基于研究案例的“任务驱动”教学法在电子电路仿真教学中的应用

王诗兵，韩　波，王中心

（阜阳师范学院 计算机与信息工程学院，安徽 阜阳 236037）

基于研究案例的“任务驱动”教学法在电子电路仿真教学中的应用

王诗兵，韩波，王中心

（阜阳师范学院 计算机与信息工程学院，安徽 阜阳 236037）

在“教、学、做”一体化开放式教学环境中，以教师所熟知的研究案例作为学习任务，采用“任务驱动”教学法开展电子电路仿真教学。教学实践表明，该方法可以激发学生学习兴趣，开拓学生科学视野，提高学生综合能力，增强学生创新意识。

电子电路仿真；研究案例；任务驱动

随着电子技术及计算机技术的发展，电子电路仿真已成为现代电子系统设计与分析的重要手段和环节，电子电路仿真技术已成为电气电子工程师必备的专业技术与技能，电子电路仿真教学已成为电子信息类专业电子电路课程教学的重要组成部分［1-4］。然而，当前的电子电路仿真教学多局限于对电子电路理论的验证，及对电子电路实验的预演，仿真案例一般针对于某门课程某些具体知识点，缺乏综合性、工程性及创新性，从而难以培养学生的综合实践能力和创新意识。

教学和科研是高校教师必须承担的两大任务，二者之间复杂的非线性关系颇受学界争论，然而“以研助教、研教相长”的观点得到了广大一线教师的认可［5，6］。“以研助教”的教学探索与实践表明：科研设施运用于教学可以提升教学条件；科研成果渗透于教学可以丰富教学内容；科研方法贯穿于教学可以革新教学方法。将研究案例应用于教学，是“以研助教”的重要途径之一，能有效提高教师的专业涵养和教学水平，提高学生的综合实践能力和创新意识［7，8］。

因此，为提高学生解决复杂电子系统分析与设计问题的能力，在电子电路仿真教学中有必要引入一些教师所熟知的研究案例。本文将以非线性电路与系统研究为例，探讨基于研究案例的“任务驱动”教学法在电子电路仿真教学中的应用。

1　基于研究案例的“任务驱动”教学法的实施路径

研究案例一般具有综合性、探索性，对学生而言具有较大难度，研究案例的实施与完成需要学生遵循科研思维和方法、主动探究、分工协作，传统的以知识传授为主的教学方法并不能有效达成教学目标，而基于建构主义学习理论的“任务驱动”教学法恰能满足要求。因此，我们提出基于研究案例的“任务驱动”教学法，即以教师所熟知的研究案例作为学习任务，在“教、学、做”一体化开放式教学环境中，按照图1所示的路径与流程组织教学。具体而言，教师作为研究案例的研究者、教学任务的发布者、教学过程的引导者、教学评价的组织者，主要负责研究案例的精选、任务的布置、学生活动的启发诱导、任务的组织评价及总结反馈；学生作为任务实现的主体、任务执行的探究者、任务评价的参与者，主要完成任务的分解与分工、资源与方法的探究、模型的建立与仿真、成果的展示与评价。

图1　基于研究案例的“任务驱动”教学法实施路径

1.1任务的实施环境

基于研究案例的电子电路仿真“任务驱动”教学，需要在“教、学、做”一体化开放式教学环境中进行。“一体化”指的是教学环境集多媒体教学、电子仿真等多功能于一体，既要满足教师的“教”与“导”，更要满足学生的“学”与“做”。“开放式”有两层含义：其一，网络资源的开放性，即学生应能方便快捷地搜集、使用网络资源，以实现资源建构；其二，师生、生生之间交互的开放性，即学生在分组探究学习、执行任务过程中，小组成员间深入交流、分工协作，小组成果展示与交流面向全体学生，整个过程中师生交流无障碍，从而确保任务完成的可行性及任务评价的客观性。

1.2任务的设置

精选研究案例，科学设置学习任务是基于研究案例的“任务驱动”教学法实施的前提。研究案例的选取应遵循针对性、拓展性、可行性等原则。“针对性”指所选研究案例应符合电子电路仿真教学目标要求，与教学内容具有一定的关联性，比如在信号运算电路教学时，引入非线性系统电路仿真研究案例，考察学生综合运用比例、加减、积分、乘法等多种运算电路解决问题的能力。“拓展性”指所选研究案例是对现有教学内容的拓展，具有一定的探索性，比如在学习电阻、电容、电感三种基本电路元件的基础上，引入新型电路元件忆阻器的研究案例，通过仿真分析其性能及应用。“可行性”指所选案例属于教师的研究方向，难度适中，学生通过分组探究式学习、分工协作、教师引导可以完成任务，比如在开关电源的教学中，引入DC-DC硬开关变换器的非线性研究案例较为合适，而软开关变换器的非线性研究对本科生而言难度过大。以研究案例作为学习任务，教师在发布任务时，应交代案例的研究背景，明确任务要求。

1.3任务的执行

任务的执行过程，是学生自主探究学习、建模仿真的过程，教师不直接参与任务，仅充当激励者、引导者的角色，协助学生进行资源构建、方法构建。学生在领受任务后，应进行分组讨论，确定任务实施方案，划分子任务，明确人员分工，各小组成员应充分发挥自身学习积极性和主动性，分工协作，共同完成电子电路的建模、仿真分析、报告撰写、成果展示等任务。

1.4任务的评价

任务评价坚持教师评价与学生评价相结合、过程评价与结果评价相统一的原则。根据各小组成果的展示、汇报、答辩情况，学生在小组活动中的表现及发挥的作用，综合教师评价、学生自评、小组内成员互评、小组间互评等多种形式，对每个学生的学习态度、学习能力、专业水平、实践技能、协作意识、科研素养、创新思维等进行全方位的考核与评价。

2　基于研究案例的“任务驱动”教学法的教学实践

为了拓宽学生视野，使学生认识开关电源中可能存在的分谐波、混沌现象，了解电路参数对电源性能的影响，在直流稳压电源仿真教学中引入开关变换器非线性动力学仿真研究案例，并以图2所示电压模式Buck变换器非线性仿真分析作为任务，要求学生为其建立Multisim仿真模型（如图3），并仿真得到不同输入电压Vin情况下变换器的动力学行为（如图4）。相关电路参数为：L=20 mH，C=47 μF，R=22 Ω，T=0.4 ms，Vref=11.3 V，A=8.4，Vramp=VL+（VU-VL）（t/T mod 1），VL=3.8 V，VU=8.2 V［9］。

图2　电压模式Buck变换器原理图

图3　电压模式Buck变换器的Multisim仿真模型

教师在布置任务时，向学生简要介绍变换器非线性研究的意义、内容、方法、成果等，激发学生自主完成任务的动机和兴趣，协助学生实现知识构建与资源构建。学生接到任务后，以小组为单位进行讨论，将任务分解为熟悉原理、建立模型、仿真分析、总结报告等多个阶段，其中建立模型涉及到电路元件选择及参数设置、斜坡信号的产生、加减运算及比较运算电路的实现、电压电流信号的采集与检测等，并在此基础上进行任务分工，各小组成员分别完成各自子任务，最终实现变换器模型的建立及仿真分析。任务完成后，以小组为单位进行成果展示、汇报和答辩，师生共同完成对每个小组每个学生的考核评价。教师对任务完成情况及学生表现进行总结、点评，并对研究案例进一步拓展，引导部分学生在课外进一步探索开关变换器中非线性动力学行为的控制与应用问题。

图4　电压模式Buck变换器动力学行为的仿真结果

3　结论

在电子电路仿真教学中实施基于研究案例的“任务驱动”教学法，以案例选取、任务设置为前提，以学生自主探究、协作完成任务为根本，以多元综合评价、“教、学、做”一体化开放式教学环境为保障，有效激发了学生学习的动机与兴趣，提高了学生学习的主动性和成就感，开拓了学生的科学视野，提升了学生综合实践能力，增强了学生的创新意识、团队协作意识。部分学生以此为基础，成功获批国家级、省级大学生创新创业训练计划项目多项；参加相关专业竞赛，并获国家级、省级奖项20余项；撰写毕业论文，获安徽省计算机学会、阜阳师范学院优秀本科毕业论文10余篇。

［1］ 陈华敏，任立民，徐源.电子设计自动化教学中引入案例教学法的新思路［J］.河南科技学院学报，2011，（10）：126-128.

［2］ 谭雪霏，赵春波，陈巩.基于案例的电子设计课程教学方法［J］.滨州学院学报，2014，30（6）：113-115.

［3］ 李健，李智，冯晓磊“.数字电子技术”课程的探究式案例教学［J］.电气电子教学学报，2015，37（6）：51-53.

［4］ 周大鹏，何光普.项目导向任务驱动教学模式的探索和实践——以《电子CAD》课程教学为例［J］.乐山师范学院学报，2011，26（5）：122-125.

［5］ 刘献君，吴洪富.非线性视域下的大学教学与科研关系研究［J］.高等工程教育研究，2014，（5）：77-87.

［6］ 侯爱荣.教学与科研关系的复杂性思考［J］.渤海大学学报（哲学社会科学版），2010，（5）：96-100.

［7］ 张又良，黄永平.科研促进教学实践的现状与对策［J］.合肥工业大学学报（社会科学版），2014，28（2）：120-123.

［8］ 肖新，焦立新，汪建飞.以研助学全面提高应用型人才培养质量［J］.黄山学院学报，2014，16（2）：128-130.

［9］ 王诗兵，周宇飞，陈军宁.基于Matlab的开关变换器混沌研究数值方法［J］.机电工程，2007，24（6）：26-29.

Application of research case-based“task-driven”method in teaching electronic circuit simulation

WANG Shi-bing，HAN Bo，WANG Zhong-xin

（School of Computer and Information Engineering，Fuyang Normal University，Fuyang Anhui 236037，China）

In the“Teaching，Learning and Doing”integrated open environment，task-driven teaching approach is adopted to teach electronic circuit simulation with the teacher's conversant research cases as the learning tasks.The teaching practice shows that the proposed method can stimulate the students'learning interest，develop the students'scientific vision，improve the students'comprehensive ability，and strengthen the students'innovative consciousness.

electronic circuit simulation；research case；task-driven

G642

A

1004-4329（2016）02-127-04

10.14096/j.cnki.cn34-1069/n/1004-4329（2016）02-127-04

2016-02-27

安徽省质量工程项目（2013gxk063）；阜阳师范学院质量工程项目（2013JXTG03，2013ZYSD05）资助。

王诗兵（1976－），男，博士，副教授，研究方向：非线性电路与系统、混沌信号与信息处理。