《电路理论基础》精品开放课程建设的质量提升与改革实践研究

王 凤

(中山大学新华学院 信息科学系，广州510520)

2011 年教育部《关于国家精品开放课程建设的实施意见》指出:加强优质教育资源开发和普及共享，进一步提高高等教育质量，服务学习型社会建设［1］，拉开了新一轮的精品课程建设序幕，早在2007 年教育部《关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见》当中就明确指出:在以往的基础上面，进行重点改革和建设，提升课程建设水平和教学质量［2］。2012 年MOOCS 风潮席卷全球，Udacity、Coursera、edX 三大MOOCs 网站平台相继成立运营，因此被称为“慕课元年”［3］，这2 年的快速发展，对传统教学提出了很大的挑战，同时国内也相继开始了MOOCS 平台的建设，不论是高等学校还是公司机构都加入到这个博弈的舞台，以此理念来建设重点课程和精品课程是很有必要的，精品资源开放课程以开放共享优质的教学资源为理念与其思想不谋而合，本文以《电路理论基础》这门课程重点探讨怎么建设高质量的精品开放课程。

1 《电路理论基础》课程教学的难点

《电路理论基础》课程一般采用的教材是邱关源的《电路》［4］，作为工科专业学生的基础必修课，具有非常重要的地位，此门课程在专业学习中是承前启后，承接高等数学、大学物理等公共基础课，为后续专业课程提供必要的基础理论。本书一共18 章，主要全面讲述电路的基本定理定律，基本概念还有分析的典型例题，分为理论部分和实验部分，理论部分大部分采取的挑选讲授，很难把18 个章节在课堂上授课完，针对不同专业但属于同一大类的学生教学难易度又不能一样，电子电气方向的学生的难度要大，计算机方向的学生难度要小，选择的重点也不一样，那么此课程作为专业公共基础必修课要全面考虑各专业学生学习的状况，采取不同教学方式和方法。

理论教学方面，针对不同专业的学生所制定的教学计划根据实际情况进行调整，还需要根据学习内容调整上课学时，在课堂上授课时根据不同专业学生采用不同的进度，侧重重难点，主要以启发式与引导式学习方式，循序渐进让学生学的懂，听的明白，能思考，在原有的基础理论上面进行延伸。实践教学方面，作为电路理论基础的实验课，基本都是验证书本上面的定理定律，都是验证性实验，很多人提出要减少验证性实验，增加综合性设计性实验，这里有个误区，并不是把验证性改成综合性和设计性实验就是提高了实验教学的质量和进行了必要改革，其实在电路实验里面，大部分依然还是基础的验证性实验，只是我们应该怎么做，怎么提出问题，设计问题，把验证性衍生一样可以起到综合性和设计性实验的效果。以上都是从传统教学方面指出存在的问题，作为电路理论基础的精品课程建设，具有一定的启示作用，精品课程的建设旨在提高课程学习质量，从多方面对传统课堂延伸，并在传统课程的基础上进一步加强课程建设。

2 精品开放共享资源课程建设

前面探讨了《电路理论基础》课程教学中存在的一些问题，作为工科专业的必修课，此门课程的内容基本上很多年都不变，这对电子信息这样大类的课程群来说有点格格不入，随着科技的发展，很多技术都日新月异，总的学时并没有改变，但是教学计划，新技术新课程的出现，一直都在做大的调整，然而电路的权威教材最新的也才是06 版的，电路课程没有更新没有改变也是正常的，毕竟都是最基础的东西，那么这样就提出了个新问题，既要改革传统的教学方法，也要建设精品课程，同时要符合时代和社会的需求，那么需要新的理念来建设精品开放共享资源课，这里刚好借用MOOCS 的理念来提升其质量。

首先，从精品课程到精品资源共享课程是质量工程中的建设项目，建设都是按部就班，按照各种规则和条件来建设，具体规划其属于什么类型的课程，教学方法，教学手段，教学大纲，教学资源，教师队伍，建设效果，以及课程的特色等，通过建立相关的网站，把相应的材料上传，然后上传部分视频，就算建设好结题，之后就很少更新和扩展，仅仅作为一个项目，从精品课程升级到精品资源共享课程无非增加了一些指标和要求，在这里以MOOCS 的理念建设《电路理论基础》的精品开放共享资源课，那么除了完成相关重点课程和精品课程的指标外，建设怎么样的学习平台是非常重要的。这里建设学习平台就要吸引学生访问，学生能持续从平台中获得自身需要的资源，使用对象是学生，不能仅仅只注重效果，还要看能否吸引学生的兴趣，确实能帮助到他们加深知识点的学习和奠定好后续课程的基础。平台的建设就是把网站建设，以往的网站都是按照要求分门别类，更像是一个堆资料的地方，按照现在的方式，以简洁为主，可以在线实时的学习，知识点细化讲授，还可以进行讨论和问题求解。依据这种方式，就需要认可教师花时间用在录制相关的知识点视频上，形成全面的知识点体系视频，可以借鉴网络上的在线学习课堂方式。既然是针对一门课程，那就形成这门课程从易到难的知识点完整视频，并且要标注每个视频适合什么专业学生学习，通过这种方式区分不同专业，对传统课堂是有益的补充。让教师团队齐心协力录制整本书所有的知识点，可以每学期根据实际的进度和采用的教学方法，实现逐步补充内容到平台中，并可以分初级，中级，高级，采取分级的形式完善课题体系，甚至可以让刚入校的学生提前学习。从建设平台开始以教师团队为主，从基础理论授课视频开始，逐步录制逐步上传，先从知识点开始，最后形成体系，理论教学和试题分析视频等分成不同的栏目，随着平台的不断完善，录制的视频逐渐增多，可以扩展其知识点，可以与后续课程进行关联，把网站建设成理论学习互动平台。这是基本的平台开放式教学资源建设，如图1。

图1 《电路理论基础》精品开放课程学习平台的结构图

其次，《电路理论基础》课程的实验课，前面提到，电路实验课多以验证性实验为主，在实验室采用的是仪器验证填数据方法，主要是对定理定律和分析方法的验证，因缺少综合性和设计性实验被作为改革的重点，改革实验教学是必须的，但是不能因为改革就否定验证性实验，其实验证性实验同样重要，在这里重点要改革的是教学方法，怎么更好的去设计实验。前面依然是采用验证性实验让学生有直观的认识，并设计不同的方法和相关的问题，让学生用不同的办法去解答，后面采用前面的基础构建复杂的电路，这种方法也是沿用普通的实验教学方法，这里可以利用平台，简单的验证性实验完全可以通过录制相关的讲授和操作视频，提供学生进行自学简单部分，把传统实验课时留给难度较大的验证性实验和综合性设计性实验，同时教师可以联合学生设计实验和设计问题，并以录制视频的方法放到平台，这里可以分提出问题的视频，关联讲授的视频，操作的视频。这都是基于实际的仪器，目前教学大量使用仿真，可以使用MATLAB 把所有实验进行仿真，同样可以把MATLAB 解决问题和分析问题的程序还有仿真通过录制放入到平台作为实践仿真部分，形成一种开放式精品资源体系，实物操作和软件仿真相结合的教学办法，学生可以以软件仿真也可以以实物来验证和设计，有效辅助了传统课堂，个人可以根据需要上平台自主学习。在平台要标注出难易度和适合某专业学生学习，以期做到共享平台“因材施教”，适合各类不同层次和不同专业的学生。

《电路理论基础》的实验主要验证的是基尔霍夫定律、叠加定律和等效定律等简单的基本电路定律。下面举例用MATLAB 对电路进行分析和求解。

如图2 所示电路，已知:Us=10V，R1=7Ω，R2=9Ω，R3=10Ω，R4=5Ω，R5=4Ω，R6=8Ω。求流过R4 的电流ir 和电压U6。

图2 例题电路图

(1)建模。根据基尔霍夫电压定律(KVL)，设i1，i2，i3 的方向如图所示，列出图中网孔方程:

(R1+R2)i1－R2i2=Us

－R2i1+(R2+R3+R4)i2－R4i3=0

－R4i2+(R4+R5+R6)i3=0

方程组写成矩阵形式为:

R1+R2－R2 0i11

－R2 R2+R3+R4－R4i2=0Us

0－R4 R4+R5+R6i30

方程组的矩阵形式可简写成X I=Y Us 这种形式，因为已知电源Us 和电阻的值，根据基尔霍夫电压定律很容易求出i1，i2 和i3 的回路电流，即可求解ir=i2－i3，U6=R6i3 的值。

(2)MATLAB 上机仿真。建立一个M 文件，输入程序代码:

Us=10;

R1=7;R2=9;R3=10;R4=5;R5=4;R6=8;

X11=R1+R2;X12=－R2;X3=0;X21=－R2;X22=R2+R3+R4;X23=－R4;X31=0;X32=－R4;X33=R4+R5+R6;%计算系数矩阵并赋值

Y1=1;Y2=0;Y3=0;

X=［X11，X12，X13;X21，X22，X23;X31，X32，X33］;

Y=［Y1;Y2;Y3］;

I=XY*Us;%计算各个电流的值

i1=I(1);i2=I(2);i3=I(3);

ir=i2－i3;

U6=R6*i3;

程序运行所得结果:

ir=0.2273

U6=0.7578

可见使用MATLAB 辅助进行电路的求解计算相当方便，能够节省学生在进行简单的验证性实验时所用的计算时间。

最后，以上是从平台开放式视频资源建设为主进行的探讨，分为理论课程和实践课程建设，相关的页面要做到简洁明了，学生可以很直观方便的使用，其他的资源建设依据重点课程和精品课程还有精品资源共享课程的规范要求建设。精品开放课程建设的关键就是不断更新和优化，要更新相关联的新知识和新技术，特别是关联学科，优化其理论和实践教学，《电路理论基础》全面讲授的都是基础理论，这些理论都会出现在后续的各学科当中，如出现在模电，数电，信号与系统，通信原理等课程当中，那么相关的知识点可以由老师结合后续的专业课进行导入，要不断更新和优化视频，以分级和分层的形式对视频资源进行归类，实践部分还可以加入课程设计，设计一个简单电路，采用所学的知识，作为扩展部分，在教学方面要融入工程实践当中。很多人提出教学与科研相融合，精品课程与产学研结合教育，在这个方面要求学生有完整的知识体系，可以让学生去设计简单电路和简单应用，比较难适应产学研项目，这个需要后期课程进行拓展，《电路理论基础》精品开放课程重点以提升教学质量为主，侧重培养学生学习的积极性和工程实践的兴趣，如图3。

图3 《电路理论基础》精品开放课程的教学思路图

3 结语

国家精品课程项目如火如荼的实施了多年，但是其应用状况、共享程度和影响效果还有待提高［5］。本文以《电路理论基础》为例探讨精品开放课程的建设，如何做到提高质量，如何服务学生，如何改革实践，重点以MOOCS 理念方式来加强课程的建设，优化课程知识点的学习，避免课程网站平台变成堆放资料的仓库，以在线方式和流媒体方式辅助传统的课堂教学改革，积累共享精品资源，在教学内容方面不断改进优化和开放，平台内容要持续更新和建设，要引入多种理念和方法，设计问题和分析问题，提高学生的学习积极性，采用各种在线方法，提升教学质量，培养创新型复合人才。

［1］ 教育部.教育部关于国家精品开放课程建设的实施意见［S］.教高［2011］8 号.

［2］ 教育部.教育部财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见［S］.教高［2007］1 号.

［3］ 马若龙，袁松鹤.MOOCs:教育开放的模式创新与本土启示［J］.中国高教研究，2013(12):20－62.

［4］ 邱关源，罗先觉.电路:第五版［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［5］ 秦炜炜.国家精品课程发展十年现状调查［J］.中国远程教育，2013(8):53－96.