“電路分析基礎(chǔ)”課程的改革與實(shí)踐

北京信息科技大學(xué)　馮清娟

“電路分析基礎(chǔ)”課程的改革與實(shí)踐

北京信息科技大學(xué)馮清娟

本文針對“電路分析基礎(chǔ)”課程教學(xué)的改革與實(shí)踐，從將Matlab軟件引入電路分析教學(xué)；重視Multisim軟件在電路仿真中的應(yīng)用；使微課成為傳統(tǒng)教學(xué)的有益補(bǔ)充；培養(yǎng)電路分析課程中學(xué)生的直覺思維等四方面提出了具體的教學(xué)思路和實(shí)踐內(nèi)容，以期能夠培養(yǎng)出更符合社會(huì)需要的實(shí)用型人才。

電路分析；教學(xué)改革；微課；直覺

引言

“電路分析基礎(chǔ)”課程是我國高校電類專業(yè)的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)生對該課程掌握的質(zhì)量直接影響后續(xù)電類課程的學(xué)習(xí)。在教學(xué)中，除了傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容與方法之外，還應(yīng)重視Matlab、Mulitim、微課、直覺等教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)形式在該門課程中的應(yīng)用，以培養(yǎng)學(xué)生在電路分析方面的多種能力。

1　將Matlab軟件引入電路分析教學(xué)

Matlab是美國MathWorks公司推出的，主要面對科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，可為科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)提供諸多方便。將MATLAB引入電路教學(xué)課堂，不僅可以使學(xué)生提前掌握電路分仿真分析方法，還可以為以后從事科研工作開發(fā)打下較好的基礎(chǔ)。

在電路分析教學(xué)中引入Matlab軟件的好處主要體現(xiàn)在以下兩方面：第一，Matlab強(qiáng)大的可視化功有很強(qiáng)的視覺沖擊力，能更生動(dòng)、新穎的實(shí)現(xiàn)電路分析的過程，并可以將計(jì)算或分析結(jié)果做成圖形、動(dòng)畫等多樣表現(xiàn)形式，活躍了課堂氣氛，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也提高了課堂教學(xué)效率；二是Matlab強(qiáng)大的計(jì)算功能可以使學(xué)生從復(fù)雜數(shù)學(xué)公式求解的痛苦中解脫出來，把主要精力用于對基本原理或定律及分析方法的理解上。

2　重視Multisim軟件在電路仿真中的應(yīng)用

Multisim是美國國家儀器（NI）公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進(jìn)行仿真。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，工程師或研究人員可以完成從原理圖到仿真再到原型設(shè)計(jì)和測試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。

在電路分析這門課當(dāng)中，有許多內(nèi)容可以借助Multisim軟件來仿真完成。例如，在研究二階動(dòng)態(tài)電路響應(yīng)時(shí)，就可以通過Multisim軟件來測量和學(xué)習(xí)二階電路衰減系數(shù)、振蕩頻率的測量，了解電路參數(shù)對它們的影響。再例如在研究一階動(dòng)態(tài)電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)時(shí)，在教學(xué)中我們采用的是三要素發(fā)來求解，但三要素法過程比較繁瑣，很多同學(xué)都會(huì)計(jì)算出錯(cuò)，從而影響了對一階電路相應(yīng)的理解，如果借助Multisim軟件，通過仿真的方法，可以輕而易舉地得出相應(yīng)的波形，使學(xué)生對其有了準(zhǔn)確深入的理解。

3　使微課成為傳統(tǒng)教學(xué)的有益補(bǔ)充

“微課”是指教師在課堂內(nèi)外教育教學(xué)過程中圍繞某個(gè)知識(shí)點(diǎn)（重點(diǎn)難點(diǎn)疑點(diǎn)）或技能等單一教學(xué)任務(wù)進(jìn)行教學(xué)的一種教學(xué)方式，具有目標(biāo)明確、針對性強(qiáng)和教學(xué)時(shí)間短的特點(diǎn)。“微課”的核心組成內(nèi)容是課堂教學(xué)視頻，同時(shí)還包含與該教學(xué)主題相關(guān)的教學(xué)設(shè)計(jì)、素材課件、教學(xué)反思、練習(xí)測試及學(xué)生反饋、教師點(diǎn)評(píng)等輔助性教學(xué)資源，其既有別于傳統(tǒng)單一資源類型的教學(xué)課例、教學(xué)課件、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)反思等教學(xué)資源，又是在其基礎(chǔ)上繼承和發(fā)展起來的一種新型教學(xué)資源。

在電路分析這門課當(dāng)中，有很多相對獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)非常適合于做成微課的形式，如電路的一般分析方法（節(jié)點(diǎn)法和網(wǎng)孔法）、戴維南定理、相量法與正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析、三相電路等。以戴維南定理的講解為例，可以將這節(jié)微課制作成以下5個(gè)小部分：復(fù)習(xí)提問與引入新課；定理講述及求解方法；例題分析與講解；通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果；自編順口溜加強(qiáng)理解和記憶。利用微課的形式有助于學(xué)生牢固掌握戴維南定理及其解題方法，也培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)探究能力。

4　培養(yǎng)電路分析課程中學(xué)生的直覺思維

直覺是指不以人類意志控制的特殊思維方式，它具有迅捷性、直接性、本能意識(shí)等特征。直覺存在于日常生活，事業(yè)和科學(xué)研究領(lǐng)域。人們在分析和處理問題時(shí)，除采用邏輯思維方式外，往往會(huì)采取一些非邏輯性的思維形式。直覺思維就是一種重要的非邏輯性思維形式。

對于電路分析這門課程而言，可從如下三個(gè)方面著手培養(yǎng)學(xué)生的直覺思維能力。一是熟練掌握電路分析中的基本概念和分析方法。電路課程的基本概念多，分析方法靈活，必須對其有深入的理解，才能建立起對某一問題的直覺分析能力；二是習(xí)慣于總結(jié)電路的分析方法和規(guī)律。例如對戴維南定理的理解和記憶可以通過順口溜的方法來解決：要想利用戴維南，記住電阻電壓源；線性有源二端網(wǎng)，對外等效串這兩。斷開待求支路點(diǎn)，可得開路電壓源。獨(dú)立電源來置零，求解電阻就可行。網(wǎng)絡(luò)若含受控源，就在端口解謎團(tuán)；可以加流求電壓，也可加壓求電流；電壓電流來相除，等效電阻就有數(shù)。這種方式便于學(xué)生快速理解、記憶、運(yùn)用戴維南定理。三是加強(qiáng)電路分析的實(shí)踐環(huán)節(jié)。電路分析這門課的工程實(shí)踐性很強(qiáng)，正如戴維南定理、回路法、節(jié)點(diǎn)法等核心電路分析方法的最大魅力不在于能夠求解出繁雜的電路題，而在于能夠用其方便地分析各種實(shí)際電路。通過典型或大量的工程實(shí)例幫助學(xué)生加深對電路基本概念和分析方法的理解，不僅使學(xué)生體會(huì)到解決實(shí)際工程問題的樂趣，也會(huì)建立對分析實(shí)際工程問題的直覺。

“電路分析基礎(chǔ)”是高校學(xué)生接觸的第一門工程性專業(yè)基礎(chǔ)課，本文從將Matlab軟件引入電路分析教學(xué)；重視Multisim軟件在電路仿真中的應(yīng)用；使微課成為傳統(tǒng)教學(xué)的有益補(bǔ)充；培養(yǎng)電路分析課程中學(xué)生的直覺思維等四方面提出了具體的教學(xué)思路和實(shí)踐內(nèi)容，以期在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)培養(yǎng)出基礎(chǔ)扎實(shí)、視野開闊、適合時(shí)代發(fā)展的合格人才。

［1］田社平，張峰.電路直覺分析教學(xué)：內(nèi)容、方法與評(píng)價(jià)［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2014，23（6）.

［2］潘文霞，范永威.Matlab在電路教學(xué)中的三種應(yīng)用方法［J］.天津：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2013，18（3）.

［3］趙紅，等.淺談電路分析實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革［J］.高等教育，2012（3）.

［4］王志新.MATLAB程序設(shè)計(jì)及其數(shù)學(xué)建模應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)出版社，2013.

［5］亓正坤.淺談數(shù)學(xué)直覺思維在高等數(shù)學(xué)教學(xué)中的培養(yǎng)［J］.蘭州：高等理科教育，2006（3）.

課題項(xiàng)目：本文由北京信息科技大學(xué)“促進(jìn)高校內(nèi)涵發(fā)展-教學(xué)改革-電子信息與控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革與提高”（5111624600）支持。