中外合作办学模式下电路理论教学改革探索
牛君 吕英俊 张山
摘 要：文章针对中外合作办学模式下的电路理论课程教学，结合我校中外合作办学项目实际，讨论了电路理论课程教学中存在的问题，明确了改革的必要性和目标。分别从英文教材编写、实验教学改革以及教学模式改革等三个方面，探讨和分析了中外合作办学模式下电路理论课程教学改革的理念和思路，以期进一步提高电路理论课程的教学质量和教学效果。
关键词：电路理论;中外合作办学;教学改革
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）24-0124-04
Abstract：
This paper focuses on the course of Principles of Electric Circuits under the background of Sino-foreign collaborative education. Several problems in course teaching are discussed and the necessity and goal of educational reform are conformed. The implementation details， including English teaching material writing， experimental and teaching mode reforming are presented. These ideas and methods can be used as reference for the teaching reform of Principles of Electric Circuits under the background of Sino-foreign collaborative education.
Keywords：
principles of electric circuits; Sino-foreign collaborative education; teaching reform
20世紀90年代以来，中外合作办学在我国得到了迅速发展，现在已经成为我国整个教育事业的有机组成部分。在这种趋势的推动下，我校在2011年与澳大利亚塔斯马尼亚大学签订了电气工程及其自动化专业中外合作办学项目。电路理论课程作为该专业的第一门专业基础课，其教学目标除了使学生掌握电路的基本理论知识，掌握分析计算的基本方法和初步的实验技能等基本的教学目标外，中外合作办学的特殊模式也为该课程的教学提出了更高的要求。即通过该课程的学习，要使学生逐步具有一定的国际视野和工程实践能力，逐渐使学生培养起良好的自主学习能力从而更好地适应中外合作办学环境下的国际学习氛围。在这些更高目标的驱动下，电路理论课程教学中存在的以下几个问题也开始显现出来。
一、国内现状及存在的不足
（一）电路理论课程双语教材的选择存在困难
传统的中文电路理论教材大都理论性很强，很少涉及工程实际问题，同时更重要的一点是中文教材不能满足双语教学的需求。而国外一些经典的电路理论教材虽然大都引入了工程实际问题作为电路理论的研究背景，但教材内容篇幅很大且价格昂贵，中外合作办学招收的学生无法在有限的课时下有针对性地掌握英文原版教材的内容。在这种情况下，选择一本既满足双语教学需求又简明扼要地描述课程重点内容的英文教材显得至关重要。
（二）传统的实验教学环节不能很好地培养学生的
动手和工程实践能力
传统的电路理论实验大都要求学生在电路实验平台上完成，该实验平台完全将真实电路掩盖了起来，导致理论和实际相对脱节。同时大多数实验都是验证性实验，学生只是在固定的电路平台上完成连线、测量等工作，这在一定程度上束缚了学生的思维，不利于学生动手能力和工程实践能力的培养和提高。另外，实验的设置过于强调电路连接和数据测量，而忽视了原理分析以及结果分析等内容。
（三）电路理论教学大都以讲授、推导、灌输和习题练习为主，学生始终都处于被动学习的地位
电路理论课程是一门理论性和系统性很强的课程，随着学习内容的增多，这种被动式的学习很容易使学生逐渐失去学习兴趣，导致课上的教学互动越来越少，教师的教学热情也受到影响，这在很大程度上影响了该课程的教学质量。同时这样的教学模式还导致了另一个结果，即学生普遍存在后续学习适用性差的情况。与合作学校相关授课老师的交流得到的反馈是，大多数满足合作项目要求的中国留学生在课上很少提出问题与教师形成互动、在小组讨论中发现问题和解决问题的能力普遍不强。在这种情况下，有必要从第一门专业基础课开始，逐渐培养学生的主动学习能力，为将来更好地学习和发展打好基础。
总之，无论出于何种教学目标，保证中外合作办学的教学质量都是高等教育走中外合作办学道路需要解决的关键问题。
二、改革思路与措施
本文接下来从英文教材编写、实验教学改革以及教学模式改革等三个方面，探讨和分析中外合作办学模式下的电路理论课程教学改革。
（一）编写适合中外合作办学的电路理论英文教材
考虑到现有的中英文教材大都不适合中外合作办学模式下的电路理论课程教学，我们已经从以下几个方面开始着手，编写适合中外合作办学的电路理论英文教材。
1. 优化教材内容，满足学生全方位需求
一本具有针对性、适用性，同时又兼具理论和实践内容的电路教材是提高中外合作办学电路理论教学质量的关键因素之一。电路理论课程涉及的内容多，理论性强，但同时又具有很强的系统性和规律性。为便于学生在有限的学时内更好地学习，我们将教材内容进行了优化，重点介绍电路理论的四大知识体系，即以直流稳态电路为研究对象介绍电路的基本分析方法;以正弦稳态电路为研究对象介绍相量法，同时涉及耦合电感、谐振、三相电路等内容;以一阶动态电路为研究对象介绍过渡过程的分析方法;以非正弦激励下的高阶电路为研究对象介绍复频域法。以上方法是电路理论的经典内容，与后续课程的延续性有关，应当保留。但对于中外合作办学来说，电路理论的教学目标是在有限的学时下让学生掌握分析电路的基本方法，而不是掌握各种方法的证明和推导。因此，保留上述内容的同时我们也做了相应精简。比如方程法重点介绍结点电压法以及回路电流法，电路定理只介绍叠加定理、戴维宁（诺顿）定理以及最大功率传输定理，同时删除图论以及各种定理的证明等内容。另外，受学时的限制，删除二端口网络、非正弦周期电流电路等内容。
目前有部分高校还在电路理论课程中增加了MOSFET、运放等知识以提高电路理论的层次[1]，但结合中外合作办学的实际来说这种思路未必适合。一方面要考虑到招收学生的整体学习水平，另一方面则考虑到中外合作办学专业涉及大量外方课程，导致电路理论课时大幅缩短。因此，我们将现代电路的相关内容放在适当章节结尾以扩展知识的形式出现，以引导部分有更高学习需求的学生进行更加深入和广泛的学习。
2. 引入实际应用电路，强化电路理论课程的工程应用背景
目前大多数的中文电路理论教材重理论轻实践，导致学生在学习教材时不知道为何而学。再加上在介绍相应方法时，大都是以理想元件构成的电路模型为分析对象，进而导致学生在面对一些实际电路问题时无从入手。尤其对于中外合作办学的学生来说，教材内容的局限性还导致他们在学习外教的相关课程时，出现了专业知识面较窄、不能学以致用的尴尬局面。为此，我们借鉴国外优秀电路理论教材的思路，在相应知识点之后引入工程实际电路的例子。通过这样的方式让学生明白，学习电路理论课程的最终目的是可以结合其他课程的知识以解决工程实际电路中的问题。
3. 加强与合作学校的交流合作，确保教材语言表达的正确性和规范性
一本优秀的电路理论教材除了在内容上要全面合理，在语言表达方面也要做到正确规范。要想编写一本理想的电路理论英文教材，仅仅依靠中方教师的力量还是存在一定困难的。因此，我们充分利用合作学校的师资力量，聘请外方专业教师对编写的英文教材进行审核和校订，以保证教材语言表达的正确性和规范性。
同时，作者调查发现，中外合作办学的学生之所以不能很好地适应英文教学，一个很重要的原因是专业英文词汇的掌握量太少。因此教材在介绍每一章内容之前，会先对相关的专业词汇进行汇总。这样学生既可以从专业的角度学习教材的相关知识，还可以为后续双语课程以及外方课程的学习打下良好的语言基础。
（二）改革实验教学环节，建立综合实验体系
通过对近几届中外合作办学招收学生的调查发现，大多数学生思维比较活跃，接受新事物的意识和能力也比较强。这一特点体现在实验环节方面，就是他们对实验有很强的参与意识和热情，动手能力较强。但目前基于综合实验装置的电路理论实验环节却在某种程度上局限了学生能力的发展和提高。为此，我们从以下几个方面对实验环节进行改革。
1. 建立仿真实验、验证性实验以及开放性实验的综合实验体系
马歇尔指出，实验的结构化程度可以分为四级：验证性、结构化、引导性和开放性。根据这一理论，可在电路理论课程中建立如图1所示的综合实验体系。
其中验证性实验的目的是在一个设计完整的实验框架下重新验证结果是否达到原理所描述。然而，受各种条件的限制，电路理论的某些验证性实验不能立即在理论课程之后进行，影响了学习效果。比如关于动态电路过渡过程的分析，仅仅依靠几个函数表达式无法直观地呈现响应过程，因此我们充分利用multisim、labview等仿真软件，在课上即对所学内容给出仿真演示，真正让学生所见即所得。同时，要引导学生对仿真结果和验证实验结果进行对比，从工程实际的角度分析理论和实际的差别。
马歇尔还指出，在实验的四个结构化程度中，只有在引导性或开放性实验中，学生才会实际提出需要探究的问题或进入解决问题的程序。因此，中外合作办学模式下的电路理论实验除了应包含验证性实验和操作，也应该包含更具灵活性的开放性创新实验，教师只给出实验任务和设计要求，学生自行设计电路并进行测试分析。通过这样的方式引导学生对现实生活中存在的问题进行思考，利用所学的理论知识解决现实生活中的实际问题，从而激发学生的独立思考和创新能力[2]。同时，为保障开放性实验的顺利展开，我们还建立了电路理论实验器材库，配备面包板、基本元器件、示波器等实验器材，给予学生充分的设计和自主权利。
2. 设置基于问题导向的引导性实验内容，将部分实验安排在理论课之前
如何在实验中培养学生发现问题并利用所学知识解决问题的能力，是中外合作办学模式下电路理论课程实验环节的重要目标之一。对于电路理论的某些知识点来说，若在理论课开设之前，让学生先行进行实验，同时在实验过程中引导学生发现问题并利用已学知识进行解释，然后再带着实验中的问题进行相应理论知识的学习，往往能达到事半功倍的学习效果。以RLC串联谐振实验为例，如果在理论课程之后开设实验，学生则往往会根据所学知识去拼凑实验结果，实验过程过于关注电路连接和数据测量，而忽视了最重要的原理和结果分析。而在理论课之前开设该实验，并在实验过程中设置如下问题导向：（1）由小到大改变输入信号频率，观察电阻电压幅值变化情况并绘制变化曲线;（2）频率变化时，电阻电压是否存在极值？若存在极值，用相量法解释这一现象。这样的基于问题导向的引导性实验内容，可以在实验过程中充分调动学生的探究意识以及分析解决问题的意识。并且，让学生带着实验中得到的结论和分析结果再进行理论知识的学习，则更容易理解和掌握谐振发生的条件以及谐振电路的特点，课堂学习效率也能得到提高。
3. 由限定性实验报告改为引导性实验报告，并鼓励学生用英文撰写
实验报告的撰写是电路理论实验的最终环节也是重要环节，实验报告的内容不但可以反映学生的实验过程、实验结果，还可以反映出学生的分析思路、总结归纳能力以及表达能力。作者调查发现，许多高校都采用与电路理论综合实验装置配套的实验报告，报告中针对每个实验均给出了详细的实验电路、實验目的、实验步骤、实验原理以及待测实验数据表格等内容，学生在实验过程中只需按照报告给定的内容测量相应数据即可。这种方式虽然可以为实验指导老师和学生进行实验提供便利，但却将学生的角色局限为实验数据的测量者而非分析者和问题的解决者，这显然不符合中外合作办学模式下电路理论课程的培养目标。
为此，我们将只需要填写实验数据的限定性实验报告改为只给定报告结构的引导性实验报告，并将报告结构分为实验电路、实验目的、相关理论介绍、实验设备、实验步骤、实验结果、误差分析、实验结论等部分。每部分内容由学生根据实验情况、所学理论以及资料查阅独立完成。这样从进行实验到实验报告的撰写，学生不仅仅是实验电路的搭建者和测量者，同时也是实验的分析、总结以及问题的解决者，真正使学生变为电路理论实验的主体。同时，在中外合作办学模式下还鼓励学生用英文撰写实验报告，在教与学两个环节体现双语教学的特点。
（三）改革教学模式，激发学生的主动学习意识
由于“灌输式教+被动式学”的教学模式影响了中外合作办学模式下的电路理论课程教学质量，不利于培养国际化视野人才，因此我们尝试从以下几个方面改革电路理论课程的教学模式，逐步培养学生的主动学习意识。
1. 采用小班制授课模式
在授课形式上，目前电路理论课程普遍采用合班授课（lecture）[3]，由于学生众多，水平参差不齐，导致课堂互动性差，学生无法针对某个问题展开讨论，老师也很难针对每个学生的学习情况因材施教。这种形式下培养的学生往往习惯了被动接受知识，慢慢失去探究意识和创造性，最终陷入“范式陷阱”[4]。小班研讨式（seminar）教学则是解决这一问题的有效途径。采用小班制授课，由于学生人数少，每个学生都有参与课堂讨论的机会，师生之间容易形成良好的互动。同时老师也容易掌握每一个学生的学习情况，便于在课堂上开展启发式授课以及互动式交流，进而调动每一个学生的参与意识和主动性，真正做到教学相长。我校有越来越多的中外合作办学学生赴合作学校留学深造，从他们后续发展的角度考虑，小班制授课方式可以为他们更好地适应国外的学习氛围奠定基础。
采用小班制授课，还便于在电路理论教学中采用诸如翻转课堂、SPOC等教学方法[5]，而视频作为课堂教学的利器在这些方法中得到了广泛应用。对于中外合作办学模式下的电路理论课程来说，在教学视频的选择方面应考虑两个方面的因素：其一，教学视频可以为全英文授课以满足双语教学的要求;其二，视频涉及的理论知识应符合中外合作办学招收学生的特点以及学习水平，难度不宜过大。基于这两方面的考虑，可以从MIT、videolectures.net等国外公开课视频网站中精选部分适合的电路理论全英文教学片段，比如基尔霍夫定律、等效变换等，通过课前引导、课上观看视频、小组讨论、问题提出、教师归纳总结等一系列环节，充分调动学生的思维以及主动学习意识。
2. 课程考核采用全过程学业评价体系，促使主动学习贯穿课程始终
电路理论课程内容较多，前后延续性较强，随着学习内容的增加和深入，部分学生逐渐失去了学习动力，最终导致积攒的问题越来越多，影响了学习效果。因此，如何持续地激发学生的学习积极性，使主动学习贯穿课程始终值得授课老师认真思考[6]。作者认为，以考核促学习是解决这一现状的行之有效的方法。电路理论课程的考核不能仅仅依靠一份期末考试试卷，应该将阶段性学习效果引入课程考核，建立全过程学业评价体系，具体如表1所示。
在该全过程学业评价体系中，除平时成绩、实验成绩以及期末考试成绩外，在现有学时的限制下还根据课程所学内容的知识体系引入三次阶段性测验，以随堂测验的形式进行。由于阶段性测验计入最终成绩，可以在一定程度上促使学生进行阶段性复习，避免因考前突击而影响学习效果。同时，所有阶段性测验采用全英文命题，评阅完之后采取试卷返还制度，这样学生可以通过各自的答题情况对学习效果进行反思，便于与教师进行后续交流。
三、结束语
电路理论课程是电类专业重要的专业基础课，也是后续专业课的基础。在中外合作办学模式下，如何既保障课程教学质量，又能使该课程的教学适应高等教育国际化进程成为课程改革的主要目标。本文分析了电路理论课程在中外合作办学模式下的教学现状和存在的问题，并从优化课程教材、改革实验环节以及教学模式改革等三个方面，阐述了如何通过课程改革以达到提高教学质量、培养国际化人才的目标。
参考文献：
[1]于歆杰，朱桂萍，陆文娟，等.“电路原理”课程教学改革的理念与实践[J].电气电子教学学报，2012，2（34）：1-8.
[2]王娟，余玲，姚江云，等.应用型本科《电路理论》理论与实践教学体系改革初探[J].高教学刊，2016（13）：132-137.
[3]孫燕君，卢晓东.小班研讨课教学：本科精英教育的核心元素[J].中国大学教学，2012（8）：16-19.
[4]卢晓东.范式陷阱与制约创造性[J].博览群书，2012（2）：5-9.
[5]张强，张海峰，唐岩，等.电路原理基于SPOC翻转课堂教学模式的实施[J].实验技术与管理，2016，1（33）：187-194.
[6]白扬博，杨晓苹，刘君，等.电路分析基础课程教学改革的初步摸索与实践[J].高教学刊，2016（23）：130-131.
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