基于IEET認證的“電路分析”教學的摸索與實踐

陳婷

摘要： 針對目前獨立學院工科學生的實際情況，結合IEET認證標準，探討通過Multisim10.0電子虛擬仿真軟件，以“電路分析”課程為例，將Multisim10.0與項目教學方法結合應用到實踐教學中。教學結果顯示：該方法相較于傳統的課堂教學效果，更能營造活躍積極的課堂氣氛，不僅能激發學生的學習興趣與求知欲望，而且能夠鍛煉動手實踐能力，在電路仿真中加深對書本知識點的理解。

關鍵詞：IEET工程教育認證理念;Multisim10.0;電路分析;項目教學方法

Exploration and Practice of "Circuit Analysis" Teaching Based on IEET Certification

CHEN Ting

（Beijing Institute of Technology， Zhuhai， Zhuhai， Guangdong Province， 519000 China）

Abstract： According to the actual situation of engineering students in independent college， combined with IEET certification standard， this paper discusses the application of multisim10.0 and project teaching method in practice teaching by using multisim10.0 electronic virtual simulation software and taking "circuit analysis" course as an example. The teaching results show that： compared with the traditional classroom teaching effect， It can not only inspire students' interest in learning and desire for knowledge， but also practice their practical ability， and deepen the understanding of book knowledge points in circuit simulation.

Key Words： IEET engineering education certification concept; Multisim10.0; Circuit analysis; Project teaching method

0. 引言

IEET工程教育認證，在專業人才培養、核心能力、學生的跟蹤評估等九個方面，有明確且合理的參照標準。其要求在理念上以學生為中心，以培養結果為導向，確保教育品質，強調與產業社會相結合，并持續改進^[i]。相較于傳統的教學理念中的根據課程內容來規劃教學內容，工程教育認證理念則是要求課程要體現教育目標和核心能力。也就是說要根據學生要達到什么樣的核心能力來開展對應的課程。

本文主要探討在“電路分析”課程中結合項目教學法，以學生為中心進行教學改革。通過使用Multisim10.0電路仿真軟件，有效解決在新冠疫情期間網上教學存在的學生不能在實驗室進行實地操作、以及課內實驗項目類型和數目相對固定等問題。并有效提高學生的學習積極性，以及能夠達到核心能力中要求的諸多能力，例如能設計和進行實驗，并能分析和解釋數據的能力。

0. 電路分析課程特點

“電路分析”是電氣工程、電子工程、通信、計算機、自動化等專業的核心專業基礎課程之一。其內容涵蓋電阻電路分析、動態電路分析、三相電路分析以及正弦穩態電路分析，是研究電路理論的入門課程。一般在工科專業的培養方案中，通常安排適當課時的課內實驗。電路分析實驗是電路分析課程中的重要環節，能夠給學生提供電子儀器以及器件的操作機會，比如示波器、實驗儀器箱、電阻電容等各種元器件^[ii]。

在傳統的“電路分析”課堂教學中，任課老師將教學重點放在理論分析和電路響應的求解計算，而對于實際電路的仿真效果和實物操作在課堂很少提及，導致課堂教學主要是通過灌輸知識為主，而忽略提高學生的自主學習能力^[iii]。同時在進行課內實驗時，由于受到場地、設備和學時的限制，不能充分滿足學生的實踐動手需求，且也給個別懶散的同學提供了抄襲他人實驗報告、拷貝實驗數據的機會。

0. Multisim結合項目教學法在基礎課程中的應用實踐

針對傳統“電路分析”課堂中存在的課堂知識與實際電路的應用及操作結合不充分，以及在課內課堂過于強調理論知識，弱化工程意識的培養。

因此，在本次課堂教學改革中，采用分組合作的方式，給學生布置Multisim電路分析仿真任務。使學生將理論概念與實物操作結合，培養更多的參與感、獲得感以及成就感，以此吸引學生對電類課程的興趣。

“電路分析”主要內容之一是三相交流電路的電壓、電流測量。三相電路在教學過程中，知識點較為晦澀難懂，需要學生掌握的知識點比較多，學好本章節對于學生來說是不小的挑戰。因此針對本章節的知識點，采用項目教學方式，將各個子任務分發給不同組的學生在課下進行完成，最終通過讓學生在臺上進行匯報和答辯，完成本章節內容的學習。

2.1確定項目內容，編寫任務說明書

項目任務：利用Mulitisim仿真軟件的測量工具萬用表與示波器進行仿真驗證三相交流電路的電壓、電流測量。該項目可分為四個子項目分配給每組組員。

子項目1：如圖1所示，三相星型電源—三相星型負載聯接，分別測試相電壓、線電壓、相電流以及線電流的有效值和相位值，是否符合公式1：

——公式1

子項目2：三相星型電源—三相三角型負載聯接，分別測試相電壓、線電壓、相電流以及線電流的有效值和相位值，是否符合公式2：

——公式2

子項目3：三相三角型電源—三相星型負載聯接，分別測試相電壓、線電壓、相電流以及線電流的有效值和相位值，是否符合公式3：

——公式3

子項目4：三相三角型電源—三相星型負載聯接，分別測試相電壓、線電壓、相電流以及線電流的有效值和相位值，是否符合公式4：

——公式4

2.2進行學生分組，布置各組任務

分發任務說明書，講解每組組員負責的子項目任務要求以及完成的時間節點，使組員明確學習任務和要求。

2.3各小組擬定分工和方案，教師審核

學生在收到任務說明書后，需要認真地閱讀和理解，明確自己需要完成的任務和要求，清楚任務書中所規定的期限和進度，分析并確定項目中需要解決的關鍵問題。

2.4根據擬定的方案，學生動手實踐

例如子項目1中的三相星型電源—三相星型負載聯接，學生通過自主學習、教師輔導等方式學習Multisim10.0各種電子元器件和測量工具的使用。其中萬用表XMM1與XMM2測的是線電流和相電流的有效值;XMM3與XMM4測的是線電壓和相電壓的有效值;示波器XSC1兩個頻道分別測得相電壓和線電壓的波形;示波器XSC2，通過電流探頭分別測得相電流和線電流的波形。

根據圖1和公式1可推測，已知相電壓有效值，那么線電壓有效值理論值應為，且相電壓相位應超前于線電壓30°。而線電流和相電流則由于串聯在同一條支路上，可認為兩者相等。

2.5學生上臺講解，項目答辯

在該環節，通過讓學生站上講臺進行PPT項目成果匯報、答辯問答、組員自評、組間互評等過程完成各小組項目任務完成的評價。

2.6進行項目教學總結，拓展教學內容

針對本次三相電路章節采用的項目教學法進行總結，并思考將“電路分析”課程中重難點知識點，例如疊加原理、戴維南電路等進行拓展仿真實驗環節，讓學生在動手實踐中理解知識點，在課下完成項目時培養自主學習的習慣。

0. Multisim結合項目教學法在實驗課程中的應用實踐

在“電路分析”實驗課程中，也存在諸多問題。例如受限于場地設備和課時安排，不能充分滿足學生的實踐動手需求;實驗項目的種類和數目常年不變;學生對電類實驗課程的重要性認識不夠，只是按照教師講解或演示按部就班完成，不能靈活運用課本知識。

針對以上的問題，借助Multisim仿真平臺與實驗設備結合，可有效解決場地設備不足、實驗項目種類數目固定等問題，且在實驗前使用Multisim先行對實驗內容進行電路虛擬仿真，再進行實際電路的線路連接，可切實提高學生的實際動手能力，獨立思考的能力、以及團隊協作能力。

3.1 課內實驗內容的改進

以下以RC一階電路的充放電過程為例，采用項目教學法與Multisim10.0的仿真工具示波器進行設計該實驗項目。

為了能夠清楚了解示波器的原理與調節方式，學生需要掌握簡單的示波器操作，且根據輸出的波形圖進行分析解釋。例如改變掃描速度，需要調節操作面板上的時間軸比例值，而改變幅度的靈敏度可通過通道A/B的比例進行調節^[iv]。另外還可以通過手動移動標尺T1、T2測量波形上的實時數據。

根據不同分組布置題目，且給每組成員布置以下三個子任務，包括學習并掌握虛擬示波器的原理與調節方法;根據實際問題或電路設計電路圖，并學會分析解釋實驗數據;最后則是需要根據已仿真調試好的電路圖，使用電類實驗箱與示波器進行連線實操。本次項目是通過“實際問題-理論分析-電路設計-實操實現”這一過程進行設計的，可提高學生動手能力，也通過使學生自主設計電路并成功實現的成就感，提高學生對電類課程的興趣^[v][vi]。

3.2 實驗課程考核方式的改進

以往“電路分析”的實驗課程考核成績一般由平時成績和實驗報告成績兩部分構成，該考核方式存在一定的弊端。例如對于個別學習主動性差、態度不端正的學生來說，是很容易復制粘貼其他人的實驗數據和實驗報告。同時由于傳統的實驗內容題目是一致的，教師難以通過報告內容進行區分。

此次實驗課程考核環節，將實驗表現與答辯成績納入考核部分中。實驗表現占比百分之50，其中包括根據實際題目進行電路設計部分、電路仿真部分以及實物搭建部分。而答辯部分則占比百分之20，主要考察團隊協作能力，包括PPT演示、組員答辯表現等部分。通過在課內實驗中實施項目教學法，每組同學都需要進行充分的溝通與協作，完成各自負責的子任務，才能最終完成整個項目。在過程中既鍛煉了學生的動手能力，也提高了學生的團隊協作能力^[vii]。

0. 結語

本文主要基于IEET工程認證要求進行“電路分析”傳統教學方式的改革。通過將Multisim10.0與項目教學法結合，將課內教學和實驗課程與項目教學法結合，通過從教學內容、教學方式、考核方式等多個維度以學生為中心，積極調動學生自主學習的積極性，加深學生對書本知識點的理解，并有效提高學生的動手實踐能力，促進學生的學習興趣。

參考文獻

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