面向工程的《電路》課程教學(xué)改革

譚拂曉

摘要：根據(jù)信息類工科專業(yè)的實(shí)際特點(diǎn)，對(duì)《電路》課程進(jìn)行面向工程實(shí)際應(yīng)用的教學(xué)改革與探索。通過面向工程的教學(xué)改革，不但可以創(chuàng)新教學(xué)方法、改革教學(xué)手段、豐富教學(xué)內(nèi)容，而且可以引導(dǎo)學(xué)生在具體的工程應(yīng)用中學(xué)習(xí)《電路》課程。從而以多樣性的實(shí)踐教學(xué)方法提高《電路》課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：《電路》課程； 工程應(yīng)用； 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）02-0146-03

Abstract： According to the practical characteristics of information engineering disciplines， the "circuit" course should be reformed and explored by engineering application. Through engineering oriented teaching reform， not only can rich innovation teaching methods， reform teaching methods and teaching content， but guide students to study "circuit" knowledge in a specific engineering methods. Thus， the teaching quality of circuit course is improved and the students' engineering practical ability is cultivated by diversity of practice teaching methods.

Key words： Circuit course； engineering application； teaching reform

隨著信息化與工業(yè)化的進(jìn)程，皖西北的經(jīng)濟(jì)發(fā)展在一定程度上受到信息技術(shù)滯后的影響，受到懂得電子、通訊、機(jī)械電子和自動(dòng)控制等信息類相關(guān)領(lǐng)域人才缺乏的制約，這些對(duì)師范類信息化專業(yè)《電路》課程提出了更新、更高的要求。

目前師范類高校信息類專業(yè)人才培養(yǎng)模式已經(jīng)不能勝任當(dāng)前信息化發(fā)展的需要，因此需要加快推進(jìn)應(yīng)用型，面向工程應(yīng)用的工科教學(xué)改革。《電路》課程是電子信息工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、工業(yè)電氣自動(dòng)化等信息類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程[1]。電路課程不僅具有嚴(yán)密的邏輯、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ā⒖茖W(xué)的理論，并且還具有系統(tǒng)靈活性和廣闊的工程應(yīng)用背景[2，3]。但是，在長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐過程中，《電路》課程存在一些普遍性問題：缺少工程應(yīng)用背景、教學(xué)方法單一、學(xué)生感覺枯燥乏味、教師講授得不到學(xué)生的歡迎等現(xiàn)實(shí)問題，從而使該課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果受到影響，并且進(jìn)一步影響學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和教師的教學(xué)[4-8]。因此，針對(duì)師范院校信息類專業(yè)特點(diǎn)，根據(jù)工科專業(yè)《電路》課程的教學(xué)大綱，從工程實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，進(jìn)行《電路》課程的教學(xué)改革，塑造學(xué)生的

工程應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維和綜合素質(zhì)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，注重課堂上教學(xué)互動(dòng)，通過對(duì)《電路》課程基本理論和基礎(chǔ)概念的學(xué)習(xí)，再回歸到工程實(shí)際應(yīng)用，注重知性合一。這種教學(xué)改革不僅對(duì)于培養(yǎng)精通信息處理、電路分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和科技創(chuàng)新的高級(jí)工程應(yīng)用型專門人才，而且也為地方經(jīng)濟(jì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供必要的人力資源。

1 傳統(tǒng)《電路》課程教學(xué)中存在的主要問題

《電路》課程的主要特點(diǎn)是知識(shí)面廣泛、基礎(chǔ)理論和基本概念繁雜、重點(diǎn)和難點(diǎn)眾多、與《高等數(shù)學(xué)》和《大學(xué)物理》等課程相互交織?！峨娐贰氛n程不僅是信息類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，而且所涉及的基本原理和分析計(jì)算方法為后續(xù)的專業(yè)課程的學(xué)習(xí)起著至關(guān)重要的作用。在《電路》課程的長(zhǎng)期教學(xué)實(shí)踐中可以感覺到大一學(xué)生普遍對(duì)該課程厭學(xué)、沒有積極性和主動(dòng)性、缺乏電路的基本分析和計(jì)算方法、理論與實(shí)踐相互脫節(jié)、沒有把電路原理運(yùn)用到工程實(shí)際應(yīng)用中等眾多問題，因此存在著“學(xué)生難學(xué)，教師難教”的現(xiàn)象，并且直接影響到《電路》課程的實(shí)際教學(xué)效果和教學(xué)目標(biāo)。對(duì)于以上問題，經(jīng)過認(rèn)真分析大致可以歸納為以下幾個(gè)方面。

1） 課程所涉及的知識(shí)面廣泛

《電路》課程不僅涉及直流電路，而且還涉及交流電路；不僅涉及靜態(tài)電阻電路的計(jì)算，而且還涉及動(dòng)態(tài)一階和二階微分電分析；不僅涉及時(shí)域電路的分析計(jì)算，而且還涉及電路的復(fù)頻域的分析和計(jì)算。并且線性電路和非線性電路相互作用，使該課程構(gòu)成一個(gè)十分復(fù)雜的知識(shí)體系。

2） 基本定理和基本定律繁雜

《電路》課程的基本定理眾多，主要包括：基爾霍夫電流和電壓定律、疊加定理、替代定理、戴維寧和諾頓定理、互易定理、特勒根定理、最大功率傳輸定理等。

3） 沒有統(tǒng)一的分析和計(jì)算方法

《電路》課程中，分析和計(jì)算電路的方法眾多，主要包括：支路電流法、回路電流法、網(wǎng)孔電流法和節(jié)點(diǎn)電壓法。并且在電路的計(jì)算中還包括：△-Y型等效變換、向量分析法、等效電阻的計(jì)算、理想變壓器的分析和計(jì)算、二端口網(wǎng)絡(luò)的分析和計(jì)算等。這些計(jì)算方法沒有統(tǒng)一的格式，都有各自的適用范圍，因此公式眾多，推導(dǎo)復(fù)雜。

4） 課堂教學(xué)方法單一，缺少規(guī)律性的認(rèn)識(shí)

傳統(tǒng)的教學(xué)方法主要是課堂教學(xué)，教授拿著教案在課堂上進(jìn)行黑板教學(xué)，學(xué)生邊記筆記邊聽課，課后寫老師課堂上布置的作業(yè)，從而導(dǎo)致教師課堂上的教學(xué)主要是“講臺(tái)、黑板和粉筆”。因此，課堂上講授的電路原理和例題，學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)和吸收知識(shí)，使學(xué)生缺少對(duì)電路分析和計(jì)算方法規(guī)律性的認(rèn)識(shí)。

5） 理論與實(shí)踐脫節(jié)，缺少工程實(shí)際應(yīng)用

由于教師主要關(guān)注教材教法和教學(xué)效果，把握課堂教學(xué)時(shí)間，然而，對(duì)《電路》課程的課堂教學(xué)缺乏必要的工程實(shí)踐設(shè)施和實(shí)習(xí)場(chǎng)所，從而導(dǎo)致了課堂教學(xué)環(huán)境單一、學(xué)生學(xué)習(xí)氛圍不濃、缺乏解決工程實(shí)際的能力，使學(xué)生對(duì)《電路》課程的工程應(yīng)用和《電路》課程的基礎(chǔ)性作用缺乏清晰的認(rèn)識(shí)。

因此為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)《電路》的積極性、主動(dòng)性和學(xué)習(xí)興趣，有必要對(duì)《電路》課程的教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行改革，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高教學(xué)效果，豐富教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生在掌握電路的基本知識(shí)和基本原理，加強(qiáng)分析和計(jì)算電路的基本能力，提高學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新技能，增加工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為學(xué)生今后對(duì)其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 面向工程應(yīng)用的《電路》課程教學(xué)改革

內(nèi)涵式發(fā)展是當(dāng)前高等教育發(fā)展的總體要求。創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式、強(qiáng)化實(shí)踐育人環(huán)節(jié)，已經(jīng)成為高等學(xué)校提高教學(xué)質(zhì)量的首要工作。師范院校信息類工科專業(yè)的教學(xué)應(yīng)以質(zhì)量為主導(dǎo)，充分利用現(xiàn)有校內(nèi)外資源、挖掘現(xiàn)有教學(xué)潛力、優(yōu)化教學(xué)資源、提升師生綜合素質(zhì)。特別是在《電路》課程教學(xué)上要革新教學(xué)手段、面向工程應(yīng)用、優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)、完善教學(xué)方法、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、突出專業(yè)特色、實(shí)現(xiàn)《電路》課程的教學(xué)改革。

1） 面向工程應(yīng)用，優(yōu)化課程體系

當(dāng)前，地方師范類本科高校應(yīng)用型專業(yè)在教學(xué)上基本上是沿襲傳統(tǒng)師范教育的模式，缺少工科應(yīng)用型專業(yè)特色和創(chuàng)新性教學(xué)手段。傳統(tǒng)的師范教育主要教學(xué)手段是課堂上教師傳授知識(shí)，課后學(xué)生做習(xí)題，內(nèi)容枯燥和單一，學(xué)生缺乏感性認(rèn)識(shí)。工科應(yīng)用型專業(yè)的《電路》課程的教學(xué)改革應(yīng)該首先提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力、優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)、改革現(xiàn)有課堂教學(xué)方法。根據(jù)實(shí)際信息類專業(yè)特點(diǎn)，實(shí)施案例教學(xué)方法，加強(qiáng)工程實(shí)踐能力鍛煉、旨在培養(yǎng)具有工程應(yīng)用能力和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的應(yīng)用型復(fù)合人才。例如：把實(shí)際工程網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渲R(shí)引入到電路的基本方法，使學(xué)生了懂得節(jié)點(diǎn)和支路的拓?fù)浼s束關(guān)系，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)《電路》課程的興趣。

2） 加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生基本技能

掌握電路的基本定律和基本知識(shí)是電路課程教學(xué)的基礎(chǔ)和重要環(huán)節(jié)。

首先，在授課時(shí)候讓同學(xué)們知道電路理論主要用電流[i]、電壓[u]和功率[p]等物理量描述電路過程中的動(dòng)態(tài)過程。由于電路是由電路基本元件構(gòu)成，因而分析電路既要參考元件的連接方式，又要考慮每個(gè)元件的特性，這就決定了電路中各支路電流、電壓要受到兩大基本規(guī)律的約束：

（1）電路元件性質(zhì)的自身電壓和電流的約束。也稱電路元件的伏安關(guān)系（VCR），它僅與元件性質(zhì)有關(guān)，與該元件在電路中的聯(lián)接方式無(wú)關(guān)。

（2）電路聯(lián)接方式的約束（亦稱拓?fù)浼s束）。這種約束關(guān)系則與構(gòu)成電路的元件性質(zhì)無(wú)關(guān)。基爾霍夫電流定律（KCL）和基爾霍夫電壓定律（KVL）是概括這種約束關(guān)系的基本定律。

其次，電路原件的電壓和電流存在關(guān)聯(lián)和非關(guān)聯(lián)參考方向。在講授電路原件功率時(shí)候，讓學(xué)生知道在什么情況下是吸收功率，什么情況下是發(fā)出功率。在講授電路分析的基本方法時(shí)候，讓學(xué)生學(xué)到支路電流法、網(wǎng)孔分析法、回路電流法和節(jié)點(diǎn)電壓法的區(qū)別和聯(lián)系，并且進(jìn)一步講授哪種分析方法具有對(duì)于減少電路方程數(shù)目和降低電路計(jì)算復(fù)雜度有效。其中，四種方法適用于平面電路，并且節(jié)點(diǎn)電壓法還適用非平面電路。

3） 改革教學(xué)方法，豐富教學(xué)手段

首先，把電路相關(guān)的人物及電路常用單位名稱用英文介紹介紹給學(xué)生，主要包括：安培、伏特、歐姆、基爾霍夫、法拉第等人物及其歷史貢獻(xiàn)，使學(xué)生對(duì)于以前高中階段的電路知識(shí)進(jìn)行全新的補(bǔ)充和完善。

其次，讓學(xué)生了解到大學(xué)《電路》課程是信息類專業(yè)基礎(chǔ)課，并且懂得《電路》課程與今后學(xué)習(xí)的專業(yè)課程之間的關(guān)系，其學(xué)習(xí)方法是建立在高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、大學(xué)物理等大學(xué)基礎(chǔ)課程之上，其學(xué)習(xí)方法區(qū)別于傳統(tǒng)的高中階段。

然后，改變老師課堂講授，學(xué)生邊記筆記的傳統(tǒng)教學(xué)方法。讓學(xué)生不僅會(huì)列寫電路方程，而且可以對(duì)公式進(jìn)行分析和推導(dǎo)。例如在講授電路基本定律時(shí)候，讓學(xué)生根據(jù)高等數(shù)學(xué)的極值定理，分析和推導(dǎo)最大功率傳輸定理。在講授一階和二階電路時(shí)候，讓學(xué)生根據(jù)電容和電感原件自身的VCR特性列寫動(dòng)態(tài)電路的微分方程。

最后，把多媒體引入到電路課程的教學(xué)中，提高學(xué)生的工程認(rèn)識(shí)能力。例如，在講授三相交流電路時(shí)候，引入發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)組和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的視頻，豐富學(xué)生的工程視野。

4） 引入工程實(shí)例，理論聯(lián)系實(shí)際

為了豐富學(xué)生的《電路》課程內(nèi)涵，把工程實(shí)例引入到課堂教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

例如在第五章中，把差動(dòng)放大電路中主要應(yīng)用引入到課堂，以信號(hào)的傳輸與放大為主線，使學(xué)生了解差動(dòng)放大電路的重要性。在講授三相電路的功率時(shí)，把工程用電的有功功率、無(wú)功功率和視在功率引入的課堂教學(xué)，使學(xué)生了解他們的區(qū)別和聯(lián)系。并且把實(shí)際生活用電的知識(shí)引入到交流電路、三相交流電路和變壓器等章節(jié)，使學(xué)生了解到電路分析和計(jì)算的依據(jù)。由于實(shí)際電路呈現(xiàn)感性特征，如何提高實(shí)際電路的功率因數(shù)，提高交流電路效率，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)電路的工程應(yīng)用的了解，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

5） 面向工程應(yīng)用，培養(yǎng)應(yīng)用技能

首先加強(qiáng)電路課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)?！峨娐贰氛n程實(shí)驗(yàn)教學(xué)是該課程的重要組成部分。面向工程應(yīng)用，《電路》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)使學(xué)生進(jìn)行基本技能訓(xùn)練、驗(yàn)證理論課上的基本定理和定律、鞏固教學(xué)成果、學(xué)會(huì)數(shù)據(jù)的采集、分析和處理、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用基本電路原理處理工程實(shí)際能力、塑造嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和踏實(shí)細(xì)致的工程素養(yǎng)。為今后陸續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

其次，隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)與電路理論相互滲透、相互融合。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備和場(chǎng)地的局限性，傳統(tǒng)的較為單一的基于講臺(tái)、黑板和粉筆的教學(xué)模式已經(jīng)不能適用應(yīng)用型本科專業(yè)的發(fā)展要求。為了使信息類專業(yè)學(xué)生更好掌握《電路》課程，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的工程應(yīng)用基礎(chǔ)，有必要把計(jì)算機(jī)仿真引入到《電路》課程教學(xué)中，加深學(xué)生對(duì)電路特性的分析和研究，并對(duì)教學(xué)的課程體系、授課內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段進(jìn)行改革。

6） 加強(qiáng)應(yīng)用能力，培養(yǎng)工程素質(zhì)

以工程素質(zhì)為基礎(chǔ)的工科應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，應(yīng)以工程實(shí)踐能力培養(yǎng)為根本?！峨娐贰氛n程的教學(xué)改革是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。教師應(yīng)該豐富《電路》課程的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，指導(dǎo)學(xué)生參加與該課程相關(guān)的學(xué)科競(jìng)賽，達(dá)到工程實(shí)訓(xùn)的目的。將工程素質(zhì)教育融入《電路》課程體系中，通過工程應(yīng)用能力實(shí)踐鍛煉，培養(yǎng)工科學(xué)生的創(chuàng)新精神、團(tuán)隊(duì)合作精神和處理工程實(shí)際問題的能力，真正讓學(xué)生在工程實(shí)踐中學(xué)習(xí)《電路》知識(shí)。

在教學(xué)過程中積極摸索基礎(chǔ)理論與工程實(shí)踐相結(jié)合、自主學(xué)習(xí)與課堂講授相結(jié)合、課后習(xí)題與討論總結(jié)相結(jié)合的多元化教學(xué)模式，指導(dǎo)學(xué)生從工程實(shí)踐中學(xué)習(xí)電路知識(shí)、理解電路基本原理和基本方法、解決電路工程實(shí)際問題。

3 結(jié)論

為了面向工程應(yīng)用，達(dá)到應(yīng)用型本科專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)信息類專業(yè)《電路》課程的特點(diǎn)，本文剖析了傳統(tǒng)《電路》課程教學(xué)中存在的主要不足，研究了《電路》課程進(jìn)行教學(xué)改革的必要性、制定了面向工程應(yīng)用的《電路》課程教學(xué)改革具體步驟，并從課程教學(xué)的綜合改革、面向工程應(yīng)用的課程教學(xué)方法進(jìn)行了深入探討。面向工程應(yīng)用的《電路》課程教學(xué)改革是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，通過課程的教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)，培訓(xùn)學(xué)生分析問題、解決工程實(shí)際問題的能力，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型本科教學(xué)質(zhì)量的全面提高。

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