“電路分析”課程關聯(lián)教學探析

張 嶺，邵天章，楊潤生，王文婷

(軍械工程學院，河北石家莊 050003)

“電路分析”課程研究電路的基本理論和分析方法，是我院火炮、步兵武器、機械工程、彈藥工程、管理工程和裝備保障指揮等專業(yè)的專業(yè)基礎課，對培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和解決問題的能力具有重要作用。本文以軍事院校教學改革為背景，從“電路分析”課程在電氣工程學科課程體系中的地位和作用出發(fā)，運用科研服務于教學以及教學與科研良性互動的基本規(guī)律，在該課程中開展了關聯(lián)教學。

1 基于關聯(lián)教學的教研相長內涵

1.1 教研相長在“電路分析”課程中的應用

(1)教學出題目:教師深入研究“電路分析”課程標準，剖析并延展其內涵，對有利于提升學生能力素質和適于進行關聯(lián)教學的相關知識點進行提煉，構建淺層次和深層次關聯(lián)教學系統(tǒng)框架。

(2)科研做文章:教師結合自身實際，將提煉的知識點與本人所授專業(yè)課相關內容進行多層次和全方位的關聯(lián)整合，采用 Matlab/Simulink、PSCAD/EMTDC和Proteus等多種仿真軟件，對與知識點關聯(lián)的科研設想展開論證，并深入開展創(chuàng)新性科學研究，形成科研成果，為教學水平提升打下堅實基礎。

(3)成果進課堂:教師對“電路分析”課程與相關課程關聯(lián)取得的科研成果進行梳理，將提煉的關聯(lián)知識點內容和取得的相關成果進行教學實踐，探索新理論、新技術和新方法運用到課堂的有效途徑，研究科研能力向教學能力轉化的規(guī)律和方法。

1.2 關聯(lián)教學實施方案

關聯(lián)教學實施總體方案如圖1所示。

圖1 關聯(lián)教學實施方案

1.3 關聯(lián)教學主要特征

(1)在教學內容上，從學科課程間的關聯(lián)特性出發(fā)構建學生的知識體系;

(2)在教學方法上，將注重知識內容的順序教學與注重知識關系的知識結構教學相結合;

(3)在教學實施上，理論教學與前繼課程關聯(lián)培養(yǎng)學生的思辨能力，工程應用與后續(xù)課程關聯(lián)培養(yǎng)學生的專業(yè)素養(yǎng)。

2 關聯(lián)教學實踐與創(chuàng)新

2.1 基于課程間知識點聯(lián)系的關聯(lián)教學

(1)遵循學生在學習新知識過程中的認知規(guī)律，適時恰當?shù)嘏c已學習過的課程內容進行關聯(lián)，基于系統(tǒng)聯(lián)系的方法進行“電路分析”教學，使得學生對抽象知識的理解形象化，對于難點的理解通俗化。

基于相似性原理與基礎課關聯(lián)，進行啟發(fā)式教學設計。如“電路分析”課程中的二階電路和“大學物理”中的彈簧阻尼機械系統(tǒng)，如圖2和表1所示。

圖2 二階電路與彈簧阻尼機械系統(tǒng)的相似性

表1 彈簧阻尼系統(tǒng)與二階電路的相似性

圖2(a)圖是由質塊、彈簧和阻尼器組成的機械系統(tǒng)，圖2(b)圖是一個典型的RLC串聯(lián)二階電路。描述上述兩個系統(tǒng)的微分方程分別為

顯然，二者具有一致的數(shù)學模型，相似的數(shù)學描述，并且在參數(shù)上存在一一對應關系，兩者的響應也具有相似的振蕩特性。在教學中再現(xiàn)該知識點的相關來源，為學生營造良好的創(chuàng)新性思維環(huán)境;在講解過程中，引導學生運用已有的知識和技能解決新的矛盾和問題。

(2)從電氣工程及其自動化專業(yè)的課程體系結構出發(fā)，在教學過程中強化“電路分析”與后續(xù)專業(yè)課程的銜接與滲透，優(yōu)化“電路分析”課程內容，加強課程間的聯(lián)系。

軍事院校教學改革的指導思想是:基礎、實用和突出課程體系間的聯(lián)系［1］?；A是保證該課程教學大綱中規(guī)定的基本教學要求。實用則是指強化與后續(xù)專業(yè)課程緊密相關的教學內容，為專業(yè)課提供必要的理論和分析方法。

2.2 關聯(lián)教學實施過程

(1)與電力系統(tǒng)自動化專業(yè)課程中的有關電路進行工程關聯(lián)教學。以300kW發(fā)電機的勵磁回路為例，采用基于軟件仿真的方法用電壓表測量勵磁繞組的RL電路端電壓，結果出現(xiàn)在開關斷開瞬間電壓表損壞的現(xiàn)象。學生對此現(xiàn)象會產(chǎn)生好奇，可引導學生就電弧產(chǎn)生的原因、電弧產(chǎn)生的危害以及如何防止電弧的產(chǎn)生等問題進行探討。

(2)與“內燃機電站構造”專業(yè)課程中的有關電路進行工程關聯(lián)教學。以汽油機點火系統(tǒng)為例，汽油機傳統(tǒng)點火系統(tǒng)以蓄電池為電源，通過點火線圈和分電器將12V低壓直流電定時轉變?yōu)楦邏弘姡葱蚍峙涞礁鞲谆鸹ㄈ?，使火花塞產(chǎn)生電火花，點燃混和氣，工作原理如圖3所示。

圖3 汽油機點火系統(tǒng)

利用此電路可綜合說明變壓器的工作原理以及一階RL電路的動態(tài)變化過程在工程上的應用。

2.3 基于能力素質培養(yǎng)的關聯(lián)教學

(1)設計綜合設計性實驗，創(chuàng)設問題情境并組織討論，引入計算機輔助設計工具，進行電路的虛擬仿真實驗。通過電路仿真強化基本概念、基本原理、基本電路和基本分析方法的學習，培養(yǎng)學生設計電路、分析電路和進行數(shù)據(jù)處理的能力。

“電路分析”課程與后續(xù)“模擬電子技術”及“數(shù)字電子技術”等課程密切相關。我們采用基于問題式教學法的交互式教學模型，通過給學生合理設計含有運放和動態(tài)元件的綜合問題，并輔以計算機仿真驗證的教學手段。

(2)對新型基本電路元件在裝備中的應用進行科研學術研究，遵循教學應與科研結合，科研應服務教學的教研相長規(guī)律，引入設計式教學法對科研成果進行關聯(lián)教學實踐與創(chuàng)新，促進“電路分析”課程教學內容和體系的改革與更新［2，3］。

隨著數(shù)字電路的廣泛應用，在“電路分析”課程中對數(shù)字電路的基本概念和基本分析方法應于關注。以新型數(shù)控電位器、數(shù)控電容器和數(shù)控電感器［4，5］為例開展與傳統(tǒng)電位器、電容器和電感器的對比教學，說明其在科學研究中的應用優(yōu)勢。針對電氣工程及其自動化專業(yè)面向的系統(tǒng)闡述自激異步發(fā)電在野戰(zhàn)電力支持系統(tǒng)中的發(fā)展優(yōu)勢，引伸出自勵電容的概念，闡述基本元件工作原理掌握的重要性及與后續(xù)課程的相關性［6］。

3 關聯(lián)教學實施效果

我們在授課過程中，將與“電路分析”教學關聯(lián)教學有關的“大學物理”、“電子技術”、“電機學”、“內燃機電站構造”、“電力系統(tǒng)自動化”和“供配電技術”等10余門課程中的關聯(lián)教學知識點20多個(零輸入響應和零狀態(tài)響應的概念、運算放大器電路、互感與變壓器電路等)以及科研項目中有關“電路分析”知識點的創(chuàng)新性科研成果引入課堂，充分應用于教學實踐。

實踐證明:教師作為關聯(lián)教學的實施者，運用教學應與科研結合，科研應服務教學的教研相長基本規(guī)律，施教能力和科研水平得到自我升級，建設了一支既精基礎，又擅科研的教學團隊;學生作為關聯(lián)教學的參與者，培養(yǎng)了靈活運用所學知識解決問題的能力。

［1］ 秦平，沈鉞.基于課程聯(lián)系探討“電路分析基礎”教學［J］.南京.電氣電子教學學報.Vol.29(6)，2007.pp88-90

［2］ 劉彥鸝.基于Multisim10的二端口參數(shù)的測量［J］.南京.電氣電子教學學報.Vol.33(5)，2011.pp63-65

［3］ 孫雨耕，宋學軍，石季英，等.“電路”課程研究型實驗的有益探討［J］.南京.電氣電子教學學報.Vol.30(6)，2008.pp47-48.

［4］ 張嶺，孫宏志，梅棟良，王建偉，馮濤.基于PSCAD的數(shù)控電容在PWM整流器中的應用仿真研究［J］.北京.電子技術應用.2011年第9期.pp74-76

［5］ 張嶺，趙錦成，邵天章，馬瑞平.基于數(shù)控電感的PWM整流器網(wǎng)側電流改善研究［J］.北京.電子技術應用.2011年6月.pp74-76

［6］ 張嶺，邵天章，栗彥輝，王文婷.內燃機驅動的自激異步發(fā)電系統(tǒng)建模仿真研究［J］.常州.工礦自動化.2011年5月.pp49-54