“金课”背景下“电路分析基础”课程建设研究.pdf

2023年/第8期 物联网技术人才培养Vocational Education1470 引 言2018 年 10 月，教育部发布关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知1，该通知强调高教四十条，首次明确提出高等教育淘汰“水课”、打造“金课”2的课堂教学革命要求，指导高等教育院校大力推进以学生发展为中心的基于信息技术的教学改革革命。2019 年 9 月发布新时代高教二十二条，提出落实以立德树人为根本任务的课程思政建设和提高课程建设质量的“金课”建设要求。2019年 10 月，教育部发布了关于一流本科课程建设的实施意见，进一步将“金课”建设作为当前国家高等教育领域推进一流本科建设的关键抓手。“电路分析基础”课程是我院各专业期班的专业背景课程，是实现科学文化基础课程和专业课程知识衔接与层进的先导性和关键性课程，着重打牢基本概念，强化定理和定律运用，建立系统级概念，培养团队协作意识和工程化思维。传统教学模式下，该课程主要采用线下教学模式，教师作为课堂的主体，采用讲授式为主的教学方法，传授经典的电路分析理论和方法。考核方式则以闭卷考试为主，重点考察学生对基本知识的掌握情况以及对电路进行理论分析计算的能力。教学仍处于灌输型、封闭型和重学轻思型阶段。在信息技术和互联网技术飞速发展的今天，学习时间碎片化、内容多元化、方式自主化等促使教育教学理念、模式方法以及环境条件均发生深刻变革。因此，进行“电路分析基础”课程建设研究，推进教学模式、内容、方法改革势在必行。1 课程建设思路2018 年教育部吴岩司长指出，“金课”具有“高阶性、创新性和挑战度”，即“两性一度”显性特征3。依据国家教育部指导性文件，“金课”建设模式分为“线下”“线上”“线上+线下混合”“虚拟仿真”和“社会实践”五种类型。“线上+线下混合”类型是一种既包含线下又包含线上教学的课程形态。通过线上资源完成预习、测验、答疑解惑等教学环节，进而转变线下课堂教学模式方法，通过两种课程形态优点的综合运用，催生“以学生为中心”课堂的革命4。“电路分析基础”课程具有“三多两难一不均衡”的特点。“三多”是指课程的知识点多、图形符号多、电路形式多。“两难”是指概念理解难、综合应用难。“一不均衡”是指知识点的难易程度不均衡。基于课程特点，采用“线上+线下混合”教学模式5，将学习过程分为课前课中课后三阶段，每阶段老师和学生有不同的任务分工，解决不同的问题，可以很好地解决“三多两难一不均衡”的问题。对于简单知识点可以采用老师课前发布学习任务，学生线上自学的方式完成。课中环节，老师主要对于难理解的概念，采用精讲精练、研讨交流等方式，充分利用线上资源，借助于动画、仿真、实物演示视频等形象展示，以助于消化理解，进而促进学生对知识的学习效果。课后教学阶段，老师以指导交流为主，在老师的指导下，完成拓展任务的学习与测试，培养学生的协作意识和创新思维。“线上+线下混合”教学模式的实施流程如图 1 所示。采用混合教学模式，利用线上、线下资源打破传统教学模式时间和空间限制。教师由课堂的主体转变为“课堂精细加工师和设计师”，学生成为课堂的主体，在教师的引导下，通过讨论、研讨、争辩、实践等方式达到教学目标。教学流程由传统模式的教师先教学生后学课后练习的流程，变为学生先学先测教师后教拓展练习的流程，实现教学流程的全翻转，培养了学生的学习能力和创新意识。“金课”背景下“电路分析基础”课程建设研究张显才，崔晶晶，张 雪（空军预警学院，湖北 武汉 430019）摘 要：为解决传统教学模式下，“电路分析基础”课程存在的教学时长与教学内容、被动学习与自主学习、重知轻行和知行合一之间的矛盾，论述了以课程“金课”建设为牵引，采用“线上+线下混合”教学模式的实施流程以及配套的教学内容和考核方式改革的方法和举措。实践表明，采用混合教学模式可以有效解决传统教学中存在的矛盾，全面促进学生自主学习能力、知识综合运用能力和科技创新能力的培养和提高。关键词：电路分析基础；金课；课程建设；自主学习；混合教学模式；能力培养中图分类号：TP30 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2023）08-0147-04收稿日期：2022-09-29 修回日期：2022-10-16DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2023.08.040物联网技术 2023年/第8期 人才培养Vocational Education148图 1 混合教学模式的实施流程2 课程建设方法2.1 教学内容设计依据课程内容知识体系，按照“两性一度”的要求，遵循能力素质生成规律，依据由浅入深、互为补充的原则，将课程内容按照理论6、实验和思政三个部分进行设计，旨在打牢知识基础，培养高阶思维和创新意识，培塑科学的思维方式、严谨务实的职业素养和正确的价值取向。教学内容结构图如图 2 所示。2.1.1 理论教学内容设计理论教学内容设计紧紧围绕课程的基本结构，即一个假设（集总假设）、两类约束（基尔霍夫定律和元件电压电流关系）、三大基本方法（叠加、分解和变换域）展开7-8。通过基本内容的学习，使得学生掌握基本概念、基本方法和基本理论，在此基础上将内容适当延伸，培养学生的高阶思维9；通过将所学模型电路与具体半导体元件相结合，理论知识向实际应用拓展，激发学生的内在潜能，培养学生的创新意识；依据热点科技问题，运用图书馆藏书、互联网等信息资源，综合运用所学理论知识，科学阐释具有一定挑战度的热点科技问题，激发学生的学习热情和探究欲望。具体理论课教学内容设计见表 1 所列。图 2 教学内容设计2.1.2 实验教学内容设计实验教学的内容按照“重基础，强应用，促创新”的思路进行设计。本课程实验是学生学习电类课程的首门实验课，只有打牢基础，才能为后续课程实验提供坚实保障；课程内容实践性强，应用广，突出课程的实践应用性才能更好地激发学生学习热情；实施创新驱动发展战略是国家发展战略，鼓励创新也是教学目标之一，更是学生能力和素质的综合体现。为此，实验教学内容设计为验证性实验、设计性实验和创新性实验三个板块10。每个板块的实验内容见表 2 所列。表 1 理论内容模块模 块基本内容高阶性内容创新性内容挑战度内容电阻电路分析1.集总电路中电压、电流的约束关系；2.运用独立电流、电压变量的分析方法；3.分解方法及单口网络1.利用支路分析法求解三极管电路的静态工作点；2.利用节点分析法计算理想运算放大器电路的输出电压在学习晶体管模型的基础上，运用所学电路知识，分析晶体管的工作原理，进而熟悉晶体管的工作特性1.查阅资料，了解光纤接口电路 LVPECL 的电平特性，利用等效原理设计电平转换电路；2.查阅资料，了解手机快充原理，运用一阶电路知识解释手机快充原理；3.查阅资料，了解网络导纳测试的原理和测试方法；4.查阅资料，了解三相不平衡的危害，利用所有知识解释换相法实现三相不平衡治理的方法和原理动态电路分析1.电容元件和电感元件；2.一阶电路；3.二阶电路1.查阅资料，认识和了解超级电容；2.利用一阶电路的思路，得到二阶电路的求解方法1.运用数学知识分析一阶电路的积分、微分特性；2.利用一阶电路知识，设计波形变换电路正弦稳态分析1.交流动态电路；2.阻抗和导纳；3.正弦稳态功率和能量；4.三相电路；5.电路的频率响应；6.耦合电感和理想变压器1.动态电路和稳态电路的区别以及储能元件在两种电路中的分析方法；2.谐振电路的滤波特性；3.实际变压器与理想变压器的区别1.利用电路的频率特性，分析移相器电路的工作原理并实际制作；2.测试工频电源变压器的频率特性2023年/第8期 物联网技术人才培养Vocational Education1492.1.3 思政内容设计依据课程教学目标，围绕科学思维方法、职业素养和家国情怀开展内容设计，梳理课程典型思政案例库，在课程教学过程中融入立德树人元素，培养学生树立正确的人生观、价值观和爱国主义情怀，达到润物细无声的育人 效果。将马克思主义的科学观融入教学的全过程，培养学生分析问题的科学方法，研究问题的科学精神和科学素养11。在讲授基尔霍夫定律、戴维南定理等章节，讲述科学家的故事，传递科学家的精神，在无形中将正确的科学观与理论知识相结合，将立德树人内化到教学课程中，达到知行合一，德智融合。在二阶电路分析中，引导学生通过一阶电路求解思路，进行拓展和推导，得到二阶电路的求解方法，发挥学生主体性，引导学生主动思考，进而培养科学的思维方法。教学内容体现职业素养。课程内容既涵盖基本定理定律，也包含工程技术应用。结合科学家事迹和当代大国工匠精神，培养学生精益求精的进取精神和爱岗敬业、志存高远的价值取向，进而激发学习本课程的热情12。在设计性实验环节，引导学员不仅追求设计电路的正确性，还要关注所设计电路的稳定性、可靠性以及美观性等因素。在电路测试时，不仅需要正确地选择和使用仪器仪表，更要思考测量误差产生的原因以及如何减小测量误差。通过这些举措，在潜移默化中培养学生的工匠精神和进取精神。教学内容彰显家国情怀。结合相关知识点讲解科学家的事迹，激发学员的创新意识，坚定服务国家、报效祖国的理想信念；结合三相电路，讲授我国特高压直流输电技术位于国际领先水平，培养家国情怀，提升“四个自信”。2.2 线上与线下教学内容设计“电路分析基础”课程在内容上具有承接性的特点。课程教学内容与前续课程以及课程内容本身联系紧密。在传统教学中，主要采用线下讲授为主的教学模式，精讲多练的教学方法，对经典的电路分析基础知识进行讲授，而对于知识的承接性关注度不够，教学重难点区分度不高。学生在学习过程中，始终处于被动学习状态，无法培养学生的自我学习意识和创新意识。例如，在三相电路这节课中，三相电的概念、三相电的产生等内容，基本是前续正弦交流电知识的延伸和扩展，学习掌握起来难度不大。因此，对该部分内容进行线上教学非常合适，既培养了学生充分发掘利用线上资源和网络资源的能力，培养学生的自学能力，又使学生深刻认识到知识的继承性，培养学生的知识迁移能力。而对于对称和非对称负载情况下三相电路参数的计算，是学习的难点内容，其中涉及大量的理论分析及计算，且其分析过程中蕴含了大量的科学思维方法。此内容宜采用线下教学，通过线下教学，使得学生掌握电路的分析和计算方法，深刻感受科学思维方法在实际中的应用以及对于实际的指导意义。为此，对教学内容进行梳理，明确线上和线下教学内容，既能使学生利用线上资源对新知识进行学习，培养学生自主学习能力，同时又可以节省宝贵的线下教学时间，进行知识重难点的 突破。2.3 考核方式设计“电路分析基础”课程采用综合性全程考核，分为形成性考核和终结性考核两部分。其中，形成性考核主要包括自主学习、知识运用、实验实践、团队合作等核心能力考核，综合考核学生课前任务完成情况、课中学习情况、实验动手及仪器仪表操作能力、知识综合运用能力和团队协作意识。终结性考核主要采取期末闭卷笔试考核的方式，考察学生对课程所学理论知识点的掌握情况。课程总成绩由形成性成绩和终结性成绩按比例累加构成。表 2 实验内容设计所属板块实验内容教学目标验证性实验1.基尔霍夫定律的验证；2.戴维南定理的验证；3.叠加定理的验证；4.容抗、感抗测试；5.功率和功率因数的测试；6.RLC 谐振网络的测试1.掌握电路的搭建方法和原则；2.学习万用表的使用方法，掌握提高测试精度的方法；3.掌握信号源和示波器的使用方法设计性实验1.模拟三用表的设计；2.设计压控电压源；3.设计恒流源电路1.理解并掌握电路设计的原则、方法和步骤；2.掌握电路的测试方法；3.运用理论知识分析误差产生原因创新性实验1.利用李沙育图测试信号的频率和相位；2.音效器电路设计与制作1.理解相位和相位差的概念；2.掌握示波器 X-Y 方式下的测量和显示原理；3.培养系统级的思维，建立系统级的概念；4.培养团队协作能力和运用理论知识解决实际问题的能力物联网技术 2023年/第8期 人才培养Vocational Education1503 教学成效2019 年 12 月，我院部署了 2020 年“金课”建设任务。从 2020 年秋季学期开始，我院已经开始按照“金课”建设标准和要求，每年遴选一个专业约 30 名学生按照“线上+线下混合”教学模式进行“电路分析基础”课程的教学实践。从 2019 年秋季开始，课程教学组按照“金课”建设标准和要求，对课程教学内容和教学方法进行了重构，突出与实际工程问题的结合和融合度，体现课程理论内容的实践属性，激发学生学习的内生原动力；突出实践动手能力、仪器仪表使用能力和机务作风等的培养，激发学生积极主动参与意识；突出课程内容隐含的科学家精神和科学素养，激发创新意识。教学模式由传统的线下教学模式更改为线上线下混合教学模式，突破了传统教学时间和空间上的限制，实现真正的构建主义的课堂。在 2020 年和 2021 年秋季学期，分别选择一个专业进行改革试点。2 年来，改革试点班与其他传统教学班成绩分析如图 3 所示。从成绩分布来看，试点班学生的不及格率低于传统教学班。在优良率上却远高于传统教学班。除此之外，试点班学生在大学生电子设计竞赛、大学生物联网竞赛以及大学生计算机设计大赛中也均取得了较好的成绩。图 3 改革试点班与其他传统教学班成绩对比分析4 结 语“金课”建设已列为国家计划，成为推动高等教育人才培养变革的关键性举措，也是高等教育面向未来的发展方向。实践证明，按照“金课”的标准要求，对课程教学内容进行重新设计，对教学模式方法进行改革，符合学生的认知特点，能有效地调动学生学习的积极性、主动性，参与度高，学习成效明显。参考文献1 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涛（1985），男，博士，讲师，研究方向为雷达系统设计。孙文方（1979），男，博士，副教授，研究方向为卫星光谱遥感数据信息处理。沈利荣（1987），女，博士，副教授，研究方向为脉冲星导航信号处理。孙景荣（1975），女，博士，副教授，研究方向为导航信号与信息处理、信号检测与识别。（上接第146页）