面向CDIO工程教育模式的电路分析基础教学改革探究

来源:用户上传      作者:庄慧敏 张绍全 刘兴茂 张江林

　　[摘 要] 为了融入CDIO工程教育模式，满足工程人才培养方案的需要，电路分析基础作为电类相关专业的基础课程，教学改革意义重大。文章从教材、教学方法、考核方式三个方面进行了教学改革探讨，重点是教学方法。其宗旨就是激发学生的学习兴趣，培养学生的工程意识和创新意识，提高学生分析和解决工程问题的能力。
　　[关键词] CDIO工程教育模式;电路分析基础;教学改革;工程问题
　　[作者简介] 庄慧敏（1976—），女，湖北襄阳人，工学博士，讲师，研究方向为电气工程;张绍全（1981—），女，湖北黄冈人，工学硕士，讲
　　 师，研究方向为电气工程。
　　[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）30-0176-02    [收稿日期] 2019-10-31
　　 一、引言
　　“电路分析基础”是电子信息及电气工程的专业基础课、核心必修课[1]。该课程的教学既要强调理论上的科学性、严密性，又要强调分析工程技术问题的观点与方法，培养学生从实际出发，在理论指导下灵活处理问题的能力。
　　然而，目前该课程的教学偏重于理论教学，主要是培养学生分析和计算方面的能力[2]。总体上存在如下问题：1.由于该课程理论性比较强，内容多且面广，对于刚接触基础专业课的大一年级学生来讲，具有一定的难度;2.教学模式单一，导致学生的学习兴趣不高;3.理论与实践脱节，实验环节构成不合理，缺乏对工程应用能力的培养。因此，如何对该课程进行教学改革，激发学生的学习兴趣，提高教学质量，满足CDIO工程培养模式的需求，成为当前一个亟待解决的问题。
　　二、教材的改革
　　大部分已出版的电路分析教材偏重理論分析，对实践应用环节重视不够，缺乏向CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）工程教育模式的过渡。为了贴合工程人才培养方案，满足培养工程性和创新性人才的需求，“电路分析基础”的教材应在电路基本原理的基础上增加工程实践内容。鉴于此，成都信息工程大学的“电路分析基础”课程组老师在长期的CDIO工程教育改革中，结合多年的教学实践，组织编写了适应CDIO模式的教材。
　　新教材按照CDIO工程教育创新模式，结合教育部“卓越工程师教育培养计划”的实施原则，突出基本理论与实际应用的结合，强化知识传授与能力培养的有机融合[3]。以电路理论与分析方法及其在工程中的应用为主线，以典型工程实例需解决的问题引出各章节内容，以“问题”驱动学生进行理论和方法的学习。同时，各章都设置工程应用实例分析与电路设计内容，帮助学生在掌握基本理论的同时，学习实际电路分析与设计的方法，提高学生应用知识的能力。
　　三、教学方法的改革
　　“电路分析基础”作为一门工科类的专业基础课程，要在教学过程中根据教学内容，灵活选择合理的教学方法，引导学生建立系统分析、模型抽象、等效变化等工程观点，培养学生理论联系实际和工程实践创新的能力。
　　（一）理论知识讲解的基本原则
　　该课程基本概念和定理众多，知识点抽象，分析方法所用数学知识多且较复杂。因此，在理论知识的讲授中，需提炼知识点，遵循一定的基本原则：抓主干、重基础、攻难点，化抽象为直观、化繁杂为简练。
　　虽然该课程内容丰富，但贯穿其中的只有两条基本主线：一条是依据电路的两类约束（拓扑约束和元件约束），建立电路数学模型的一般分析方法;另一条是运用电路等效及电路定理，对电路进行简化计算。在教学过程中，应抓住这两条基本主线，在透彻地讲解基本概念、定律和定理的基础上，教会学生怎样应用数学知识构建、求解电路模型，培养学生驾驭数学工具的能力。
　　（二）问题引导和思路启发式教学
　　“电路分析基础”课程的理论性和逻辑性都非常强，且涉及许多复杂的数学知识，学生学习起来具有一定的难度。为此，在教学过程中，采用问题引导和思路启发式教学模式，以学生为主体，以“问题”引导学生主动思考，调动学生的学习积极性，并在理论知识的讲解过程中，采用启发的模式，指导学生从老师分析问题的思路中寻找解决问题的方法，有效实现“以老师为主导，学生为主体”的教学模式，培养学生独立思考的习惯和解决工程问题的能力。例如，讲解正弦量的相量表示时，首先提出问题：“能否采用一种较为简单的代数运算替代求解困难的三角函数运算，解决正弦稳态电路的分析计算问题呢？”然后，让学生回顾一下正弦函数的三要素，以问题：“若所有激励的频率相同，只有正弦量的振幅和初相位发生变化，正弦量的三要素就变为两要素，则数学中能够同时反映两个要素的表达方式有哪些？”引导学生寻找答案。
　　（三）仿真软件的应用
　　熟练运用计算机软件进行工程设计和仿真验证，是学生应该具备的工程能力之一。因此，根据教学内容特点，将Multisim和MATLAB引入该课程的教学过程中，既可以帮助学生直观、深刻地理解基本理论知识，又使学生掌握了电路分仿真分析方法。
　　Multisim具有界面直观、操作方便等优点，可以在课堂上借助Multisim进行现场仿真演示，将抽象的理论知识以图形化的形式直观展现出来，激发学生的学习兴趣，加深对理论知识的理解。MATLAB软件不仅具有强大的计算功能，而且界面友好，可视性强，能够以多种形式将分析计算结果表现出来，将学生从复杂的数学计算中解脱出来的，同时也活跃了课堂氛围.
　　（四）任务驱动式实践
　　CDIO教育模式不仅注重学生对基础知识的掌握，还非常重视对学生实践能力及团队合作能力的培养。为了适应这种教育模式，结合教学内容，布置简单的项目设计任务，学生自愿组成小组（一般5～6人），以小组为单位，利用课余时间完成电路的设计、调试工作，使其满足设计要求。 　　例如，針对“一阶电路的时域分析”内容，布置了灯光报警系统设计的任务;针对“正弦稳态电路分析”，要求学生实现功率因数测量仪的设计;针对“电路谐振”的应用，要求学生设计一个“陷波”滤波器，有选择地除去从监视设备输入段引入的任何60Hz的信号。学生完成设计任务后，安排1～2节课的时间，进行产品展示和评比，并给优秀小组成员的平时成绩适当加分以资鼓励。
　　四、考核方式的改革
　　在CDIO教育模式下，“电路分析基础”课程的教学目标，不只是让学生理解和掌握电路理论知识，还需要培养学生的实践动手能力、创新能力及团队协作能力。因此，考核形式必须多样化。为此，在成绩的构成上可设置平时成绩和期末成绩两个部分，并提高平时成绩所占比例，提高对教学过程管理和学生实践能力培养的重视度，从多个方面反映学生的学习情况，避免部分学生将通过期末考试作为学习目标和动机，失去学习兴趣的弊端。其中，平时成绩由课后作业、课堂测验、小组项目设计、小组讨论课、课程实验组成。这种多样化的考核方式能够促进学生学习动力和兴趣的提高，使学生在学习理论知识的过程中在多个方面得到锻炼，为将来的学习及工作奠定一定基础。
　　五、结语
　　综上所述，文章针对CDIO教育模式下的“电路分析基础”课程面临的问题，从教材内容、教学方法与手段（重点内容）、考核方式等方面提出了适当的改革方法，并在教学过程中展开应用。通过对课程的教学改革，提高课程教学质量，调度学生的学习积极性，培养学生工程实践能力、创新意识及团队合作精神，使其满足产业界对工程人才的要求，适应当代社会经济发展的需要。
　　参考文献
　　[1]曾松伟，周素茵，章云，等.“电路分析”课程教学改革探讨[J].电气电子教学学报，2014（6）.
　　[2]杨金，汪海波，樊敏.电路分析课程教学现状分析与教学改革探讨[J].合肥师范学院学报，2018（3）.
　　[3]巨辉，周蓉.电路分析基础：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
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