基于IEET認(rèn)證的“電路分析”教學(xué)的摸索與實踐

陳婷

摘要： 針對目前獨立學(xué)院工科學(xué)生的實際情況，結(jié)合IEET認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，探討通過Multisim10.0電子虛擬仿真軟件，以“電路分析”課程為例，將Multisim10.0與項目教學(xué)方法結(jié)合應(yīng)用到實踐教學(xué)中。教學(xué)結(jié)果顯示：該方法相較于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)效果，更能營造活躍積極的課堂氣氛，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與求知欲望，而且能夠鍛煉動手實踐能力，在電路仿真中加深對書本知識點的理解。

關(guān)鍵詞：IEET工程教育認(rèn)證理念;Multisim10.0;電路分析;項目教學(xué)方法

Exploration and Practice of "Circuit Analysis" Teaching Based on IEET Certification

CHEN Ting

（Beijing Institute of Technology， Zhuhai， Zhuhai， Guangdong Province， 519000 China）

Abstract： According to the actual situation of engineering students in independent college， combined with IEET certification standard， this paper discusses the application of multisim10.0 and project teaching method in practice teaching by using multisim10.0 electronic virtual simulation software and taking "circuit analysis" course as an example. The teaching results show that： compared with the traditional classroom teaching effect， It can not only inspire students' interest in learning and desire for knowledge， but also practice their practical ability， and deepen the understanding of book knowledge points in circuit simulation.

Key Words： IEET engineering education certification concept; Multisim10.0; Circuit analysis; Project teaching method

0. 引言

IEET工程教育認(rèn)證，在專業(yè)人才培養(yǎng)、核心能力、學(xué)生的跟蹤評估等九個方面，有明確且合理的參照標(biāo)準(zhǔn)。其要求在理念上以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)結(jié)果為導(dǎo)向，確保教育品質(zhì)，強調(diào)與產(chǎn)業(yè)社會相結(jié)合，并持續(xù)改進^[i]。相較于傳統(tǒng)的教學(xué)理念中的根據(jù)課程內(nèi)容來規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容，工程教育認(rèn)證理念則是要求課程要體現(xiàn)教育目標(biāo)和核心能力。也就是說要根據(jù)學(xué)生要達(dá)到什么樣的核心能力來開展對應(yīng)的課程。

本文主要探討在“電路分析”課程中結(jié)合項目教學(xué)法，以學(xué)生為中心進行教學(xué)改革。通過使用Multisim10.0電路仿真軟件，有效解決在新冠疫情期間網(wǎng)上教學(xué)存在的學(xué)生不能在實驗室進行實地操作、以及課內(nèi)實驗項目類型和數(shù)目相對固定等問題。并有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，以及能夠達(dá)到核心能力中要求的諸多能力，例如能設(shè)計和進行實驗，并能分析和解釋數(shù)據(jù)的能力。

0. 電路分析課程特點

“電路分析”是電氣工程、電子工程、通信、計算機、自動化等專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。其內(nèi)容涵蓋電阻電路分析、動態(tài)電路分析、三相電路分析以及正弦穩(wěn)態(tài)電路分析，是研究電路理論的入門課程。一般在工科專業(yè)的培養(yǎng)方案中，通常安排適當(dāng)課時的課內(nèi)實驗。電路分析實驗是電路分析課程中的重要環(huán)節(jié)，能夠給學(xué)生提供電子儀器以及器件的操作機會，比如示波器、實驗儀器箱、電阻電容等各種元器件^[ii]。

在傳統(tǒng)的“電路分析”課堂教學(xué)中，任課老師將教學(xué)重點放在理論分析和電路響應(yīng)的求解計算，而對于實際電路的仿真效果和實物操作在課堂很少提及，導(dǎo)致課堂教學(xué)主要是通過灌輸知識為主，而忽略提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力^[iii]。同時在進行課內(nèi)實驗時，由于受到場地、設(shè)備和學(xué)時的限制，不能充分滿足學(xué)生的實踐動手需求，且也給個別懶散的同學(xué)提供了抄襲他人實驗報告、拷貝實驗數(shù)據(jù)的機會。

0. Multisim結(jié)合項目教學(xué)法在基礎(chǔ)課程中的應(yīng)用實踐

針對傳統(tǒng)“電路分析”課堂中存在的課堂知識與實際電路的應(yīng)用及操作結(jié)合不充分，以及在課內(nèi)課堂過于強調(diào)理論知識，弱化工程意識的培養(yǎng)。

因此，在本次課堂教學(xué)改革中，采用分組合作的方式，給學(xué)生布置Multisim電路分析仿真任務(wù)。使學(xué)生將理論概念與實物操作結(jié)合，培養(yǎng)更多的參與感、獲得感以及成就感，以此吸引學(xué)生對電類課程的興趣。

“電路分析”主要內(nèi)容之一是三相交流電路的電壓、電流測量。三相電路在教學(xué)過程中，知識點較為晦澀難懂，需要學(xué)生掌握的知識點比較多，學(xué)好本章節(jié)對于學(xué)生來說是不小的挑戰(zhàn)。因此針對本章節(jié)的知識點，采用項目教學(xué)方式，將各個子任務(wù)分發(fā)給不同組的學(xué)生在課下進行完成，最終通過讓學(xué)生在臺上進行匯報和答辯，完成本章節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

2.1確定項目內(nèi)容，編寫任務(wù)說明書

項目任務(wù)：利用Mulitisim仿真軟件的測量工具萬用表與示波器進行仿真驗證三相交流電路的電壓、電流測量。該項目可分為四個子項目分配給每組組員。

子項目1：如圖1所示，三相星型電源—三相星型負(fù)載聯(lián)接，分別測試相電壓、線電壓、相電流以及線電流的有效值和相位值，是否符合公式1：

——公式1

子項目2：三相星型電源—三相三角型負(fù)載聯(lián)接，分別測試相電壓、線電壓、相電流以及線電流的有效值和相位值，是否符合公式2：

——公式2

子項目3：三相三角型電源—三相星型負(fù)載聯(lián)接，分別測試相電壓、線電壓、相電流以及線電流的有效值和相位值，是否符合公式3：

——公式3

子項目4：三相三角型電源—三相星型負(fù)載聯(lián)接，分別測試相電壓、線電壓、相電流以及線電流的有效值和相位值，是否符合公式4：

——公式4

2.2進行學(xué)生分組，布置各組任務(wù)

分發(fā)任務(wù)說明書，講解每組組員負(fù)責(zé)的子項目任務(wù)要求以及完成的時間節(jié)點，使組員明確學(xué)習(xí)任務(wù)和要求。

2.3各小組擬定分工和方案，教師審核

學(xué)生在收到任務(wù)說明書后，需要認(rèn)真地閱讀和理解，明確自己需要完成的任務(wù)和要求，清楚任務(wù)書中所規(guī)定的期限和進度，分析并確定項目中需要解決的關(guān)鍵問題。

2.4根據(jù)擬定的方案，學(xué)生動手實踐

例如子項目1中的三相星型電源—三相星型負(fù)載聯(lián)接，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)、教師輔導(dǎo)等方式學(xué)習(xí)Multisim10.0各種電子元器件和測量工具的使用。其中萬用表XMM1與XMM2測的是線電流和相電流的有效值;XMM3與XMM4測的是線電壓和相電壓的有效值;示波器XSC1兩個頻道分別測得相電壓和線電壓的波形;示波器XSC2，通過電流探頭分別測得相電流和線電流的波形。

根據(jù)圖1和公式1可推測，已知相電壓有效值，那么線電壓有效值理論值應(yīng)為，且相電壓相位應(yīng)超前于線電壓30°。而線電流和相電流則由于串聯(lián)在同一條支路上，可認(rèn)為兩者相等。

2.5學(xué)生上臺講解，項目答辯

在該環(huán)節(jié)，通過讓學(xué)生站上講臺進行PPT項目成果匯報、答辯問答、組員自評、組間互評等過程完成各小組項目任務(wù)完成的評價。

2.6進行項目教學(xué)總結(jié)，拓展教學(xué)內(nèi)容

針對本次三相電路章節(jié)采用的項目教學(xué)法進行總結(jié)，并思考將“電路分析”課程中重難點知識點，例如疊加原理、戴維南電路等進行拓展仿真實驗環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在動手實踐中理解知識點，在課下完成項目時培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

0. Multisim結(jié)合項目教學(xué)法在實驗課程中的應(yīng)用實踐

在“電路分析”實驗課程中，也存在諸多問題。例如受限于場地設(shè)備和課時安排，不能充分滿足學(xué)生的實踐動手需求;實驗項目的種類和數(shù)目常年不變;學(xué)生對電類實驗課程的重要性認(rèn)識不夠，只是按照教師講解或演示按部就班完成，不能靈活運用課本知識。

針對以上的問題，借助Multisim仿真平臺與實驗設(shè)備結(jié)合，可有效解決場地設(shè)備不足、實驗項目種類數(shù)目固定等問題，且在實驗前使用Multisim先行對實驗內(nèi)容進行電路虛擬仿真，再進行實際電路的線路連接，可切實提高學(xué)生的實際動手能力，獨立思考的能力、以及團隊協(xié)作能力。

3.1 課內(nèi)實驗內(nèi)容的改進

以下以RC一階電路的充放電過程為例，采用項目教學(xué)法與Multisim10.0的仿真工具示波器進行設(shè)計該實驗項目。

為了能夠清楚了解示波器的原理與調(diào)節(jié)方式，學(xué)生需要掌握簡單的示波器操作，且根據(jù)輸出的波形圖進行分析解釋。例如改變掃描速度，需要調(diào)節(jié)操作面板上的時間軸比例值，而改變幅度的靈敏度可通過通道A/B的比例進行調(diào)節(jié)^[iv]。另外還可以通過手動移動標(biāo)尺T1、T2測量波形上的實時數(shù)據(jù)。

根據(jù)不同分組布置題目，且給每組成員布置以下三個子任務(wù)，包括學(xué)習(xí)并掌握虛擬示波器的原理與調(diào)節(jié)方法;根據(jù)實際問題或電路設(shè)計電路圖，并學(xué)會分析解釋實驗數(shù)據(jù);最后則是需要根據(jù)已仿真調(diào)試好的電路圖，使用電類實驗箱與示波器進行連線實操。本次項目是通過“實際問題-理論分析-電路設(shè)計-實操實現(xiàn)”這一過程進行設(shè)計的，可提高學(xué)生動手能力，也通過使學(xué)生自主設(shè)計電路并成功實現(xiàn)的成就感，提高學(xué)生對電類課程的興趣^[v][vi]。

3.2 實驗課程考核方式的改進

以往“電路分析”的實驗課程考核成績一般由平時成績和實驗報告成績兩部分構(gòu)成，該考核方式存在一定的弊端。例如對于個別學(xué)習(xí)主動性差、態(tài)度不端正的學(xué)生來說，是很容易復(fù)制粘貼其他人的實驗數(shù)據(jù)和實驗報告。同時由于傳統(tǒng)的實驗內(nèi)容題目是一致的，教師難以通過報告內(nèi)容進行區(qū)分。

此次實驗課程考核環(huán)節(jié)，將實驗表現(xiàn)與答辯成績納入考核部分中。實驗表現(xiàn)占比百分之50，其中包括根據(jù)實際題目進行電路設(shè)計部分、電路仿真部分以及實物搭建部分。而答辯部分則占比百分之20，主要考察團隊協(xié)作能力，包括PPT演示、組員答辯表現(xiàn)等部分。通過在課內(nèi)實驗中實施項目教學(xué)法，每組同學(xué)都需要進行充分的溝通與協(xié)作，完成各自負(fù)責(zé)的子任務(wù)，才能最終完成整個項目。在過程中既鍛煉了學(xué)生的動手能力，也提高了學(xué)生的團隊協(xié)作能力^[vii]。

0. 結(jié)語

本文主要基于IEET工程認(rèn)證要求進行“電路分析”傳統(tǒng)教學(xué)方式的改革。通過將Multisim10.0與項目教學(xué)法結(jié)合，將課內(nèi)教學(xué)和實驗課程與項目教學(xué)法結(jié)合，通過從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、考核方式等多個維度以學(xué)生為中心，積極調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，加深學(xué)生對書本知識點的理解，并有效提高學(xué)生的動手實踐能力，促進學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

參考文獻

1. 程馬遙，饒德軍，曾衛(wèi).基于IEET工程教育認(rèn)證背景下的土力學(xué)實驗教學(xué)方法探索[J].教育教學(xué)論壇，2019（24）：275-276.

2. 白揚博， 楊曉蘋， 劉君，等. 電路分析基礎(chǔ)課程教學(xué)改革的初步摸索與實踐[J]. 高教學(xué)刊， 2016， 000（023）：130-131.

3. 陳瞳.Multisim14仿真軟件在《電工學(xué)》教學(xué)中的應(yīng)用[J].山西電子技術(shù)，2019（05）：52-54.

4. 周文，周謝.基于Multisim的三相交流電路故障實驗分析[J].工業(yè)控制計算機，2020，33（04）：147-148.

5. 王紅茹，席志紅，張忠民，劉彬.同伴教學(xué)法在“電路分析基礎(chǔ)”課程中的實踐探究[J].黑龍江教育（理論與實踐），2020（11）：68-70.

6. 施婧. 基于LabVIEW的遠(yuǎn)程數(shù)字電路仿真實驗系統(tǒng)設(shè)計[D].東北石油大學(xué)，2016.

7. 董艷雯. 仿真法在中職《模擬電子技術(shù)》教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].華中師范大學(xué)，2016.