基于应用任务驱动的电路理论课程教学模式探析

孟朝霞，张晓荣，蒋卫东，乔凌霄，张文芳

(山西能源学院，山西 晋中 030600)

引言

电路课程一般以传统的教学方式进行知识传授，注重理论知识的分节讲授，系统展现电路理论的各种理论思想和分析方法。目前电路理论课程一大缺陷是缺乏从应用入手组织知识架构，缺乏从应用角度和专业培养目标入手进行知识重组和理论分析，与应用脱节，导致电路理论是理论课的概念禁锢教学改进。

基于上述问题，在充分深入研究电气工程及其自动化专业人才培养目标的基础上，把本专业课程分为四个课程群：专业能力课程群、自动控制类课程群、工具类课程群、专业扩展提升课程群，如图1所示。从图1可以看出，电路理论是一门重要的专业基础课，在后续课程中或多或少都应用到本课程的知识。因此，以电工电子教研室和电气专业教研室为主，从各门课程中抽取所应用的电路知识，建立应用任务模块，以此驱动电路课程的教学组织和教学实施，使得课程高度服务于专业建设。

在教学实践过程中，通过“创设情境-确定任务-解决方案-学习评价”的途径，不断培养学生的学习兴趣、自主学习习惯，提高学生的思维能力、知识综合应用能力和解决实际问题的能力。在此过程中，随时对出现的问题进行总结、修改、完善。

通过本课题的研究与实践，建设针对电气工程领域，工程应用技术性强、教学内容生动丰富、教学方法和手段灵活多样、教学资源优质精彩、实验内容多层次、应用实践贴近生活、以学生为主体、以重视应用能力培养为目标的电路理论优质教学资源。

图1 课程群分类图

1. 以任务为导向，精选教学应用案例

由于课程学时的不断压缩，深入比对课程间内容上的重复与相关联问题，提出了课程内容的整合与优化策略，做到本门课程与后续相关专业课程内容的衔接，避免出现相同内容在不同的课程中重复讲述，让学生拥有更多自由学习时间。同时，构建合理可行的综合性和创新性的系统级实践，使学生在系统级实践中有极大的自由度和成长空间，为后续高电压技术、自动控制原理等课程的学习做好理论与实践铺垫。[1]

以应用任务为导向，在以下四门专业课中选择了与电路知识紧密相关联的主要案例，加强应用任务背景，在应用背景中学习。举例如下：

1.1 模拟电子技术应用任务案例举例

模拟电子技术中的二极管特性分析；三极管的工作原理分析；低频小信号等效模型；三极管放大电路的等效电路法；场效应管的小信号等效模型；场效应管基本放大电路模型；单级放大电路的频率响应；多级放大电路的频率响应；乙类功放电路的指标估算等。

例如对图2所示共射放大电路进行静态和动态分析，静态工作点的近似估算中用到了基尔霍夫电压定律，动态分析中用到了受控源、基尔霍夫定律等知识。提前在此环节中引入应用问题分析。

图2 共射放大电路

1.2 电机学应用案例举例

电机学中有变压器的T型等效电路、三绕组变压器等效电路、变压器空载等效电路、变压器负载运行等效电路；直流电机的稳态电路模型、直流电机的励磁方式；三相异步电机的T型等效电路、隐极同步带机等效电路模型、单相感应电机等。

图3 变压器负载电路

例如：求图3所示变压器负载电路运行等效电路。该题求解用到了戴维南等效定理。提前在此环节中引入应用问题分析。

1.3 电力电子技术应用案例举例

电力电子技术中有电力二极管的主要参数涉及正向平均电流(额定电流)、有效电流的计算；单相半波可控整流电路负载直流平均电压、平均电流及整流电路的功率因数计算；三相电压型逆变电路输出相电压的基波幅值和有效值、输出线电压的基波幅值和有效值、输出线电压中谐波的有效值计算；三相半波可控整流电路变压器一次侧、二次侧连接方式；单相交流调压电路输出电压、电流有效值及输入功率和功率因数计算等。

例如：求图4所示带阻感负载时可控整流电路交流侧非正弦信号的基波和各次谐波有效值，位移因数、功率因数。该题的求解过程中应用到了非正弦周期电流电路和信号的频谱分析中傅里叶级数展开以及功率因数等知识点。

图4 带阻感负载时可控整流电路交流侧非正弦信号

1.4 电力系统分析应用案例举例

电力系统分析中有单回线路的等值电路、变压器等值电路、网络的等值电路、电力系统故障分析等。

例如：求图5简单辐射网络的等值电路。该题用到了电路理论交流电路分析方法以及变压器阻抗变换等知识点。

图5 简单辐射网络

电路理论是大学生接触的第一门专业基础课，通过以应用为导向，精选后续课程中涉及电路理论的相关应用为教学案例，可以增强学生对电路理论学习的实践性，为后续课程的学习打好基础。

2. 应用任务驱动，精心设计教学环节

基于应用任务教学的设计过程如图6所示，包括教学内容设计、课堂教学设计、教学操作示范。

2.1 教学内容设计

(1)重组知识结构，建立应用任务模块

传统的知识讲授不能及时跟上教改的要求，必须进行知识的重组，打破知识点安排传统的固有格局。在电路理论教学内容组织过程中，应从应用入手组织知识架构，需要优化各章节知识点，重新编排，形成有序的、相互关联的教学应用任务模块或单元，避免重复讲授。

(2)编写课程教学大纲，制作课程教学课件

围绕着应用任务驱动的课程教学改革工作，必须紧紧围绕人才培养目标这一主题，按照人才培养方案的要求，做好教改的课程大纲，充分体现专业培养特色需求。同时改变传统教学课件，制作一套新颖的，结合应用任务的动画(态)式课件，进一步在课程习题上改进传统作业习题，体现应用内容。

(3)紧盯应用任务目标，编写实验教学大纲

图6 任务教学设计过程

在应用任务驱动的思考下，尽量改进现有的实验内容。在保留一些传统的实验的基础之上，编写更多应用任务驱动的设计性、综合性和探索性实验，更大地发挥学生的主动性和创造性，完成设计性、综合性和探索性实验。

(4)提升课程教学内涵，建设精品课程网站

应用型人才培养要贯彻到课程中、课堂上，同时也应在网络环境中建设相应的课程教学网站，全时空、全方位地与学生交流互动，所以要积极建设课程教学网站，提供更多的应用案例辅导内容，提供网络教学平台，全方位实现精品课程建设。

2.2 课堂教学设计

课堂教学设计，采用“任务-问题-知识点”的形式，可采用边解讲、边思考、边训练的教学模式，科学运用现代教育技术、方法和手段，坚持知识、能力、素质协调发展和综合应用能力提高的原则，使课程做到“教、学、做、思”的统一协调。

2.3 教学操作示范[2]

在整个教学过程中，各个章节以后续课程的具体应用为任务，提出问题，学生在教师引导下，结合以前的知识，解决问题，建构新知识，逐步使学生养成探索性、自主性学习的能力，为走向工作岗位学习新知识奠定良好的基础。在整个教学过程中，还要积极扩展第二课堂及建立课程论坛，完善课前课后环节的教育指导。整个教学过程主要包括以下方面：

(1)确定教学目标

通过本节课的学习，学生应该掌握相关概念、原理及解决问题的研究方法，培养学生分析、解决问题能力。

(2)创设任务情景

通过创设任务情景，使学生对本节课的教学内容有一个宏观的应用认识，增强学生学习的兴趣，提出问题，引出本节课的教学内容。

(3)组建小组，确定任务，解决方案

结合任务教学，引导学生科学分组，培养小组合作意识。教师可建议根据学生自身的兴趣、爱好、学生间的关系、适合的联系方式、性别搭配等进行分组，完成课堂理论的学习、讨论、总结及实验教学的验证、设计。建议每个小组由3～7人组成，要求有组长，团队代言人，书记员。组长组织讨论、学习和项目设计，团队代言人负责总结汇报；书记员负责记录团队成员的表现。[3]

课堂中要避免教师唱独角，搞单向信息灌输，忽视学生的实际参与。应积极采用比拟法、分类归纳法和对比法等教学方法讲授课程中的重点和难点；对于一些能够通过学生自主归纳或者证明而得出的定理原理，不应急于给出结论，而是要留给学生讨论和思考的时间，充分鼓励独立分析归纳。比如对戴维宁定理的讲授，前期引导和推导过程对学生思维能力和认识能力的锻炼远大于定理内容本身。[4]

(4)拓展第二课堂

在电路理论学习中，要充分重视数学知识、物理知识与电路理论的关系，增强学生建模和分析数据的能力，是提高电路理论教学质量的关键。教师在上课前要提前给学生布置下节课电路理论学习中的数学、物理知识，提高学生在课上对电路理论知识的学习[5]。

(5)建立课程论坛

教师在教学过程中应该积极引入网络技术、多媒体技术，建立课程论坛，进行网络答疑，帮助教师及时了解学生上课的学习情况，调节教学进度，改进教学方法，便于学生对教学内容的消化吸收[6]。

3. 改革教学评价，促进学习效果提升

对学生的学习效果进行评价是任务教学的一个重要环节。学生的综合成绩由平时成绩、实验成绩、考试成绩三部分组成。平时成绩占10%，包括课堂表现、作业；实验成绩占30%，其中实验操作占15%，实验数据处理占15%；期末成绩占60%。

其中实验环节，加大了设计型和综合型实验的比例，要求学生通过对实验大纲所规定的全部教学内容的学习，能够熟练掌握常用电工仪器、仪表的使用方法和用电安全知识；培养学生的用电安全意识和多条件约束下简单电路设计能力；能够熟练应用电路理论和方法及Multisim仿真软件分析解决实验过程中的问题，得到有效的实验结论；熟悉电路设计方案和实验报告编写的要求，培养学生编写完整可行的实验设计方案和实验报告及实验数据处理的能力。

4. 课程教学建设的成果

电路理论教学通过采用基于应用任务驱动的教学模式，使同学们受益匪浅，电路理论考核成绩有了显著的提高；同时提高了同学们的学习兴趣，并且把电路理论的相关知识成功地应用到了实践中，在电子设计大赛、创新创业、互联网+比赛中使用电路知识解决了很多技术难题，取得了优异的成绩。

基于任务驱动的教学方法，通过理清后续专业课程教学内容与电路基础课程教学内容的关系，在全面了解后续专业课程教学对电路理论知识的需求后，汇总了各种应用电路理论专业知识分析和解决专业问题的案例，提炼出了适用于电路理论课程教学的任务案例，使学生学习与后续专业课程相切入，在任务讲解和案例训练中加深对了学生对电路理论的理解和应用能力；并成功将专业课程学习要求、职业素质要求渗透进课程教学培养的各个环节，加强了人才培养的职业导向作用，推动了专业培养和产业需求的对接。