以“电路”课程为起点仿真能力三年一贯制培养

王馨梅，李 芳，侯浩录，郑莉平，季瑞瑞

(西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西西安 710048)

我校自动化专业是国家“卓越工程师教育培养计划”试点单位之一，如何理论联系实际突出工程背景，吸引学生自主学习将他们尽早引上追求卓越工程师的轨道，是两个急需探索的问题。我们历经三年教学改革实践之后，总结出了以“电路”课程为楔入点，在电类专业相关的基础课到专业课学习的三年内一贯地坚持将仿真软件教学融入其中。

1 自动化课程体系

电子设计自动化EDA已成为集成电路、印制电路板和电子整机系统设计的重要工具，Multisim软件是支撑EDA的一个重要平台。Multisim可以交互式地搭建电路原理图并对电路进行仿真，且其拥有Spice内核的优势，已被广泛使用，其普及程度逐渐超越传统的PSpice软件。许多高校电类专业学生已在高年级的“EDA技术”选课或课程设计中接触Multisim仿真平台。我们以我校自动化专业为例，从分析课程配置流程图可知，如果先期在“电路”课程中就初步引入Multisim，且在后续的“数字电子电路”和“模拟电子电路”课程中逐步深入，最后在“检测与传感技术”、“电力电子技术”和“EDA技术”等专业课中拓展巩固，会比较符合学生的学习认知规律［1］。

我国许多高校单独开设了“Matlab语言与应用”课程。我们在“电路”课程先期初引入Matlab，在其后的“信号与系统”和“自动控制理论”等专业基础课中逐步深入，最后在“模式识别”、“运筹学”和“智能控制”等专业课中拓展巩固，会更符合学习认知规律［2］。

我们将“电路”作为第一门电类基础课，使其成为电类专业学生的Multisim和Matlab通识教育的起点。我们将20课时数1/3分配给“电路”课程，1/3分配给“数字电子电路”和“自动控制理论”，其余分配给后续专业课程，以保障教学软件Multisim和Matlab融入式教学效果。

2 教学软件与电路教学融合

“电路”课程是面向全部电类专业开设的公共基础课。目前国内“电路”教学的实验课时少，硬件配置有限，缺乏学习平台。

在“电路”课堂教学中利用Multisim提供的“虚拟电路实验室”环境，教师和学生可以不受硬件条件限制，任意搭建电路并在虚拟仪器上查看仿真结果，可以加深学生电路测试能力和了解更多元器件知识［1］。利用Matlab提供的强大计算和作图能力，学生可以快速准确的求解电路问题的数学模型，并绘出格式标准的曲线图形［2］。

引入 Multisim/Matlab仿真软件，应严格按照“电路”课程章节顺序设计具体教学案例，参见表1。

表1 Multisim/Matlab与“电路”结合的教学案例

我们要注意在课程的中后期选择内容抽象不易理解的问题作为案例，使抽象概念具象化。这样能提高“电路”授课效果，同时也能充分向学生展现虚拟仿真工具的优越性。需要特别指出的是，表1中8:“设计电蚊拍电路”案例具有一定难度。它用于展示“电路”和“模拟电子电路”两门课程之间的知识联系，供学有余力的学生在仿真平台上探索。

3 三年一贯制的教学模式经验

在西方国家的大学教学安排中，会有针对性地提前学习工程工具软件。他们在这方面的探索起步很早，甚至在预科就已开始，并在其后的课程中不断加强［3-5］。我们学习和借鉴这种思路并接受了被称为“无缝集成”(Seamlessly Integrated)的概念，从中总结出“及早接触、循序渐进、有机融合，贯穿始终”的指导思想。

我们历经三年“电路”课程改革，总结出如下具体实施经验:

(1)“电路”是电类专业学生的第一门专业基础课，引入Multisim和Matlab应注意适度适量，避免喧宾夺主。它作为学习Multisim和Matlab知识的入门课程，强调以激发学生兴趣和加深对电路的理解为主。

(2)编写一本供学生自学使用的电子版指导手册，严格按照教材的章节顺序来精选Multisim和Matlab示例(并附部分源文件)，以方便学生按课程教学进度自学。

(3)充分重视升入三、四年级后学生的反馈意见和后续课程任课教师的建议。

我校三年的改革实践表明，Multisim/Matlab三年一贯制融入式教学模式的优点突出，主要体现在以下三个方面:①将Multisim和Matlab贯穿至本专业系列课程中学习，能使学生感受到课程之间的紧密内在联系，从而增强知识的综合运用能力。以自动化专业为例，通过循序渐进贯穿始终的Matlab学习，学生能更自然更深刻地体会出“电路”→“信号与系统”→“自动控制原理”三门主干课之间的理论逻辑性;②在理论课的虚拟仿真环境下示范如何分析解决工程问题，实现理论教学与实验教学的一体化，部分地解决实验课安排滞后和实验内容少的问题;③学生可自由探索，不受实验室硬件条件限制，有助于保护和激发学生的自学积极性。

4 结语

工程计算和仿真分析能力一直是电类学生专业素质教育的重要内容之一，在以卓越工程师为培养目标的教学改革实践中，我们参考国外大学先进经验，进行了以“电路”课程为楔入点的Multisim、Matlab三年一贯制融入式教学模式改革。这些具体实施方法，对列入教育部“卓越工程师教育培养计划”的其它专业试点也有一定的参考价值。

［1］ 菊蓉张宝军，Multisim应用于电路分析实验教学的研究［J］，西安:西安邮电学院学报，2006，11(1):123-125

［2］ 张亚琴等.MATLAB在电路分析中的应用研究［J］，沈阳:沈阳师范大学学报(自然科学版)，2009，27(1):59-62

［3］ Wei Zhan et al.Vertical and Horizontal Integration of Laboratory Curricula and Course Projects across the Electronic Engineering Technology Program ［J］.Littleton:American Journal of Engineering Education，2011，2(2):67-80

［4］ 王仲奕等.浅析国外电路教材的写作特色［J］，南京:电气电子教学学报，2008，30(S1):22-25

［5］ S.A.Mitkowski et al.Electrical engineering education in the field of electric circuits theory at AGH University of Science and Technology［C］.Kraków:1st World Conference on Technology and Engineering Education，2010:47-53