孟朝霞，張曉榮，蔣衛(wèi)東，喬凌霄，張文芳

(山西能源學(xué)院，山西 晉中 030600)

引言

電路課程一般以傳統(tǒng)的教學(xué)方式進(jìn)行知識(shí)傳授，注重理論知識(shí)的分節(jié)講授，系統(tǒng)展現(xiàn)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(yīng)用入手組織知識(shí)架構(gòu)，缺乏從應(yīng)用角度和專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)入手進(jìn)行知識(shí)重組和理論分析，與應(yīng)用脫節(jié)，導(dǎo)致電路理論是理論課的概念禁錮教學(xué)改進(jìn)。

基于上述問題，在充分深入研究電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，把本專業(yè)課程分為四個(gè)課程群：專業(yè)能力課程群、自動(dòng)控制類課程群、工具類課程群、專業(yè)擴(kuò)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(yè)基礎(chǔ)課，在后續(xù)課程中或多或少都應(yīng)用到本課程的知識(shí)。因此，以電工電子教研室和電氣專業(yè)教研室為主，從各門課程中抽取所應(yīng)用的電路知識(shí)，建立應(yīng)用任務(wù)模塊，以此驅(qū)動(dòng)電路課程的教學(xué)組織和教學(xué)實(shí)施，使得課程高度服務(wù)于專業(yè)建設(shè)。

在教學(xué)實(shí)踐過程中，通過“創(chuàng)設(shè)情境-確定任務(wù)-解決方案-學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)”的途徑，不斷培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、自主學(xué)習(xí)習(xí)慣，提高學(xué)生的思維能力、知識(shí)綜合應(yīng)用能力和解決實(shí)際問題的能力。在此過程中，隨時(shí)對出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)、修改、完善。

通過本課題的研究與實(shí)踐，建設(shè)針對電氣工程領(lǐng)域，工程應(yīng)用技術(shù)性強(qiáng)、教學(xué)內(nèi)容生動(dòng)豐富、教學(xué)方法和手段靈活多樣、教學(xué)資源優(yōu)質(zhì)精彩、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多層次、應(yīng)用實(shí)踐貼近生活、以學(xué)生為主體、以重視應(yīng)用能力培養(yǎng)為目標(biāo)的電路理論優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源。

圖1 課程群分類圖

1. 以任務(wù)為導(dǎo)向，精選教學(xué)應(yīng)用案例

由于課程學(xué)時(shí)的不斷壓縮，深入比對課程間內(nèi)容上的重復(fù)與相關(guān)聯(lián)問題，提出了課程內(nèi)容的整合與優(yōu)化策略，做到本門課程與后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程內(nèi)容的銜接，避免出現(xiàn)相同內(nèi)容在不同的課程中重復(fù)講述，讓學(xué)生擁有更多自由學(xué)習(xí)時(shí)間。同時(shí)，構(gòu)建合理可行的綜合性和創(chuàng)新性的系統(tǒng)級(jí)實(shí)踐，使學(xué)生在系統(tǒng)級(jí)實(shí)踐中有極大的自由度和成長空間，為后續(xù)高電壓技術(shù)、自動(dòng)控制原理等課程的學(xué)習(xí)做好理論與實(shí)踐鋪墊。[1]

以應(yīng)用任務(wù)為導(dǎo)向，在以下四門專業(yè)課中選擇了與電路知識(shí)緊密相關(guān)聯(lián)的主要案例，加強(qiáng)應(yīng)用任務(wù)背景，在應(yīng)用背景中學(xué)習(xí)。舉例如下：

1.1 模擬電子技術(shù)應(yīng)用任務(wù)案例舉例

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

例如對圖2所示共射放大電路進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析，靜態(tài)工作點(diǎn)的近似估算中用到了基爾霍夫電壓定律，動(dòng)態(tài)分析中用到了受控源、基爾霍夫定律等知識(shí)。提前在此環(huán)節(jié)中引入應(yīng)用問題分析。

圖2 共射放大電路

1.2 電機(jī)學(xué)應(yīng)用案例舉例

電機(jī)學(xué)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(fù)載運(yùn)行等效電路；直流電機(jī)的穩(wěn)態(tài)電路模型、直流電機(jī)的勵(lì)磁方式；三相異步電機(jī)的T型等效電路、隱極同步帶機(jī)等效電路模型、單相感應(yīng)電機(jī)等。

圖3 變壓器負(fù)載電路

例如：求圖3所示變壓器負(fù)載電路運(yùn)行等效電路。該題求解用到了戴維南等效定理。提前在此環(huán)節(jié)中引入應(yīng)用問題分析。

1.3 電力電子技術(shù)應(yīng)用案例舉例

電力電子技術(shù)中有電力二極管的主要參數(shù)涉及正向平均電流(額定電流)、有效電流的計(jì)算；單相半波可控整流電路負(fù)載直流平均電壓、平均電流及整流電路的功率因數(shù)計(jì)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(jì)算；三相半波可控整流電路變壓器一次側(cè)、二次側(cè)連接方式；單相交流調(diào)壓電路輸出電壓、電流有效值及輸入功率和功率因數(shù)計(jì)算等。

例如：求圖4所示帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路交流側(cè)非正弦信號(hào)的基波和各次諧波有效值，位移因數(shù)、功率因數(shù)。該題的求解過程中應(yīng)用到了非正弦周期電流電路和信號(hào)的頻譜分析中傅里葉級(jí)數(shù)展開以及功率因數(shù)等知識(shí)點(diǎn)。

圖4 帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路交流側(cè)非正弦信號(hào)

1.4 電力系統(tǒng)分析應(yīng)用案例舉例

電力系統(tǒng)分析中有單回線路的等值電路、變壓器等值電路、網(wǎng)絡(luò)的等值電路、電力系統(tǒng)故障分析等。

例如：求圖5簡單輻射網(wǎng)絡(luò)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(shí)點(diǎn)。

圖5 簡單輻射網(wǎng)絡(luò)

電路理論是大學(xué)生接觸的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課，通過以應(yīng)用為導(dǎo)向，精選后續(xù)課程中涉及電路理論的相關(guān)應(yīng)用為教學(xué)案例，可以增強(qiáng)學(xué)生對電路理論學(xué)習(xí)的實(shí)踐性，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。

2. 應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)，精心設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)

基于應(yīng)用任務(wù)教學(xué)的設(shè)計(jì)過程如圖6所示，包括教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、課堂教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)操作示范。

2.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

(1)重組知識(shí)結(jié)構(gòu)，建立應(yīng)用任務(wù)模塊

傳統(tǒng)的知識(shí)講授不能及時(shí)跟上教改的要求，必須進(jìn)行知識(shí)的重組，打破知識(shí)點(diǎn)安排傳統(tǒng)的固有格局。在電路理論教學(xué)內(nèi)容組織過程中，應(yīng)從應(yīng)用入手組織知識(shí)架構(gòu)，需要優(yōu)化各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)，重新編排，形成有序的、相互關(guān)聯(lián)的教學(xué)應(yīng)用任務(wù)模塊或單元，避免重復(fù)講授。

(2)編寫課程教學(xué)大綱，制作課程教學(xué)課件

圍繞著應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的課程教學(xué)改革工作，必須緊緊圍繞人才培養(yǎng)目標(biāo)這一主題，按照人才培養(yǎng)方案的要求，做好教改的課程大綱，充分體現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)特色需求。同時(shí)改變傳統(tǒng)教學(xué)課件，制作一套新穎的，結(jié)合應(yīng)用任務(wù)的動(dòng)畫(態(tài))式課件，進(jìn)一步在課程習(xí)題上改進(jìn)傳統(tǒng)作業(yè)習(xí)題，體現(xiàn)應(yīng)用內(nèi)容。

(3)緊盯應(yīng)用任務(wù)目標(biāo)，編寫實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱

圖6 任務(wù)教學(xué)設(shè)計(jì)過程

在應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的思考下，盡量改進(jìn)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在保留一些傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，編寫更多應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)性、綜合性和探索性實(shí)驗(yàn)，更大地發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，完成設(shè)計(jì)性、綜合性和探索性實(shí)驗(yàn)。

(4)提升課程教學(xué)內(nèi)涵，建設(shè)精品課程網(wǎng)站

應(yīng)用型人才培養(yǎng)要貫徹到課程中、課堂上，同時(shí)也應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中建設(shè)相應(yīng)的課程教學(xué)網(wǎng)站，全時(shí)空、全方位地與學(xué)生交流互動(dòng)，所以要積極建設(shè)課程教學(xué)網(wǎng)站，提供更多的應(yīng)用案例輔導(dǎo)內(nèi)容，提供網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，全方位實(shí)現(xiàn)精品課程建設(shè)。

2.2 課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，采用“任務(wù)-問題-知識(shí)點(diǎn)”的形式，可采用邊解講、邊思考、邊訓(xùn)練的教學(xué)模式，科學(xué)運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)、方法和手段，堅(jiān)持知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展和綜合應(yīng)用能力提高的原則，使課程做到“教、學(xué)、做、思”的統(tǒng)一協(xié)調(diào)。

2.3 教學(xué)操作示范[2]

在整個(gè)教學(xué)過程中，各個(gè)章節(jié)以后續(xù)課程的具體應(yīng)用為任務(wù)，提出問題，學(xué)生在教師引導(dǎo)下，結(jié)合以前的知識(shí)，解決問題，建構(gòu)新知識(shí)，逐步使學(xué)生養(yǎng)成探索性、自主性學(xué)習(xí)的能力，為走向工作崗位學(xué)習(xí)新知識(shí)奠定良好的基礎(chǔ)。在整個(gè)教學(xué)過程中，還要積極擴(kuò)展第二課堂及建立課程論壇，完善課前課后環(huán)節(jié)的教育指導(dǎo)。整個(gè)教學(xué)過程主要包括以下方面：

(1)確定教學(xué)目標(biāo)

通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該掌握相關(guān)概念、原理及解決問題的研究方法，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題能力。

(2)創(chuàng)設(shè)任務(wù)情景

通過創(chuàng)設(shè)任務(wù)情景，使學(xué)生對本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容有一個(gè)宏觀的應(yīng)用認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提出問題，引出本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容。

(3)組建小組，確定任務(wù)，解決方案

結(jié)合任務(wù)教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)分組，培養(yǎng)小組合作意識(shí)。教師可建議根據(jù)學(xué)生自身的興趣、愛好、學(xué)生間的關(guān)系、適合的聯(lián)系方式、性別搭配等進(jìn)行分組，完成課堂理論的學(xué)習(xí)、討論、總結(jié)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)的驗(yàn)證、設(shè)計(jì)。建議每個(gè)小組由3～7人組成，要求有組長，團(tuán)隊(duì)代言人，書記員。組長組織討論、學(xué)習(xí)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)，團(tuán)隊(duì)代言人負(fù)責(zé)總結(jié)匯報(bào)；書記員負(fù)責(zé)記錄團(tuán)隊(duì)成員的表現(xiàn)。[3]

課堂中要避免教師唱獨(dú)角，搞單向信息灌輸，忽視學(xué)生的實(shí)際參與。應(yīng)積極采用比擬法、分類歸納法和對比法等教學(xué)方法講授課程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)；對于一些能夠通過學(xué)生自主歸納或者證明而得出的定理原理，不應(yīng)急于給出結(jié)論，而是要留給學(xué)生討論和思考的時(shí)間，充分鼓勵(lì)獨(dú)立分析歸納。比如對戴維寧定理的講授，前期引導(dǎo)和推導(dǎo)過程對學(xué)生思維能力和認(rèn)識(shí)能力的鍛煉遠(yuǎn)大于定理內(nèi)容本身。[4]

(4)拓展第二課堂

在電路理論學(xué)習(xí)中，要充分重視數(shù)學(xué)知識(shí)、物理知識(shí)與電路理論的關(guān)系，增強(qiáng)學(xué)生建模和分析數(shù)據(jù)的能力，是提高電路理論教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。教師在上課前要提前給學(xué)生布置下節(jié)課電路理論學(xué)習(xí)中的數(shù)學(xué)、物理知識(shí)，提高學(xué)生在課上對電路理論知識(shí)的學(xué)習(xí)[5]。

(5)建立課程論壇

教師在教學(xué)過程中應(yīng)該積極引入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)，建立課程論壇，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)答疑，幫助教師及時(shí)了解學(xué)生上課的學(xué)習(xí)情況，調(diào)節(jié)教學(xué)進(jìn)度，改進(jìn)教學(xué)方法，便于學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的消化吸收[6]。

3. 改革教學(xué)評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)習(xí)效果提升

對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)是任務(wù)教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。學(xué)生的綜合成績由平時(shí)成績、實(shí)驗(yàn)成績、考試成績?nèi)糠纸M成。平時(shí)成績占10%，包括課堂表現(xiàn)、作業(yè)；實(shí)驗(yàn)成績占30%，其中實(shí)驗(yàn)操作占15%，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理占15%；期末成績占60%。

其中實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，加大了設(shè)計(jì)型和綜合型實(shí)驗(yàn)的比例，要求學(xué)生通過對實(shí)驗(yàn)大綱所規(guī)定的全部教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，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(shí)；培養(yǎng)學(xué)生的用電安全意識(shí)和多條件約束下簡單電路設(shè)計(jì)能力；能夠熟練應(yīng)用電路理論和方法及Multisim仿真軟件分析解決實(shí)驗(yàn)過程中的問題，得到有效的實(shí)驗(yàn)結(jié)論；熟悉電路設(shè)計(jì)方案和實(shí)驗(yàn)報(bào)告編寫的要求，培養(yǎng)學(xué)生編寫完整可行的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案和實(shí)驗(yàn)報(bào)告及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的能力。

4. 課程教學(xué)建設(shè)的成果

電路理論教學(xué)通過采用基于應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式，使同學(xué)們受益匪淺，電路理論考核成績有了顯著的提高；同時(shí)提高了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，并且把電路理論的相關(guān)知識(shí)成功地應(yīng)用到了實(shí)踐中，在電子設(shè)計(jì)大賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)+比賽中使用電路知識(shí)解決了很多技術(shù)難題，取得了優(yōu)異的成績。

基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法，通過理清后續(xù)專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容與電路基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容的關(guān)系，在全面了解后續(xù)專業(yè)課程教學(xué)對電路理論知識(shí)的需求后，匯總了各種應(yīng)用電路理論專業(yè)知識(shí)分析和解決專業(yè)問題的案例，提煉出了適用于電路理論課程教學(xué)的任務(wù)案例，使學(xué)生學(xué)習(xí)與后續(xù)專業(yè)課程相切入，在任務(wù)講解和案例訓(xùn)練中加深對了學(xué)生對電路理論的理解和應(yīng)用能力；并成功將專業(yè)課程學(xué)習(xí)要求、職業(yè)素質(zhì)要求滲透進(jìn)課程教學(xué)培養(yǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)了人才培養(yǎng)的職業(yè)導(dǎo)向作用，推動(dòng)了專業(yè)培養(yǎng)和產(chǎn)業(yè)需求的對接。