應(yīng)用型本科《電路》課程教學方法改革

黃為勇

(徐州工程學院 信電工程學院，江蘇 徐州 221111)

應(yīng)用型本科《電路》課程教學方法改革

黃為勇

(徐州工程學院 信電工程學院，江蘇 徐州 221111)

為培養(yǎng)學生實際工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，針對我校應(yīng)用型本科專業(yè)學生的實際情況和《電路》課程的特點，對應(yīng)用型本科專業(yè)電路課程教學內(nèi)容、教學方法和教學手段等方面進行了改革。實踐表明教學改革提高了學生的學習興趣，加深了對電路理論知識的理解，培養(yǎng)了工程實踐應(yīng)用能力與創(chuàng)新能力，達到了較好的效果。

電路課程;教學改革;教學實踐;應(yīng)用型本科

《電路》是電子信息類專業(yè)的一門理論性與實踐性較強的專業(yè)平臺課程。該課程對學生掌握電路的基本理論知識和基本分析方法、培養(yǎng)專業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新能力具有重要意義，在專業(yè)培養(yǎng)方案中具有十分重要的地位［1］。

由于傳統(tǒng)《電路》課程的教學方法大多注重理論講授，占用課時較多，很多內(nèi)容無法做到理論聯(lián)系實際，影響了學生對電路相關(guān)知識的理解與掌握。實驗課程也基本上以驗證性為主，遵循普遍采用的“預(yù)習—講解—操作—報告”的教學模式，嚴重影響了學生工程實踐應(yīng)用能力的提高，更談不上創(chuàng)新能力培養(yǎng)。目前我校電子信息類本科專業(yè)的總學分由過去的220學分精簡為180學分，《電路》課程授課學時也相應(yīng)地從最初的104學時縮減為現(xiàn)在的88學時(其中理論教學64課時，實驗教學24學時)，這無疑給本課程的教學帶來了一個新的挑戰(zhàn)。如何調(diào)整和優(yōu)化教學內(nèi)容，在較少的學時內(nèi)更好完成課程教學工作，提高應(yīng)用型本科專業(yè)學生的工程應(yīng)用任務(wù)能力和實踐創(chuàng)新能力是我們需要認真思考的課題，研究與探索一種行之有效的適合應(yīng)用型本科專業(yè)的《電路》課程教學方法是十分必要的。

為深化教學改革和適應(yīng)創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)的需要，近年來我們在教學中始終遵循以培養(yǎng)學生工程素質(zhì)和綜合應(yīng)用能力為宗旨，圍繞如何將教學理念切實地轉(zhuǎn)化為教學行為，滲透到教學方法、教學內(nèi)容等實際教學工作中，對我校應(yīng)用型本科專業(yè)《電路》課程的教學方法進行了不懈的改革與實踐。

一 完善教學大綱，優(yōu)化教學內(nèi)容

課時的減少使得優(yōu)化教學內(nèi)容成為一個必然的選擇，為此我們聯(lián)合不同課程的教師在對培養(yǎng)方案進行總體分析的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌考慮整個培養(yǎng)方案的知識點以及未來實際應(yīng)用的需求，按照“必須和合理”的原則完善電路課程的教學大綱，優(yōu)化教學內(nèi)容。如在《電路》課程中精簡了運算放大電路和運算電路分析的內(nèi)容，將這兩個知識點安排在模擬電子技術(shù)和信號與系統(tǒng)課程中，這不僅減少了電路課程的學時，同時也使得模擬電子技術(shù)和信號與系統(tǒng)兩門課程的知識點更完整。

另一方面，教學內(nèi)容的優(yōu)化也比較好地克服了過去不同課程中知識點的重復(fù)問題，不僅避免了教學中需要補充拉普拉斯變換等知識點的問題，也克服培養(yǎng)計劃中積分變換課程與電路課程教學時間安排的錯位問題，整個培養(yǎng)計劃更合理和統(tǒng)一。在課程教學中增加和強化了小信號非線性電路分析的教學，這不僅為后續(xù)模擬電路中教學創(chuàng)造了條件，也降低了學生學習模擬電子技術(shù)課程中晶體管理放大電路學習的難度，較好地提高了教學效果。

二 因材施教的教學方法

我校是一所應(yīng)用型的本科院校，學生的入學水平參差不齊，有些學生甚至是文科學生，這給我們的教學帶來了難度，為此我們在教學過程中積極采用因材施教的教學方法，做到用更少的學時更快更清晰地講明基本教學內(nèi)容，受到了學生的歡迎。例如在介紹電容與電感器件時，首先給出學生們都非常熟知的電阻的定義［2］:在任何時刻端電壓與其電流成正比的電器元件稱為電阻元件R，即滿足u=Ri的元件稱為電阻R。

然后，仿照上述電阻器件定義，從數(shù)學上而不是從物理意義給出電容和電感的如下定義:

1.線性電容的定義:在任何時刻端電流與其電壓的變化率成正比的電器元件稱為電容元件C，即滿足i=的元件稱為電容C。

2.線性電感的定義:在任何時刻端電壓與其電流的變化率成正比的電器元件稱為電感元件L，即滿足u=元件稱為電感L。

采用上述電容與電感的數(shù)學上的形式化定義，不需要學生深刻理解電容元件極板上的電荷q以及通過電感元件的磁鏈(等比較深奧的物理概念。同樣，在講授教材第十章內(nèi)容時直接在上述電感的定義的基礎(chǔ)上直接進行推廣，給出含有耦合的關(guān)系式:

然后，再從上式中正負號引出“同名端”的概念及其正負號的確定，這樣既避免了自感磁通鏈與互感磁通鏈等器件內(nèi)部電磁特性、概念及原理的介紹，直截了當?shù)亟o出相關(guān)定義，便于學生理解，降低了教學難度，同時也節(jié)省了教學課時。另一方面，上述形式化定義不僅符合電路課程是利用器件的電流、電壓等外在物理量來描述和研究其內(nèi)部電磁特性這一基本特點，而且也符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教學規(guī)律。

三 基于工程應(yīng)用的教學方法

《電路》作為一門電子信息類專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)平臺課，在課堂教學中不僅要使學生掌握扎實的基礎(chǔ)理論和分析方法，而且要結(jié)合培養(yǎng)目標強調(diào)理論的工程應(yīng)用，提高學生的學習興趣，培養(yǎng)其工程意識。在講授電路模型內(nèi)容時介紹抽象模型的工程背景、抽象過程、不同模型之間的區(qū)別與聯(lián)系、并針對不同環(huán)境選擇不同模型，使學生初步認識到理想化電路元件模型與實際電路器件的對應(yīng)關(guān)系，不僅培養(yǎng)了學生的工程意識，而且也提高了學習電路理論的積極性。在講授回轉(zhuǎn)器相關(guān)內(nèi)容時，不僅講解將電容回轉(zhuǎn)成電感的原理和方法，而且也介紹了在微電子器件中是如何把易于集成的電容實現(xiàn)難以集成的電感的工程應(yīng)用實例;在講授動態(tài)電路相關(guān)時，既介紹各種分析方法，又介紹動態(tài)電路在電子產(chǎn)品等實用電路中的應(yīng)用等，采用這種基于工程應(yīng)用的教學方法有效地激發(fā)了學生的學習興趣，提高了電路理論學習的效果，同時強化了學生工程素質(zhì)的培養(yǎng)。

四 虛實結(jié)合、軟硬結(jié)合的教學方法

充分應(yīng)用Multisim、Matlab等多種仿真軟件進行教學，在課堂上通過軟件的仿真實驗演示，將仿真結(jié)果與理論分析加以對比，加深了學生的理解，提高了學習效果。如在講授非正弦周期電流電路這部分內(nèi)容時，教師很難用簡單的語言解釋清楚非正弦周期信號的分解過程，我們簡化復(fù)雜的公式推導(dǎo)，適當刪減細節(jié)問題的定量分析計算而直接給出結(jié)論，且利用計算機分析軟件實現(xiàn)對任意非正弦周期信號以及該信號及其各次諧波波形的繪制，并能完成諧波分量的疊加波形與原始信號比較，從而生動形象而又準確地使學生理解比較抽象的原理和方法。

上述方法同樣也應(yīng)用到一階電路、二階電路和RLC串并聯(lián)諧振電路的分析中，通過軟件改變電路的參數(shù)使學生了解參數(shù)的變化對電路特性的影響(如一階電路中時間常數(shù)(的大小與電路過渡過程時間的長短的關(guān)系，二階電路中電路參數(shù)與過阻尼、欠阻尼以及臨界阻尼特性的關(guān)系，以及R、L、C參數(shù)對諧振特性的分析等)，使學生對一階、二階動態(tài)電路以及諧振電路有了更加深入的理解和掌握。仿真軟件的使用也強化了學生對相關(guān)軟件的掌握，提高了這些軟件的應(yīng)用能力，也為這些仿真軟件的進一步應(yīng)用奠定了更為扎實的基礎(chǔ)［3，4］。

在進行理論課程改革的同時，我們還強化實驗教學，把電路實驗教學獨立設(shè)課，從實驗內(nèi)容、實驗方式、考核方法和實驗管理等多個方面進行了改革和創(chuàng)新。在加大實驗室建設(shè)投入的前提下，在基礎(chǔ)驗證性實驗的基礎(chǔ)上，實驗內(nèi)容增加了綜合性實驗的比例，努力培養(yǎng)學生的綜合實驗和創(chuàng)新能力。對實驗報告的格式和內(nèi)容進行了全新的設(shè)計，并在此基礎(chǔ)上重新編寫了實驗教材。實驗考核方法由原來的單純考察實驗報告改為包含了工作態(tài)度、實驗報告、實驗過程與結(jié)果以及創(chuàng)新能力等全方位的考核，并對實驗室管理的模式也進行了改革，由傳統(tǒng)的封閉式傳統(tǒng)模式改為開放式的管理模式，在不影響正常教學的情況下由學生自主地在實驗室利用各種實驗資源進行實驗。

五 基于問題研究的實踐教學方法

在《電路》課程的教學過程中，我們不僅注重理論課程發(fā)生諧振時(XL=XC或ωL=，電路的阻抗最小，電流最大;電源電壓與電流同相;諧振時電感兩端電壓與電容兩端電壓大小相等，相位相反。但同時指出在實際工程應(yīng)用中，諧振時會出現(xiàn)如下情況:

(1)電感器上的電壓值與電容器上的電壓值并不相等;

(2)電感和電容上的電壓最大值并不在諧振時，電感電壓最大值出現(xiàn)在信號頻率大于諧振頻率的時候，而電容上電壓最大值出現(xiàn)在信號頻率低于諧振頻率的時候。

在教學過程中，我們首先要求學生們通過理論研究，分析這種實踐與理論相矛盾的問題產(chǎn)生的原因，然后應(yīng)用Multisim軟件進行仿真實驗并得出自己的結(jié)論。通過對問題的研究不僅能加強對電路理論的理解，提高分析問題和解決問題的能力以及研究能力，而且能使同學們了解在學習過程中理論聯(lián)系實際的重要性。

這種基于問題研究的實踐教學方法變過去傳統(tǒng)的以“老師當演員，學生當觀眾”的教學模式為“學生當演員，老師當導(dǎo)演”的強調(diào)以學生為主體的新型教學模式，極大地提高了學生的學習興趣，激發(fā)了學生的創(chuàng)新欲望。同時為后續(xù)課程的實踐教學、學生參加全國和省電子設(shè)計競賽以及教師的科研活動奠定了堅實的基礎(chǔ)，有利于培養(yǎng)學生的自主學習習慣和培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維能力，也成為培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的一種有效手段［5］。與和實驗課程的教學，而且還采用基于問題的研究型實踐教學方法。通過一些具體的實際工程應(yīng)用或從實際科研項目以及全國及江蘇省電子設(shè)計競賽中的相關(guān)內(nèi)容中提煉形成若干個工程問題，由學生自主地解決并完成相應(yīng)的任務(wù)。這時同學們所面對的不像一般實驗課中出現(xiàn)的一些簡單、直接的問題，而是需要學生通過查閱大量資料來了解相關(guān)的應(yīng)用背景、利用所學的知識來分析的工程問題，把實際的工程問題變?yōu)樗鶎W知識能夠描述的模型，研究和設(shè)計解決問題的方法和途徑并最終解決問題。例如在講授RLC串聯(lián)電路電路時，首先從理論上講解:當電路

六 結(jié)語

本文針對我校應(yīng)用型本科專業(yè)學生的實際情況、《電路》課程的特點以及創(chuàng)新型應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標，從教學內(nèi)容、教學方法和教學手段等方面進行了改革和探索。實踐表明教學改革提高了學生對電路課程的學習興趣，強化了學生實際工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，達到了較好的教學效果。由于課程教學改革涉及面廣、技術(shù)性強，是一項系統(tǒng)工程，教學改革沒有固定的模式，這需要我們不斷地探索、改革和創(chuàng)新教學方法和手段，培養(yǎng)適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的創(chuàng)新型應(yīng)用人才。

［1］侯 文，李玉鳳.《電路原理》課程建設(shè)與教學改革的研究［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2008(2).

［2］邱關(guān)源，羅先覺.電路(第5版)［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［3］曲 韻，田社平.陳洪亮.基于頻率響應(yīng)法的RLC串聯(lián)電路參數(shù)的測量［J］.電氣電子教學學報，2009，31(3).

［4］劉衛(wèi)國.MATLAB程序設(shè)計與應(yīng)用(第二版)［M］.北京:高等教育出版社，2009.

［5］徐振方，孟艷花，王 艷.從電子設(shè)計競賽看電子信息類專業(yè)的教學改革［J］.安徽工業(yè)大學學報(社會科學版)，2010，27(1).

G642.42

A

1674－5884(2012)07－0053－02

2012－04－26

黃為勇(1963－)，男，江蘇江都人，副教授，博士，主要從事電路與電子技術(shù)的教學與科研工作。

(責任編校 朱正余)