創(chuàng)新教育在電路分析教學中的應用研究*

李傳鋒徐迎曦

1．洛陽理工學院 河南洛陽 471003 2．河南科技大學 河南洛陽 471003

創(chuàng)新教育在電路分析教學中的應用研究*

李傳鋒1徐迎曦2

1．洛陽理工學院 河南洛陽 471003 2．河南科技大學 河南洛陽 471003

針對電路分析課程理論抽象的特點，把創(chuàng)新教育思想引入到課程改革中。從提高學生的學習興趣出發(fā)，通過典型的實例分析，讓學生真正意識到學習這門課程的樂趣和實用性。通過改革教學內(nèi)容和教學方法，增加師生互動和生生互動，達到改善教學效果的目的。通過計算機軟件仿真實例及開展第二課堂活動，增強學生的實踐動手能力和創(chuàng)新精神。

創(chuàng)新教育；電路分析；案例教學；計算機仿真

創(chuàng)新教育是以激發(fā)人的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力為重點，以培養(yǎng)受教育者創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新習慣為目標的教育形式。電路分析課程是信息類學生專業(yè)基礎課，也是學生從事后續(xù)硬件課程學習及設計的基礎。面對抽象的電路理論，如何講授該課程對學生理解并掌握核心的知識尤其重要。特別在新的大綱要求下，如何在有限的學時里給學生傳授更多的知識，以及如何引導學生自覺地開展課外科技制作活動，對學生綜合能力的培養(yǎng)有著重要的意義。

俗話說“授人以魚，不如授人以漁”，該道理就充分體現(xiàn)在大學的課堂教學過程中，也是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的關鍵所在。由于大學新生在電子技術方面的理論基礎較弱，對硬件知識的分析理解能力受到一定的限制，要想在教學中調(diào)動學生的積極性與主動性，必須改革教學方法、完善實踐環(huán)節(jié)，同時結合多媒體技術與計算機仿真軟件，以生動形象的圖形來代替晦澀難懂的理論知識。因此，把創(chuàng)新教育引入到電路分析教學中是非常必要的。

一、構筑教學體系結構

針對電路分析課程的特點，結合教學實踐經(jīng)驗，構建出如圖1所示的教學體系結構。主要包括換位思考法、改革教學思路和方法、結合項目經(jīng)驗進行工程實例教學以及利用強大的計算機仿真軟件進行彌補實踐環(huán)節(jié)教學的不足等。

圖1 教學體系結構圖

二、課堂教學創(chuàng)新

1.多媒體課件+板書授課法。針對所采用的教材，制作集聲音、動畫、圖片于一體的多媒體課件進行實施教學，這也是對傳統(tǒng)板書教學手段的一種變革。通過教學實踐及學生反饋表明，單純采用多媒體教學，會使得學生感覺內(nèi)容較多，聽完會出現(xiàn)很累但大腦中又有一片空白的感覺，所以必須結合板書來加深學生對重點內(nèi)容和抽象知識的掌握和理解，不能一味地采用單一的教學方法，從而使得兩種方法起到優(yōu)勢互補的效果。

2.師生課堂互動。在教學中，充分發(fā)揮教與學的積極性，采用多種教學方法，注重師生交流。教師不僅站到臺上講，也要到臺下講、甚至到學生中間講，讓老師真正融入其中，從而提高學生聽講的專注度。不僅教師講，也要讓學生講，讓他們覺得自己是課堂的主人，同時也可以鍛煉學生的語言表達能力。要加強師生互動環(huán)節(jié)，活躍課堂氣氛，促進學生獨立思考，加強生生互動，通過互相提問題、解答對方的問題，以及互批作業(yè)找出對方存在的問題等方式，使學生真正成為學習的主體。通過師生互動教學使學生感覺聽課是一件很放松的事情。此外，采用啟發(fā)式教學，讓學生帶著問題聽講，以提高他們對知識的領悟力，加強對關鍵內(nèi)容的理解與掌握。

3.發(fā)揮網(wǎng)絡優(yōu)勢，建立公共郵箱，加強師生聯(lián)系。為了增強學生和教師之間的互動，創(chuàng)建了公共電子郵箱，每次上完課就把最新的教案放到網(wǎng)盤中，供學生復習鞏固使用。開設了問題反饋欄目，傾聽學生提出的建議并及時給予解答或反饋，這樣學生就有了一個對該課程發(fā)表看法的自由天地，同時也使得教師在給學生授業(yè)的過程中，自己的教學能力也不斷得到提高

三、舉例教學模式

在講授電路的一般分析方法前，為了使學生對電路的圖有更深的印象，就為他們擴展了網(wǎng)絡圖論等方面的知識。例如，為學生舉了一個“哥尼斯堡七橋難題”的例子。當年大數(shù)學家歐拉以深邃的洞察力證明了“七橋難題”，就是把陸地抽象為節(jié)點，橋抽象為支路來研究實際問題的。歐拉對“七橋問題”的研究是圖論研究的開始，同時也為拓撲學的研究提供了一個初等的例子。通過實例講解，一下子就把學生吸引住了，然后對于電路中引入節(jié)點和支路這些概念知識，學生就自然而然地得到了理解。

當講到電路的基本元件時，對于電阻元件是耗能元件，學生較易理解，而對于電容、電感儲能元件的用途，學生不易理解，此時就為學生舉幾個例子，接觸較多的計算機主板中就用到許多鋁電容和鉭電容，主要起到穩(wěn)壓、濾波，以及保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用。此外，對于儲能設備，從較早的抽水儲能到現(xiàn)在用的廣泛的電動車蓄電池儲能，再到較新的普通飛輪儲能裝置，磁懸浮飛輪儲能(FES)以及世界上廣泛研究的超導電磁儲能(SMES)等。通過實例講解，學生對儲能元件的用途有了較深的印象，同時結合生活實例講解，學生更容易接受新知識，也能更好地掌握住相關理論知識。

對于一個復雜的二端無源電阻網(wǎng)絡電路，如果求等效電阻，可采用等電位板法，就是假想有一電流從一個端子流入，勢必從另一個端子流出同樣大小的電流，根據(jù)電阻上流過電流的先后順序，再結合電位降的概念知識就可以確定出不同的等電位點。我們把電位相同的點歸到同一條直線上，這樣就可得到不同的等電位線，然后把每一個二端電阻元件填入到不同電位線之間，從而就可以清晰地看出各個電阻間的串、并聯(lián)關系，最后易求出二端口的等效電阻。

四、工程案例教學

在講授電路功能和三相電路的時候，以為某電廠做的皮帶機輸煤監(jiān)控系統(tǒng)為例進行講授。從火車輸煤到廠通過螺旋卸車機、葉輪給煤機自動地把煤卸到地上煤場，再通過輸煤皮帶一級級傳送到高處經(jīng)粉碎燃燒供鍋爐產(chǎn)生蒸汽，送至汽輪機推動發(fā)電機進行發(fā)電，最后通過變壓器、輸電線路等環(huán)節(jié)送到各用戶負載，從而把電能轉換為機械能或光能的整個過程。通過舉例使學生明白了從原材料煤-傳輸煤-發(fā)電-傳輸電-負載用電整個流程，他們自然而然地就掌握了電能的產(chǎn)生、傳輸、轉換等功能，也懂得電路模型是對分析與解決實際問題的一種抽象描述。

五、計算機仿真教學

仿真實例應結合具體的教學內(nèi)容，在理論教學過程中穿插進行，以減小學生的審美疲勞。在Multisim軟件中連接好電路圖，通過設定各元器件參數(shù)，用虛擬儀器進行在線測量并分析計算比較結果。如正弦交流電路的穩(wěn)態(tài)分析是電路分析教學的重點和難點，初學者對相位的概念理解較困難，此時可以采用仿真軟件直觀的表現(xiàn)出每個電壓的之間的關系。

如圖2所示，利用Multisim提供的虛擬儀器對仿真電路進行測量，可以非常直觀的得到各元件上的正弦電壓(或電流)的瞬時值。通過3個電壓表(調(diào)到AC檔)觀察到元件參數(shù)對電路電壓的影響。并能扭轉學生對串聯(lián)電路總電壓一定等于各分電壓之和這一錯誤觀念，另外也驗證了交流串聯(lián)電路中電壓有效值之間的對應關系。

圖2 正弦穩(wěn)態(tài)電路連線圖

從圖3可以看出，輸出電壓的相位滯后于輸入電壓的相位，并可根據(jù)波形圖準確測量計算出相位差。通過引入計算機仿真軟件，讓學生先用虛擬儀器把實驗課的內(nèi)容仿真一遍，然后再去實驗室做實際的實驗，就會簡單很多，也會對所做內(nèi)容有更深刻的理解。此外，引導學生學習MATLAB軟件，就可以利用其強大的計算能力來求解較復雜的電路問題，同時也提高他們的學習興趣。

圖3 正弦穩(wěn)態(tài)電路輸入輸出波形

六、通過科技制作提高學生創(chuàng)新能力

為了提高學生的創(chuàng)新熱情，挖掘?qū)W生的創(chuàng)新潛力，通過建立學生科技創(chuàng)新基地，作為學生的第二課堂，此外還能逐漸發(fā)展成一個以學生為主體的科技產(chǎn)業(yè)孵化中心，將對學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面發(fā)揮重要的作用。在日常上課過程中，逐步給學生灌輸開展科技制作、增強動手能力的重要性，并抽出時間為學生講解PROTEL99SE、MATLAB等工具軟件，使他們積極投身于系、校的科技制作活動中。所教的2008級的一些學生現(xiàn)已成為系科技制作活動的重要力量，他們暑假一直堅持在校學習、參加科技制作活動，綜合能力大大得到提高，這為他們的以后就業(yè)打下良好的基礎。

七、結束語

創(chuàng)新是一個民族的靈魂，創(chuàng)新教育是培養(yǎng)開拓創(chuàng)新型人才的關鍵所在，教師不僅傳道、授業(yè)、解惑，更要去啟發(fā)學生的創(chuàng)造思維。本文對當前電路分析課程中的理論教學與實踐教學進行了探討，并提出了自己的一些改進措施和方法。通過CAI教學擺脫了重復性工作，并騰出精力投入到教學內(nèi)容的更新方面。但是，我們也應該清醒認識到，許多工作都不是一朝一夕所能解決的，只有經(jīng)過長期的經(jīng)驗積累與工程實踐，才能為學生創(chuàng)造一個自由學習、激發(fā)創(chuàng)新靈感的新天地。

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Research on innovation education in circuit analysis teaching

Li Chuanfeng1, Xu Yingxi2
1.Department of computer and information engineering, Luoyang, 471003, China 2. Henan university of science and technology, Luoyang, 471003, China

According to the strong theoretical abstraction of circuit analysis curriculum, we study the creative education idea in teaching reform. First of all, to enhance the interest of students in learning it, we could perform typical examples to make them truly aware of the fun and practicality of this course. Secondly, by improving the quality of teaching content and teaching methods, we can try to increase the interaction between students and teachers and achieve the purpose of improving teaching effectiveness. Finally, we can enhance the students’ practical ability and innovative spirit by learning the computer simulation software and starting the second class.

innovation education; circuit analysis; case teaching; computer simulation

2010-04-15

李傳鋒，碩士，講師。徐迎曦，碩士，講師。*本文獲洛陽理工學院青年基金項目資助(2008QZ12)。