“電工電子學(xué)”課程內(nèi)容的思考與教學(xué)實(shí)踐

張伯堯，潘麗萍

(浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，浙江杭州 310027)

0 引言

“電工電子學(xué)”(“電工學(xué)”)是研究電工技術(shù)和電子技術(shù)基本理論和應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)課程，是高等學(xué)校工科非電類專業(yè)一門重要的必修課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得電工和電子技術(shù)必要的基本理論、基本知識和基本技能，了解電工和電子技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展情況，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程以及從事涉及電工電子技術(shù)的本專業(yè)工程技術(shù)等工作打下一定的基礎(chǔ)，也是工科學(xué)生知識結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)和素質(zhì)教育的重要組成部分。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、現(xiàn)代測量技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)等等，這些技術(shù)的發(fā)展與電工電子技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，而電子技術(shù)的發(fā)展更是日新月異。這就使得面向非電類專業(yè)的“電工電子學(xué)”課程的教學(xué)內(nèi)容愈來愈多，而教學(xué)學(xué)時(shí)又在一定程度上減少。所以必須認(rèn)真思考和重新認(rèn)識電工電子學(xué)中相關(guān)內(nèi)容之間的關(guān)系，并合理處理和有效組織電工電子學(xué)的教學(xué)內(nèi)容。以下就我校在“電工電子學(xué)”課程教學(xué)中，對電工技術(shù)與電子技術(shù)、分立電路與集成電路、基本理論與工程應(yīng)用、單元電路與綜合系統(tǒng)等內(nèi)容之間的關(guān)系和處理所作的探討和實(shí)踐與同行交流。

1 電工技術(shù)與電子技術(shù)

“電工電子學(xué)”課程內(nèi)容通常包含電路分析基礎(chǔ)、變壓器和電機(jī)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、測量和電氣控制技術(shù)等。非電類專業(yè)的學(xué)生以后一般不會專門從事電工電子工程，尤其不會涉及較深的電路理論，而電子技術(shù)在非電專業(yè)工程領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，如生產(chǎn)過程的控制、產(chǎn)品檢驗(yàn)和管理、非電物理量的測量和控制等等。因此，在“電工電子學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容中，電路分析的內(nèi)容可適當(dāng)減少，而電子技術(shù)的內(nèi)容必須加強(qiáng)。

我們認(rèn)為，電路分析的內(nèi)容只要保證兩方面的基本內(nèi)容就可以，一是生活和工程實(shí)際中常遇到的如單相交流電路、三相交流電路以及安全用電等方面的基本概念和知識;第二是學(xué)習(xí)電子電路所必須的電路分析基礎(chǔ)知識，包括電路基本定律(如基爾霍夫定律)、基本定理(如疊加定理、等效電源定理)和電路基本分析方法等。因此在電工電子學(xué)課程教學(xué)中，我們將電路分析基礎(chǔ)單設(shè)1章，內(nèi)容包含基爾霍夫定律、支路電流法、疊加定理、等效電源定理、正弦交流電路、三相交流電路、非正弦交流電路、一階電路的瞬態(tài)分析等，而電子技術(shù)的內(nèi)容占6～7章。這樣既保證了一定的電路分析基本理論和基礎(chǔ)，又大大加強(qiáng)了電子技術(shù)的內(nèi)容。此外，電子技術(shù)的內(nèi)容又滲透到強(qiáng)電電路和電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用控制中，體現(xiàn)電子技術(shù)與電工技術(shù)的結(jié)合，以弱控強(qiáng)。

2 分立電路與集成電路

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子技術(shù)的應(yīng)用早已從分立電路時(shí)代進(jìn)入到集成電路時(shí)代，因此必須削弱分立電路的內(nèi)容，而以介紹集成電路為主。要明確分立電路的教學(xué)目的是建立電子電路工作的基本原理、基本概念。另一方面，對于非電類專業(yè)的學(xué)生而言，在介紹集成器件時(shí)沒必要也不可能去介紹集成器件的內(nèi)部電路原理，而主要介紹集成器件的外部特性、主要功能、主要參數(shù)以及如何應(yīng)用。所以介紹分立電路的另一目的是便于學(xué)生了解或想象集成電路(器件)的工作原理，理解其外部特性，以便更好應(yīng)用。

在“電工電子學(xué)”課程教學(xué)中，分立電路的內(nèi)容可大大壓縮，沒必要進(jìn)行系統(tǒng)的介紹。如對于放大電路的內(nèi)容，只要建立放大信號時(shí)電路所要滿足的基本條件、放大電路的基本原理、基本技術(shù)指標(biāo)和基本分析方法就行，可重點(diǎn)介紹一個(gè)基本的分立元件放大電路(如基本的共發(fā)射極放大電路。在介紹共發(fā)射極放大電路時(shí)，除了介紹電路基本組成(各元件的作用)外，應(yīng)重點(diǎn)講清什么叫靜態(tài)和動(dòng)態(tài)(概念)、為什么要靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析(目的和內(nèi)容)、如何進(jìn)行靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析(方法)。介紹了共發(fā)射極放大電路后，共集電極放大電路和其它電路只要適當(dāng)提及概念和特點(diǎn)即可，甚至可不介紹。對于門電路的內(nèi)容，通過簡單的二極管分立元件與門、或門和晶體管非門的介紹，使學(xué)生掌握基本概念、了解基本原理即可。

通過簡單的分立元件電路的介紹，使后續(xù)集成電路(如集成運(yùn)算放大器、集成功率放大器等模擬集成電路和集成門電路、集成觸發(fā)器等數(shù)字集成電路)的學(xué)習(xí)有了必要的基礎(chǔ)和更多的學(xué)時(shí)保證。

3 基礎(chǔ)理論和工程應(yīng)用

“電工電子學(xué)”作為工科非電類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課程，理應(yīng)使學(xué)生獲得較為完整的電工電子技術(shù)方面必要的基礎(chǔ)理論、基本知識和基本技能，這就是強(qiáng)調(diào)課程的基礎(chǔ)性。因此在課程內(nèi)容組識和教學(xué)過程中，必須保證必要的具有一定系統(tǒng)性的基礎(chǔ)理論和基本知識，建立電工電子工程的基本理論和基本方法。同時(shí)通過適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)手段和實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的思維能力和基本實(shí)踐技能，提高他們綜合分析問題和解決問題的能力。

另一方面，“電工電子學(xué)”課程也為學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識和從事專業(yè)相關(guān)的工程技術(shù)工作打好電工電子技術(shù)方面的基礎(chǔ)，也就是為電工電子技術(shù)如何應(yīng)用于非電工程實(shí)際打下必要的基礎(chǔ)，使學(xué)生在將來的工作中有較寬的視野，能從學(xué)科交叉應(yīng)用的角度來思考和處理問題，并能與電氣、電子工程師協(xié)同工作。因此“電工電子學(xué)”課程的教學(xué)除了保證其基礎(chǔ)性外，還要特別注意其在非電工程領(lǐng)域的應(yīng)用性。因此在課程的教學(xué)內(nèi)容中要避免完全的紙上談兵，應(yīng)強(qiáng)調(diào)理論知識的工程應(yīng)用。

在我校的“電工電子學(xué)”課程教學(xué)中，在保證一定的基礎(chǔ)理論、基本知識，滿足基本教學(xué)要求的前提下，很多章節(jié)中給出了應(yīng)用舉例，使得基礎(chǔ)與應(yīng)用、理論與實(shí)際有機(jī)結(jié)合，力求基礎(chǔ)性與應(yīng)用性的較好統(tǒng)一。這樣可使學(xué)生感到學(xué)有所用，從而提高學(xué)習(xí)積極性和教學(xué)效果。

4 單元電路與綜合系統(tǒng)

在電工電子類課程的教學(xué)中，為簡潔明了闡述某些基本理論、基本知識、基本方法，通常采用相對簡單的電路或單元電路來介紹，這樣有利基礎(chǔ)理論和分析方法的掌握。如在課程教學(xué)中通篇內(nèi)容都是如此，必然造成學(xué)生思維相對單一性，所學(xué)知識相對局限性，不能使所學(xué)知識綜合運(yùn)用，難以建立工程綜合應(yīng)用系統(tǒng)的概念。因此在課程教學(xué)內(nèi)容的組織中，要選取一定量的綜合應(yīng)用系統(tǒng)的例子。通過這些例子的介紹，不但使學(xué)生鞏固從單元電路學(xué)到的基本理論和基本知識，有的例子還拓展了所學(xué)知識，更重要的是提高了對不同單元電路、不同知識綜合運(yùn)用的能力，同時(shí)還建立了工程應(yīng)用系統(tǒng)的概念。

在“電工電子學(xué)”的課程教學(xué)中，學(xué)了集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的比例運(yùn)算電路、加減運(yùn)算電路、積分運(yùn)算電路、微分運(yùn)算電路和電壓比較電路后，介紹了一個(gè)綜合性較強(qiáng)的溫度測量控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含了溫度傳感器、跟隨器、加法電路、滯回比較器、反相器、光電耦合器、繼電器和加熱器等，通過該系統(tǒng)的介紹，把多種不同電路加以綜合，并拓展內(nèi)容。另外，在教學(xué)內(nèi)容中還安排非電量電測法和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成框圖，在學(xué)生有了系統(tǒng)的總體概念之后，再根據(jù)組成框圖的各功能模塊展開，逐一介紹傳感器、有源濾波和測量放大、模擬開關(guān)和采樣保持、模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換等單元電路。前一例子是從單元電路到綜合系統(tǒng)，后一例子是從綜合系統(tǒng)到單元電路。這樣的處理使學(xué)生更好的理解單元電路與綜合系統(tǒng)的關(guān)系，提高所學(xué)知識的綜合運(yùn)用能力。

5 結(jié)語

電工電子學(xué)的教學(xué)內(nèi)容要根據(jù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、教學(xué)基本要求和教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)等進(jìn)行不斷調(diào)整，內(nèi)容的選取和處理要符合技術(shù)基礎(chǔ)課程的特性和時(shí)代的發(fā)展，具體做法不一。以上僅是其中的幾點(diǎn)思考與實(shí)踐，旨在基礎(chǔ)性、應(yīng)用性、先進(jìn)性和教學(xué)適用性的較好統(tǒng)一。

［1］ 葉挺秀 張伯堯，電工電子學(xué)(第三版)，高等教育出版社，2008.11

［2］ 殷瑞祥等，我國電工學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容與方法的回顧、思考與展望，電子電氣課程報(bào)告論壇論文集，2008