、修改、完善。

通過本課題的研究與實踐，建設針對電氣工程領域，工程應用技術性強、教學內容生動豐富、教學方法和手段靈活多樣、教學資源優質精彩、實驗內容多層次、應用實踐貼近生活、以學生為主體、以重視應用能力培養為目標的電路理論優質教學資源。

圖1 課程群分類圖

1. 以任務為導向，精選教學應用案例

由于課程學時的不斷壓縮，深入比對課程間內容上的重復與相關聯問題，提出了課程內容的整合與優化策略，做到本門課程與后續相關專業課程內容的銜接，避免出現相同內容在不同的課程中重復講述，讓學生擁有更多自由學習時間。同時，構建合理可行的綜合性和創新性的系統級實踐，使學生在系統級實踐中有極大的自由度和成長空間，為后續高電壓技術、自動控制原理等課程的學習做好理論與實踐鋪墊。[1]

以應用任務為導向，在以下四門專業課中選擇了與電路知識緊密相關聯的主要案例，加強應用任務背景，在應用背景中學習。舉例如下：

1.1 模擬電子技術應用任務案例舉例

模擬電子技術中的二極管特性分析；三極管的工作原理分析；低頻小信號等效模型；三極管放大電路的等效電路法；場效應管的小信號等效模型；場效應管基本放大電路模型；單級放大電路的頻率響應；多級放大電路的頻率響應；乙類功放電路的指標估算等。

例如對圖2所示共射放大電路進行靜態和動態分析，靜態工作點的近似估算中用到了基爾霍夫電壓定律，動態分析中用到了受控源、基爾霍夫定律等知識。提前在此環節中引入應用問題分析。

圖2 共射放大電路

1.2 電機學應用案例舉例

電機學中有變壓器的T型等效電路、三繞組變壓器等效電路、變壓器空載等效電路、變壓器負載運行等效電路；直流電機的穩態電路模型、直流電機的勵磁方式；三相異步電機的T型等效電路、隱極同步帶機等效電路模型、單相感應電機等。

圖3 變壓器負載電路

例如：求圖3所示變壓器負載電路運行等效電路。該題求解用到了戴維南等效定理。提前在此環節中引入應用問題分析。

1.3 電力電子技術應用案例舉例

電力電子技術中有電力二極管的主要參數涉及正向平均電流(額定電流)、有效電流的計算；單相半波可控整流電路負載直流平均電壓、平均電流及整流電路的功率因數計算；三相電壓型逆變電路輸出相電壓的基波幅值和有效值、輸出線電壓的基波幅值和有效值、輸出線電壓中諧波的有效值計算；三相半波可控整流電路變壓器一次側、二次側連接方式；單相交流調壓電路輸出電壓、電流有效值及輸入功率和功率因數計算等。

例如：求圖4所示帶阻感負載時可控整流電路交流側非正弦信號的基波和各次諧波有效值，位移因數、功率因數。該題的求解過程中應用到了非正弦周期電流電路和信號的頻譜分析中傅里葉級數展開以及功率因數等知識點。

圖4 帶阻感負載時可控整流電路交流側非正弦信號

1.4 電力系統分析應用案例舉例

電力系統分析中有單回線路的等值電路、變壓器等值電路、網絡的等值電路、電力系統故障分析等。

例如：求圖5簡單輻射網絡的等值電路。該題用到了電路理論交流電路分析方法以及變壓器阻抗變換等知識點。

圖5 簡單輻射網絡

電路理論是大學生接觸的第一門專業基礎課，通過以應用為導向，精選后續課程中涉及電路理論的相關應用為教學案例，可以增強學生對電路理論學習的實踐性，為后續課程的學習打好基礎。

2. 應用任務驅動，精心設計教學環節

基于應用任務教學的設計過程如圖6所示，包括教學內容設計、課堂教學設計、教學操作示范。

2.1 教學內容設計

(1)重組知識結構，建立應用任務模塊

傳統的知識講授不能及時跟上教改的要求，必須進行知識的重組，打破知識點安排傳統的固有格局。在電路理論教學內容組織過程中，應從應用入手組織知識架構，需要優化各章節知識點，重新編排，形成有序的、相互關聯的教學應用任務模塊或單元，避免重復講授。

(2)編寫課程教學大綱，制作課程教學課件

圍繞著應用任務驅動的課程教學改革工作，必須緊緊圍繞人才培養目標這一主題，按照人才培養方案的要求，做好教改的課程大綱，充分體現專業培養特色需求。同時改變傳統教學課件，制作一套新穎的，結合應用任務的動畫(態)式課件，進一步在課程習題上改進傳統作業習題，體現應用內容。

(3)緊盯應用任務目標，編寫實驗教學大綱

圖6 任務教學設計過程

在應用任務驅動的思考下，盡量改進現有的實驗內容。在保留一些傳統的實驗的基礎之上，編寫更多應用任務驅動的設計性、綜合性和探索性實驗，更大地發揮學生的主動性和創造性，完成設計性、綜合性和探索性實驗。

(4)提升課程教學內涵，建設精品課程網站

應用型人才培養要貫徹到課程中、課堂上，同時也應在網絡環境中建設相應的課程教學網站，全時空、全方位地與學生交流互動，所以要積極建設課程教學網站，提供更多的應用案例輔導內容，提供網絡教學平臺，全方位實現精品課程建設。

2.2 課堂教學設計

課堂教學設計，采用“任務-問題-知識點”的形式，可采用邊解講、邊思考、邊訓練的教學模式，科學運用現代教育技術、方法和手段，堅持知識、能力、素質協調發展和綜合應用能力提高的原則，使課程做到“教、學、做、思”的統一協調。

2.3 教學操作示范[2]

在整個教學過程中，各個章節以后續課程的具體應用為任務，提出問題，學生在教師引導下，結合以前的知識，解決問題，建構新知識，逐步使學生養成探索性、自主性學習的能力，為走向工作崗位學習新知識奠定良好的基礎。在整個教學過程中，還要積極擴展第二課堂及建立課程論壇，完善課前課后環節的教育指導。整個教學過程主要包括以下方面：

(1)確定教學目標

通過本節課的學習，學生應該掌握相關概念、原理及解決問題的研究方法，培養學生分析、解決問題能力。

(2)創設任務情景

通過創設任務情景，使學生對本節課的教學內容有一個宏觀的應用認識，增強學生學習的興趣，提出問題，引出本節課的教學內容。

(3)組建小組，確定任務，解決方案

結合任務教學，引導學生科學分組，培養小組合作意識。教師可建議根據學生自身的興趣、愛好、學生間的關系、適合的聯系方式、性別搭配等進行分組，完成課堂理論的學習、討論、總結及實驗教學的驗證、設計。建議每個小組由3～7人組成，要求有組長，團隊代言人，書記員。組長組織討論、學習和項目設計，團隊代言人負責總結匯報；書記員負責記錄團隊成員的表現。[3]

課堂中要避免教師唱獨角，搞單向信息灌輸，忽視學生的實際參與。應積極采用比擬法、分類歸納法和對比法等教學方法講授課程中的重點和難點；對于一些能夠通過學生自主歸納或者證明而得出的定理原理，不應急于給出結論，而是要留給學生討論和思考的時間，充分鼓勵獨立分析歸納。比如對戴維寧定理的講授，前期引導和推導過程對學生思維能力和認識能力的鍛煉遠大于定理內容本身。[4]

(4)拓展第二課堂

在電路理論學習中，要充分重視數學知識、物理知識與電路理論的關系，增強學生建模和分析數據的能力，是提高電路理論教學質量的關鍵。教師在上課前要提前給學生布置下節課電路理論學習中的數學、物理知識，提高學生在課上對電路理論知識的學習[5]。

(5)建立課程論壇

教師在教學過程中應該積極引入網絡技術、多媒體技術，建立課程論壇，進行網絡答疑，幫助教師及時了解學生上課的學習情況，調節教學進度，改進教學方法，便于學生對教學內容的消化吸收[6]。

3. 改革教學評價，促進學習效果提升

對學生的學習效果進行評價是任務教學的一個重要環節。學生的綜合成績由平時成績、實驗成績、考試成績三部分組成。平時成績占10%，包括課堂表現、作業；實驗成績占30%，其中實驗操作占15%，實驗數據處理占15%；期末成績占60%。

其中實驗環節，加大了設計型和綜合型實驗的比例，要求學生通過對實驗大綱所規定的全部教學內容的學習，能夠熟練掌握常用電工儀器、儀表的使用方法和用電安全知識；培養學生的用電安全意識和多條件約束下簡單電路設計能力；能夠熟練應用電路理論和方法及Multisim仿真軟件分析解決實驗過程中的問題，得到有效的實驗結論；熟悉電路設計方案和實驗報告編寫的要求，培養學生編寫完整可行的實驗設計方案和實驗報告及實驗數據處理的能力。

4. 課程教學建設的成果

電路理論教學通過采用基于應用任務驅動的教學模式，使同學們受益匪淺，電路理論考核成績有了顯著的提高；同時提高了同學們的學習興趣，并且把電路理論的相關知識成功地應用到了實踐中，在電子設計大賽、創新創業、互聯網+比賽中使用電路知識解決了很多技術難題，取得了優異的成績。

基于任務驅動的教學方法，通過理清后續專業課程教學內容與電路基礎課程教學內容的關系，在全面了解后續專業課程教學對電路理論知識的需求后，匯總了各種應用電路理論專業知識分析和解決專業問題的案例，提煉出了適用于電路理論課程教學的任務案例，使學生學習與后續專業課程相切入，在任務講解和案例訓練中加深對了學生對電路理論的理解和應用能力；并成功將專業課程學習要求、職業素質要求滲透進課程教學培養的各個環節，加強了人才培養的職業導向作用，推動了專業培養和產業需求的對接。