1. 引言
为了应对我国在当前经济背景下新一轮的科技革命与产业变革，教育部提出了面向“新技术、新业态、新模式、新产业”的新工科人才培养理念，旨在为国家培养德才兼备的人才，其既要具备过硬的专业技术和创新能力，又要拥有爱祖国、爱人民的家国情怀。新工科理念作为高等工程教育的新航标，正引领着教育体系的深刻变革与未来科技发展的方向。它不仅仅是对传统工科教育的简单升级，而是一场面向未来、创新驱动的教育革命。在这一理念下，教育目标从单一的技术技能传授，转变为注重学生综合素质与能力的全面提升。
电路分析作为我国高校电子信息及电气工程类专业本科生必修的第一门专业基础课，结合新工科理念进行教学改革与实践具有重要意义。因此，如何结合电路分析课程特点，将新工科理念融入到教学过程中，提升教学质量及学生的综合素质和创新能力，是值得持续探索的问题。目前，已有许多先进的教学理论，对教学实践起到了指导作用，如“以学生为中心”、工程教育专业认证、OBE等[1]-[4]。同时还涌现出许多有效的教学方法及新模式，如线上线下混合教学、BOPPPS、多维混合在线教学等[5]-[7]。除此之外，还有许多从课程思政着手的教学实践案例[8]。这些成功的案例极大地丰富了教学理论和教学方法。本文基于新工科人才培养理念，在教学过程中引入人工智能虚拟系统，将电路工程问题及仿真技术引入电路分析课程内容中，从产、研、赛、创四个角度出发，着重培养学生的自主学习、工程实践与创新思维能力。
2. 电路分析教学中存在的问题
电路分析是电子、电气及信息类专业的第一门专业基础课，同时也是新工科专业的核心课程之一。该课程内容多、理论性强、逻辑性紧密，使得学生感觉枯燥，进而造成学习积极性不足。笔者对电路分析课程开展了深入的教学改革与研究工作，持续建设电路省级精品课程，在MOOC、多媒体教学、新形态教材等方面取得了阶段性成果。但在电路分析课程教学中仍旧存在一些亟待解决的问题。一是电路分析课程理论性强、逻辑紧密，造成自学难度较大，进而降低学生的学习积极性；二是电路分析课程知识点较多，通过考试的方式难以全面体现学生对知识点的掌握程度，进而造成评价形式较单一；三是课程中的电路分析方法和思路难以被学生学以致用，进而造成学生解决实际工程应用的能力较为薄弱，无法满足学生进行深入实践的需求。
3. 电路分析课程教学改革方法和措施
3.1. 基于人工智能的智慧课程建设——以“产”、“研”为导向
智慧课程的建设离不开人工智能。我们通过一个基于人工智能的虚拟系统，实现对学生的学习情况即时反馈，为学生提供一个可动态交互、可自我监督和自我解释的学习环境，改善学生在自学过程中遇到问题难以获得解决方案的情况。目前，网上已有大量教学视频资源、如慕课、雨课堂、超星学习通等，该系统可针对各学生对所学知识的掌握情况，个性化学习路径，向每个学生个性化智能推荐相关视频(包括与知识点相关的应用研究等)，进而加深理解，使得学生在自学过程中能够获得满足感，提升学习积极性。
建立电路分析的知识图谱，学生可以通过思维导图整理所学知识点，理清各知识点之间的关系，加深对知识点的理解，进而更容易掌握重要的知识点，如电路分析方法、电路定理、动态电路分析等。同时，根据电路分析课程的课程目标及知识图谱(如图1所示)，进一步建立能力图谱和素质图谱，进一步明确学习目标，培养学生的创造性思维和自主学习能力。同时，虚拟系统可以实时跟进学生的学习进度，使得教师能够紧密跟进学生的学习进度，在课堂教学时做到有的放矢，实现教学全过程的智能评估。最后，还可利用虚拟系统的自动答疑功能，辅助学生完成学习重难点的突破。
综上所述，虚拟系统利用人工智能技术，全程把控学生“课前预习–课堂学习–课后复习”的各环节，通过个性化学习路径规划、自动答疑等功能，帮助学生攻克电路分析中的重难点，理清各知识点之间的联系，进而构建知识体系，有效提升学生的自主学习能力。
举例：知识图谱——电路模型和电路定律
Figure 1. Mind map of circuit models and circuit laws
图1. 电路模型和电路定律思维导图
3.2. 将工程问题融入教学内容——以“赛”、“创”为导向
采用线上线下混合教学模式，以“学生为中心”，采用案例教学、项目驱动、翻转课堂等多元化教学方法，提高教学的互动性和实践性。通过引入工程实例和电子设计类竞赛赛题的方式，如全国大学生电子设计大赛，激发学生的学习兴趣和创新思维，培养学生的团队合作能力和问题解决能力，进而培养学生的创新创业能力。
将工程实例引入到教学内容中，让学生能够将知识点与实际工程应用相结合，加深对知识点的理解。如在理想电流源知识点中，引入电流互感器测高压传输线电流的例子，让学生理解电流源不能开路的原因；在动态电路过渡过程分析中，引入高压电力设备在投入或切除的过程中出现过电压及过电流现象，帮助学生加深对过渡过程的理解；在正弦稳态电路串并联谐振中，引入收音机及通信电子电路中选频网络应用，帮助学生加深对谐振电路的理解。
电子竞赛案例：2023年全国大学生电子设计竞赛B题——同轴电缆长度与负载检测装置
Table 1. Basic requirements of competition question
表1. 赛题基本要求
参数类型 |
显示格式 |
工作状态 |
显示“正在检测”或“结果保持” |
电缆长度 |
显示“XXX cm” |
负载类型 |
显示“开路”、“电阻”、“电容”中的一种 |
负载参数 |
显示电阻或电容的数值及单位 |
表1展示了赛题的基本要求，其中要求检测负载类型并输出负载参数。该题可以加深学生对负载类型的这一概念的理解，对正弦稳态分析有更加直观的认识，能够有效地将课堂知识和实际工程应用问题结合起来。
笔者结合多年电路分析课程教学经验，将上述工程实例及电子竞赛案例引入到PPT中，在课堂讲授过程中向学生展示工程实例及电子竞赛案例，并逐步引导学生通过所学电路知识分析解决实际工程案例中可能出现的问题，同时鼓励学生以小组为单位完成电子竞赛赛题。最后，指导学生结合所学电路知识及查阅文献，总结课堂中所讲授的工程实例，撰写电路理论结合典型工程实践的小论文，提升学生的工程实践和创新思维能力。
4. 结语
电路分析基础作为电类专业的基础课程，知识点多、理论性强、学习过程枯燥难懂，致使学生学习的积极性不高，难以与工程实践结合。本文针对电路分析基础课程的教学特点，结合新工科理念，从“产”、“研”、“赛”、“创”的角度进行教学实践。融合人工智能，通过智能系统自适应向学生反馈学习状况，个性化推送知识点视频，建立知识图谱，采用线上线下混合教学模式，引入实际工程问题及电子竞赛赛题，培养学生的自主学习、工程实践和创新思维能力。
基金项目
河南省高等学校重点科研项目(22A510009)；信阳师范大学青年科研基金(2023-QN-053)；教育部产学合作协同育人项目(230900922285055)。
NOTES
*通讯作者。