基于虚拟仿真平台的高职《电路分析》课程设计与开发
摘要：《电路分析》课程是电气信息类专业的基础课程，其主要任务是讨论线性、非时变、集中参数电路的基本理论和分析方法，掌握电路的基本概念，基本原理，提高分析能力，是后续课程的基础。作为高职院校的学生来说，他们往往对于直观的知识更容易理解，而对于抽象的数学运算不太感兴趣，且运算能力较弱。针对高职学生的学习特点及高职《电路分析》课程的教学要求，将课程教学的重点放到基本定律的理解，引入虚拟仿真软件作为教学的支持工具，将所有的数学计算转换为电路的搭建、参数的设置与输出结果的观察，使枯燥的数学运算转化为生动形象可以动态展示的电路模拟图，从而提高学生的学习积极性。
关键词：电路分析；虚拟仿真；课程设计与开发
引言
近年来随着各类各级高校招生规模的扩大以及高考生源的连年下降，使得当前很多高职院校的入取分数线直线下滑，以至于高考两百分的学生也能够有机会参与到高等教育之中。一方面体现了我国当前高等教育的普及化程度逐年提高，能够对整体国民受教育程度进行提升；另一方面也出现了一些比较严峻的问题，特别是理工科相关专业的教师在授课过程中会发现，对于高中知识掌握并不好的学生来说，学习《电路分析》这一类的课程，会出现很大的厌学情绪，特别是对于高中阶段读文科的同学来说，更是一个巨大的挑战。
在这样的情况之下，如何能够在不减少教学内容、不降低教学要求的基础上让学生对所学内容能够产生较大的兴趣，从而完成整个教学计划与内容成为广大高职教育工作者所迫切需要解决的一个问题。
直观与形象的教学方式往往为这一类学生所喜闻乐见，通过引入虚拟教学软件，将抽象的电路计算转化为形象的电路搭建、参数设置及输出结果的观察，能够更好的吸引学生的注意力，从而提高学生的学习积极性，达到教学目标，完成教学任务，并为后续的课程学习奠定基础。
1 本课题研究所基于的虚拟仿真软件介绍
以上的几种软件都有课程讲授过程中有所应用，并将软件的使用融入到课程教材的内容之中，在《电路分析》课程的教学过程中起到了一定的作用，特别是在实训课程中解决了实训资源不充足的问题，为学生对本门课程的学习提供了良好的平台。
在课题研究过程中，我们发现在电气自动化及相关专业的学生中，个人拥有电脑的数量较少，特别是在一年级学习阶段，每班所拥有的电脑数量不超过3台，因此学生在课后往往很难利用虚拟仿真软件进行练习与学习。同时，现在智能手机的普及率已经非常高，几乎每名同学都拥有一台智能手机，为此在虚拟仿真软件的选择上以手机平台为主要载体进行选择。
当前常用的手机平台电路仿真软件有《电子电路仿真和设计—iCircuit》、《电子电路模拟器—EveryCircuit》、《超级电路仿真软件—Droid Tesla Pro》等仿真软件。
1.1 电子电路仿真和设计—iCircuit[5]
iCircuit是一款电路仿真设计程序。其先进的模拟引擎可以处理模拟和数字电路，并提供强大的实时分析的功能。无论你是学生，计算机业余爱好者还是工程师，这都将是你最好的模拟工具。你可以使用它将任何支持的仿真元器件连接在一起，并各自设置其属性。
iCircuit不像其他的模拟程序需要静止测量或者花费很长时间来设置参数。仅需简单的几步操作，就可以媲美花费很多时间连接好的实际电路！我们提供了超过30种元件来建立你的仿真电路，从简单的电阻、电容，到MOS管、FET管和数字门元件，一应俱全。
模拟程序可以使用模拟的万用表来探测电路的参数，并即时显示电压和电流。如果你想看到电路参数如何随着时间的推移而变化，你可以使用内置的示波器来观察。我们的示波器还支持同时跟踪多个信号并描绘在同一个坐标系中，非常易于观察比较。
1.2 电子电路模拟器—EveryCircuit[6]
EveryCircuit是一款电子电路模拟工具，可以建立任何电路，点击播放按钮，就能够观看动态的电压和电流的动画。软件功能：+动画电压波形和电流流+模拟控制旋钮调整电路参数+自动布线+示波器+无缝DC和瞬态仿真+单播放/暂停按钮控制模拟+保存和加载的电路原理图+移动从地面建造的仿真引擎+直观的用户界面+没有广告组件：+源代码，信号发生器+电阻器，电容器，电感器+二极管，齐纳二极管，发光二极管（LED）+ MOS晶体管（MOSFET），+双极结晶体管（BJT）理想运算放大器（运放）+数字逻辑门，OR，NOT，NAND，NOR，XOR，XNOR。
2 本课题研究的目的、意义
针对当前高职教育中所遇到的各种现状与问题，对教学内容与教学方法进行适当的改革，从而更好的满足高职教育的要求，为后续课程奠定较为扎实的基础。
（1）在培养学生电路知识与计算能力的基础上，更加重视学生的动手能力与观察能力，将原来的分析电路与计算电路数据转化为搭建电路与观察电路数据，降低本课程对学生的高中物理与数学知识的要求。
（2）选择一种更加容易上手且跨平台使用的虚拟仿真平台，使得学生能够比较容易掌握软件的使用方法，而且不用局限于计算机平台，从而让学生能够在课上与课下都能进行学习与练习。
（3）为学生将来进行复杂电路的设计奠定一定的软件使用经验与EDA的基本设计方法。
通过本课题的研究与实施，使得当前学生的学习现状进行一定改善与提高，培养学生的学习兴趣、提高学生的学习能力，为相应后续课程的学习奠定较为扎实的基础，从而提升学生的专业知识与专业技能，提高学生的就业竞争力。
3 本课题的主要研究工作
3.1 制定《电路分析》课程标准与计划
《电路分析》课程标准包括课程简介、课程性质与定位、课程设计思路、课程培养目标、课程内容和要求、教师任职要求、教学条件与设施要求、实施建议及附录等九个方面的内容，其中课程内容和要求见表1。
3.2 设计《电路分析》教案
本课程的教案共有23个，主要内容包括教学目标、目标群体、教学方法、时间安排、教学过程设计、作业及教学反馈等七方面的内容。通过以上内容的规划与设计，使得教师能够对整个教学更好的把握，在适当的教学过程中引入虚拟仿真软件的应用与讲解，为学生更好的理解与掌握知识点奠定基础。
3.3 绘制《电路分析》虚拟仿真电路
根据课程的进度与教学内容，对教学所使用的电路绘制了虚拟仿真电路，对课本中的例题及课后习题也进行了详细的仿真与实现。在教学过程中，首先由教师对所学内容或所要运算的题目进行讲授，然后由学生自主绘制虚拟仿真电路，通过对学生绘制的电路图进行点评及教师所做标准电路的分析，使得学生能够深入掌握所学知识点。
4 结论
本课题从教学内容的确定，到教学手段的选取以及教学方法的使用都进行了改革。从教学内容来说，在原有课程体系基础上针对高职学生的学习能力与基础知识的掌握情况，适当补充一些基础性的知识与内容；同时针对后续课程的需要，调整一些现有课程知识内容的体系与难易程度；从教学手段来说，将原来更多的关注学生对电路的分析与计算能力培养，过渡到对学生使用软件进行电路的搭建与观察的能力。
通过本课题的研究与实施，对于高职教育中《电路分析》课程的原有授课模式进行了一定程度上的改革，将过去以理论计算为主体的教学模式转化为以动手搭建电路、设置电路参数、观察电路运行效果的行动型课程。学生在学习过程中的积极性明显得到提高，学习效果得到明显的改善，同时使学生对电路的概念与功能能够获得更加直观的了解，为后续课程的学习奠定了扎实的基础。