案例教學(xué)法在電磁兼容技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

熊鳴

摘要：“電磁兼容技術(shù)”是工程實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，針對學(xué)生工程實(shí)踐基礎(chǔ)較薄弱的問題，筆者結(jié)合自己的科研經(jīng)驗(yàn)開展了案例教學(xué)法的嘗試，通過構(gòu)建三個典型的學(xué)習(xí)環(huán)境，使得學(xué)生對接地、屏蔽和濾波有了較好的認(rèn)識，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高了學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力，并激發(fā)了學(xué)生的探索精神。

關(guān)鍵詞：電磁兼容技術(shù);案例教學(xué)法;工程實(shí)踐

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）45-0135-02

一、引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)獲得越來越廣泛的應(yīng)用。電磁環(huán)境日益復(fù)雜，處在其中的電子、電氣設(shè)備面臨越來越多的干擾，造成性能降低、功能喪失的概率明顯增加。因此，在電子、電氣設(shè)備和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、研制和生產(chǎn)過程中，如何解決電磁兼容問題已受到越來越廣泛的重視。北京信息科技大學(xué)自2009年開始，為電氣工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)了《電磁兼容技術(shù)》課程（32學(xué)時），旨在幫助學(xué)生了解電磁兼容的基本概念和原理，該課程是從電磁兼容基本概念入手，介紹電磁干擾三要素，電磁干擾控制原理以及接地、屏蔽和濾波三種基本的技術(shù)。該課程的特點(diǎn)是與實(shí)踐結(jié)合的較為緊密。

二、案例教學(xué)法

案例教學(xué)法起源于1920年代，由美國哈佛商學(xué)院（Harvard Business School）所倡導(dǎo)，采取了一種很獨(dú)特的案例型式的教學(xué)，這些案例都是來自于商業(yè)管理的真實(shí)情境或事件，透過此種方式，有助于促使學(xué)生主動參與課堂討論，實(shí)施之后，頗具績效。案例教學(xué)方法有一個基本的假設(shè)前提，即學(xué)員能夠通過對這些過程的研究與發(fā)現(xiàn)來進(jìn)行學(xué)習(xí)，在必要的時候回憶出并應(yīng)用這些知識與技能。案例教學(xué)法非常適合于開發(fā)分析、綜合及評估能力等高級智力技能。這些技能是工科學(xué)生所必需的，通過分析案例還可以使受訓(xùn)者在分析案例的基礎(chǔ)上，提高自己綜合運(yùn)用已有知識的能力，提高承擔(dān)不確定結(jié)果風(fēng)險(xiǎn)的能力。案例教學(xué)法要求設(shè)置合適的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)習(xí)環(huán)境是一個較為重要的部分。

“電磁兼容技術(shù)”這門課程的基本原理比較抽象，含有大量繁瑣的公式推導(dǎo)和論證，而它的應(yīng)用卻具有很強(qiáng)的工程實(shí)踐性。由于電磁兼容測試的儀器設(shè)備較為昂貴，大部分高校針對本科教學(xué)的“電磁兼容技術(shù)”課程一般很少開設(shè)實(shí)驗(yàn)課，這樣就造成了該課程就剩下枯燥的公式和理論的情況。隨著課程的進(jìn)行，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣逐步下降。所以在“電磁兼容技術(shù)”課程中實(shí)行案例教學(xué)法迫切需要解決的問題是學(xué)習(xí)環(huán)境的搭建。

三、案例教學(xué)法的應(yīng)用

對于大部分本科學(xué)生來說，接觸實(shí)際工程的機(jī)會較少，所以無法將實(shí)際工程中使用的接地，濾波等作為教學(xué)案例，只能將學(xué)生日常所能接觸到的電路，現(xiàn)象等作為教學(xué)案例。

（一）磁珠與0Ω電阻

本校所開設(shè)的“電磁兼容技術(shù)”課程在大三，在該課程之前學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了模擬電子技術(shù)與數(shù)字電子技術(shù)，在這兩個課程中都會介紹數(shù)字地和模擬地的概念。在實(shí)際使用時學(xué)生往往對這兩種地具體的含義以及使用方法存有疑惑。并且在“電磁兼容技術(shù)”課程中經(jīng)常提起隔離電源的概念，將這三個基本概念放在一起進(jìn)行解釋，有助于學(xué)生掌握這些地之間的區(qū)別以及用法。如圖1所示：圖中GND表示數(shù)字地，AGND表示模擬地，GND 1表示另外一個隔離地。其中R1為0歐姆電阻或者相同封裝的磁珠。在實(shí)際電路中，用萬用表測量GND，AGND以及GND1的相對應(yīng)的電壓，并將測量過程拍攝成短片，以便于課堂上播放，并輔以相應(yīng)的講解，使得學(xué)生對GND，AGND以及GND1之間的關(guān)系有一個較為直接的印象。相對于PPT來說，視頻更能吸引學(xué)生的注意力。

通過構(gòu)建不同地的學(xué)習(xí)環(huán)境，使得學(xué)生對電路“地”中的認(rèn)識更加深刻。通過短片的播放以及講解之后，讓學(xué)生課后自己查閱0歐姆電阻和磁珠的區(qū)別，以便于在該課程的實(shí)驗(yàn)（原理圖設(shè)計(jì)）中設(shè)計(jì)出正確的地線。

（二）線性電源與開關(guān)電源

隨著現(xiàn)在科技的發(fā)展，電源的用處越來越廣泛，并且電源也越來越小型化。同樣功率的開關(guān)電源與線性電源體積、價格上都差別較大。所有的電路中都需要使用電源，不同類型的應(yīng)用電路中需要不同的電路設(shè)計(jì)。在課堂上利用PPT講解線性電源與開關(guān)電源的區(qū)別，隨著講解的深入，學(xué)生的興趣會逐步下降。為了解釋這兩者電源的不同，我們將大華無線電廠的DSY-2型穩(wěn)壓電源與普通筆記本電腦的電源進(jìn)行重量、體積、價格的比較。通過比較這兩者的比較來構(gòu)建線性電源與開關(guān)電源的學(xué)習(xí)環(huán)境，比較完兩種電源的外表之后，利用示波器測量兩個電源的輸出波形，用雙蹤顯示的方法將兩者電源的輸出波形進(jìn)行比較，將此波形拍攝成短片以便在課堂上播放。在課堂上對兩者波形的區(qū)別進(jìn)行講解，通過視頻以及講解學(xué)生能夠?qū)€性電源以及開關(guān)電源有較為直觀的認(rèn)識，基本明白兩者之間的差別。為了更進(jìn)一步讓學(xué)生明白開關(guān)電源的特性，利用圖2來演示開關(guān)電源的噪聲特性。圖2如下所示：

其中LM2596S-5.0為普通的開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器，輸出特性與普通的開關(guān)電源紋波類似，由于該芯片體積較小比較適合用來做演示，故選擇測量該芯片的輸出電壓已達(dá)到演示開關(guān)電源紋波的目的。該電路中的電容、電感以及二極管的參數(shù)都是按照芯片手冊上提供的進(jìn)行選擇。其中C3，C4，C5作為外部附加的濾波電容，為了降低VCC的輸出紋波可以選擇不同容值的濾波電容。通過C3，C4，C5電容的不同參數(shù)組合得到不同的輸出紋波，將此測試結(jié)果拍攝成短片以便在課堂上播放，通過不同電容的組合，讓學(xué)生明白了濾波電容的選擇與紋波的關(guān)系。構(gòu)建了不同電路環(huán)境下如何選擇濾波電容參數(shù)的學(xué)習(xí)環(huán)境，通過短片的播放使得學(xué)生明白了兩種電源的區(qū)別，并了解了濾波電容的作用。

通過構(gòu)建兩種電源性能的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生了解了電源的選擇方法以及濾波電容的使用，并布置學(xué)生課后查閱線性電源以及開關(guān)電源的應(yīng)用場合，為今后的電路設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

（三）隔離的應(yīng)用

隨著電子貨幣的興起，很多城市的公共交通都采用公交卡來進(jìn)行繳費(fèi)。有些電子技術(shù)愛好者將公交卡與手機(jī)后殼結(jié)合在一起，使得攜帶更為方便。在制作過程中需要用到鐵氧體磁布，也就是需要利用鐵氧體磁布將公交卡與手機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的隔離，以確保公交卡和手機(jī)都能正常使用。通過自制NFC卡構(gòu)建出鐵氧體磁布作用的學(xué)習(xí)環(huán)境，利用鐵氧體磁布來演示隔離的作用。

通過演示鐵氧體磁布的使用使得學(xué)生明白隔離的用法，并布置學(xué)生查閱在何種情況下需要使用隔離技術(shù)和屏蔽技術(shù)，為今后使用隔離和屏蔽打下基礎(chǔ)。

四、結(jié)語

利用以上三種與學(xué)生日常生活緊密相關(guān)的事物所構(gòu)建的學(xué)習(xí)環(huán)境，使得學(xué)生對接地、屏蔽和濾波三種技術(shù)有了較為直觀的認(rèn)識。相比于理論上的說教，利用貼近生活的學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建，使得學(xué)生有了學(xué)習(xí)的積極性。通過分析合理的案例，使得學(xué)生對學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)有了較為全面直觀的掌握。在此基礎(chǔ)上，有助于學(xué)生完成該課程后續(xù)的實(shí)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊進(jìn)，李平，文玉梅.“電磁兼容設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革初探[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009，（S1）.

[2]李明，朱中文，蔡偉勇.電磁兼容技術(shù)研究現(xiàn)狀與趨勢[J].電子質(zhì)量，2007，（07）.

[3]湯一銘.電磁兼容課程教學(xué)中的典型案例導(dǎo)入與分析[J].科技信息，2013，（02）.

[4]湯一銘.《電磁兼容原理與技術(shù)》課程的教學(xué)難點(diǎn)簡析及解決方法初探[J].科技信息，2012，（24）.

[5]雷紹蘭，劉述喜，楊佳，李山.“電磁兼容理論”教學(xué)改革探索與實(shí)踐[J].中國電力教育，2010，（06）.

[6]肖丙剛，王秀敏，趙吉祥.電磁兼容原理及技術(shù)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].科技信息，2009，（30）.