电路分析课程“五库一体”混合式教学探索与实践

祝秋香，胡赛纯，叶勇，张学军，简正波

（湖南城市学院信息与电子工程学院，湖南 益阳 413000）

1 引言

电路分析课程是本科院校中电子信息工程、通信工程、自动化、测控技术与仪器、电子科学与技术等专业的一门技术基础课程[1]。从电路模型出发，着重讨论集总参数、线性非时变电路的基本理论和基本分析方法，提高分析电路的思维能力与计算能力，为后续课程打下理论基础。具体内容有：电路的基本概念、定律、定理和一般分析方法、动态电路的分析、正弦稳态电路、含有耦合电感的电路、三相电路、非正弦周期电流电路的分析、二端口网络、网络图论基础等。本课程既要保持与强调理论的科学性与严密性，培养学生严格的科学态度和分析问题的逻辑性和条理性，又要具备分析工程问题的观点和方法[2]，培养学生从实际出发、在理论指导下灵活处理问题的观点和方法，进一步培养学生对信息科学的现状与发展趋势的认识能力，具有自主学习和终身学习的意识。

该门课程理论较抽象、知识点较多、重点、难点也多，总体来说对学生的高等数学基础要求较高，所以在传统教学方式下，学生总感觉跟不上。为此，本文利用“雨课堂”平台，以“学生为中心”，融合Multisim软件技术构建“五库一体”多元信息化教学手段和“理”与“实”有机融合的教学模式，实现了由知识传授转变为能力培养，充分调动了学生学习的积极性和主动性，提高了《电路分析》课程的教学质量[3-4]。

2 教学实施过程

2.1 “雨课堂”平台

“雨课堂”——小插件、大数据。由清华大学在线教育办公室组织研发文理工一线教师全程参与的引领课堂革命的创新平台。教师和学生都只需要一部手机，可以将复杂的信息技术手段融入PowerPoint和微信，在课外预习与课堂教学间建立沟通桥梁，让课堂互动永不下线。使用“雨课堂”，教师可以将带有MOOC视频、习题、语音的课前预习课件推送到学生手机，师生沟通及时反馈；课堂上实时答题、弹幕互动，为传统课堂教学师生互动提供了完美解决方案。“雨课堂”科学地覆盖了课前-课上-课后的每一个教学环节，为师生提供完整立体的数据支持，个性化报表、自动任务提醒，让教与学更明了[5]。

2.2 教学设计

根据工程教育专业认证标准和本校“实基础、重应用、有特色、高素质”的人才培养定位以及电路分析课程在人才培养方案中的课程地位，产学研用深度融合，电路分析课程教学设计如下：

首先，确定本课程的教学目标和要求。

课程目标1：熟练掌握电路的基本理论和基本分析方法，具备从事电子信息技术等工程领域工作所需的数理知识，电子、信息、计算机的基础知识，能够用于解决电子信息器件、设备及系统进行抽象建模并分析求解。

课程目标2：培养学生分析问题和解决问题的能力，深化和扩展对课程内容的理解。

课程目标3：了解电路分析和设计的新方法，能够根据具体问题选择正确的研究路线，设计可行的电路实验方案等。

课程目标4：培养学生对信息科学的现状与发展趋势的认识能力，具有自主学习和终身学习的意识。

其次，根据教学目标和要求确定本课程教学内容，同时根据课程内容融入思政育人案例。

第一部分内容为电路的基本概念、定律、定理和一般分析方法：如在学习基尔霍夫定律时，介绍基尔霍夫的生平事迹，他提出该定律时年仅21岁，引出“少年强，则中国强”，现在的大学生也是年龄相当，青春年少，过几年就要进入社会，鼓励学生发奋图强、充分发挥自己的创造力，为国家建设成为创新型国家做出自己的贡献[6]。

第二部分内容为动态电路的分析：如在讲到全响应时，联系生活实际，面对生活的激励该如何做出全响应？对于同样的激励，相同的生活事件，不同的人可能会有不同的响应。

第三部分内容为正弦稳态电路：如在讲到电路发生谐振时，告诉学生不仅要学好专业知识，也要有崇高的个人品德，两者必须同频共振。同时，在大学期间谈恋爱是正常的，但必须有正确的恋爱观，男女双方在世界观、人生观和价值观等方面需要同频共振，积极向上的爱情应该是相互激励对方，让自己成为更优秀的人。

第四部分内容为含有耦合电感的电路：如理想变压器教学过程要注意和空心变压器及全耦合变压器的本质区别和联系，理论联系实际，提高学生的兴趣，告诉学生人与人之间，人与事物之间也存在耦合的关系。

第五部分内容为三相电路：结合企业及生活实例教学，理论与实践相结合。融入电力行业用电安全规范和职业道德，让学生了解用电注意事项，培养学生良好的责任和担当职业素养。

最后，确定教学模式和方法，采用“五库一体”多元信息化教学手段和“理”与“实”有机融合的混合式教学体系，如图1所示。

图1 “五库一体”混合式教学体系

课前：利用“雨课堂”发布预习课件（包括录制的视频、MOOC、微课等），明确教学目标、教学重点及难点；同时利用在线学习库，设计精准施教，对于不同水平不同层次的学生有不同的要求，必选与可选作业体现高阶性。

课中：利用“雨课堂”签到、实时答题、弹幕互动、随机点名等每一个环节为课堂教学都赋予全新的体验——智慧课堂；同时课堂学习库提供了Multisim软件同步对电路进行仿真分析，以此获得形象、生动的图示化结果向学生加以展示；此外，课程思政案例库能结合所学知识点与生活实际，思政育人，最大限度释放教与学的能量，推动教学改革，体现创新性。

课后：利用“雨课堂”发布随堂作业与答疑，明确教学延伸，进行教学总结与反思。如有学生遇到疑难问题，利用经典案例库可为其答疑解惑，乐在其中。同时，在实验教学中，利用Multisim软件技术，学生可完成相应的仿真实验，得到相应的元件参数值，结合理论方法对电路进行分析计算；通过软件仿真实验后，再进行实体操作实验，此时学生将重心放在实验结果的分析上，将实验分析结果与仿真分析结果、理论分析结果进行对比，从而达到实验与仿真验证理论知识的目的[4]。

在后续课堂中：进一步引导学生自主开展一些研究型的项目作品，如教学模型库则利用Multisim完成电子设计大赛中作品的设计和仿真，从而项目激励学生，达到提高学生应用所学知识解决实际问题的创新能力，既体现创新性，又具有挑战度。

2.3 教学实施

以电路分析课程中基尔霍夫定律的教学为例，其教学过程具体实施如下。课前：课前利用“雨课堂”发布有关德国科学家基尔霍夫的简介以及生平事迹的视频，录制了基尔霍夫定律的教学预习课件，还有相关习题，明确教学目标、教学重点及难点；通过课前预习，了解基尔霍夫的生平事迹，提出KCL和KVL时年仅21岁，引出“少年强，则中国强”的思政元素。基尔霍夫还有很多科学成就，这些成就注定付出巨大的努力，所以学生要学习其持之以恒、用于挑战的精神，用积极的态度对待自己的人生，从而树立正确的人生观和价值观[6]。课中：利用“雨课堂”签到，在上课之前查看学生答题情况，教师可以重点讲解学生普遍存在的问题；对于基尔霍夫电流定律的应用，利用“雨课堂”发送主观题，让学生利用所学的KCL定律解决问题，从而归纳得出有关广义结点的结论，培养学生自主学习的能力，同时，可以结合例题的讲解，分组讨论如何利用Multisim软件画出电路图，并同步对电路进行仿真分析，从而获得形象、生动的图示化结果，验证基尔霍夫电流定律的正确性，培养学生团队合作精神和沟通协调能力。对于基尔霍夫电压定律的应用，通过“理”与“实”有机融合的教学模式，学生利用《电路分析》实验箱中的“线性电路研究模块”实验板，选取元器件，结合实验箱上的电源搭建实验电路，测量数据并分析验证基尔霍夫电压定律，加深对基尔霍夫电压定律的理解和掌握，同时锻炼了学生分析和解决问题的能力和实践动手能力。最后，教师对基尔霍夫定律的内容进行小结、提炼。基尔霍夫定律是电路分析这门课程中最基础也是使用频率最高的定律，希望学生扎扎实实地打好基础，练好基本功，发奋图强、不断创新，从而可以爬上人生的巅峰。课后：主要进行教学总结与反思，并通过“雨课堂”发布第一章的课后作业，有能力的同学还可以完成思政讨论，电路仿真和思维导图等。学生可以在线提交作业，对于主观题教师可以在线批阅，对于二分之一以上同学有疑问的题可录屏具体分析过程形成经典案例库并发布，学生可重复观看。教师还可以在“雨课堂”公众号、微信、QQ和学生讨论互动。通过课前、课中、课后各个环节的教学全过程，始终贯穿“五库一体”混合式教学，可以根据反馈实时调整并改进电路分析课程教学，真正体现了“以学生为中心”的教学理念。

2.4 课程考核

课程考核评价是提高教学质量、检验教学目标达成度的主要手段。为此，电路分析课程逐渐形成了一套融合形成性评价与终结性评价、能够反映学生的综合素质和能力的多指标课程考核评价体系，并把“持续改进”理念贯穿电路分析课程教学的全过程，建立一种具有“评价-反馈-改进”反复循环特征的持续改进机制[7]。电路分析课程考核方式具体包括了采用多元考核评价体系，即：课程总评成绩=平时成绩×60%+期末考试成绩×40%，且根据《湖南城市学院全日制普通高等教育本科课程考核及成绩管理办法》（湘城院发【2018】48号）第三十九条第三项规定：期末考试卷面成绩低于40分者，不能参加该课程总成绩的评定，也不能取得学分，成绩以卷面成绩计。学生考核成绩构成如表1所示。

表1 学生考核成绩构成

A．平时成绩(60%)：由在线成绩、课堂考勤、课堂表现、平时作业、阶段测试、实验成绩等组成。

(1)在线成绩（20%），主要通过在线学习库获得成绩，由雨课堂平台导出；

(2)课堂考勤（5%），主要通过线下智慧课堂“雨课堂”平台扫码考勤；

(3)课堂表现（10%），根据课堂听课表现、课堂练习回答问题情况得分，可选自课堂学习库；

(4)平时作业（5%），按12章12个必选作业单元，独立按时按量按质完成作业即可得分，完成可选作业包括电路仿真、思维导图和课程思政案例库中的思政讨论等可额外加2～5分；

(5)阶段测试（10%），每个学期根据课程内容有2～3次阶段测试，个别测试题可选自经典案例库，督促学生对于已学内容的及时巩固；

(6)实验成绩（10%），主要考核学生对知识的理解与运用能力和实践动手能力，完成可选教学模型库中项目可额外加5分/个。

B.期末考试(40%)：学校统考，教考分立，统一评分。主要考核学生对本课程学习整体掌握程度，基本分析计算能力，综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力[8]。采用闭卷考试形式，成绩评定采用百分制，按所设权重计入课程总评成绩中。

3 教学效果分析

目前，电路分析课程混合式教学改革已完整运行了两轮，即21级电子信息工程专业203班（51人）和20级电子信息工程专业203班（44人），对比18级物理学专业301班（34人）学生的学习成绩，如表2所示。从表2的具体数据可以看出，采用“五库一体”混合式教学后，学生被动学习的角色发生改变，学习的主动性和参与度得到极大增强，与传统教学方法相比，开放式教学方法较大地降低了不及格率，平均分提高了近15分，明显提升了教学效果。

表2 教学班学生成绩对比与统计

4 结束语

本文利用“雨课堂”为教学平台，以学生为中心，融合Multisim软件技术构建“五库一体”多元信息化教学手段和“理”与“实”有机融合的教学模式，对电路分析课程进行了混合式教学改革，实现了三个转变，即“以教为中心”转变为“以学为中心”，课堂教学以“封闭式”转变为“开放式”，“满堂灌，填鸭式”教学转变为以“夯实基础，思维训练”为目标的混合式教学，充分调动了学生学习的积极性和主动性，把自主权交给学生，培养学生批判思维能力、自主学习能力和创

新创业能力，体现了“高阶性”“创新性”和“挑战度”。通过教学改革实践，教学效果明显，显著提高了教学质量。