應(yīng)用型本科電氣專業(yè)“電路”課程的教學(xué)研究*

耿素軍，余　劍，史寶忠

(山西工程技術(shù)學(xué)院信息工程系，山西 陽(yáng)泉 045000)

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應(yīng)用型本科電氣專業(yè)“電路”課程的教學(xué)研究*

耿素軍，余劍，史寶忠

(山西工程技術(shù)學(xué)院信息工程系，山西 陽(yáng)泉 045000)

摘要：針對(duì)目前應(yīng)用型電氣本科專業(yè)“電路”課程教學(xué)存在的重分析、輕設(shè)計(jì)，綜合應(yīng)用電路知識(shí)能力弱，學(xué)難以致用，不符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)規(guī)格等問(wèn)題，在電路教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)踐評(píng)價(jià)體系等方面做了一些改革和嘗試。實(shí)踐證明，改革后的電路課程教學(xué)在不增加教學(xué)課時(shí)的前提下，既有利于創(chuàng)新性應(yīng)用型人才模式的培養(yǎng)，又能極大滿足應(yīng)用型本科院校學(xué)生考研對(duì)“電路”知識(shí)的客觀需求。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科；電路；教學(xué)研究

應(yīng)用型本科教育既是本科教育，但又區(qū)別于普通本科“系統(tǒng)性、理論性、學(xué)術(shù)性”人才培養(yǎng)模式。應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)要注重實(shí)踐性和應(yīng)用型，但也要兼顧到一大批學(xué)生有繼續(xù)深造考研的客觀需求?！峨娐贰氛n程是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，也是該專業(yè)研究生入學(xué)考試的專業(yè)基礎(chǔ)必考課，應(yīng)用型本科院校的《電路》教學(xué)需在教學(xué)課時(shí)不能增加前提下，理論教學(xué)和實(shí)踐應(yīng)用兩者之間找平衡，難度可想而知。但目前《電路》課程教學(xué)存在重理論、輕實(shí)踐，重分析、輕設(shè)計(jì)，綜合應(yīng)用電路知識(shí)不夠等問(wèn)題。

1課程現(xiàn)狀與存在問(wèn)題

該項(xiàng)目自列為校級(jí)課題以來(lái)，作者走訪了大量的相關(guān)生產(chǎn)一線單位和考研學(xué)生，與他們座談，了解他們對(duì)《電路》知識(shí)的需求，《電路》教學(xué)存在的問(wèn)題或不足，對(duì)《電路》教學(xué)有何建議，同時(shí)搜集了很多院校本專業(yè)研究生入學(xué)考試《電路》試題，通過(guò)對(duì)其考點(diǎn)整理、歸納，總結(jié)。發(fā)現(xiàn)目前《電路》教學(xué)主要存在如下問(wèn)題：

1) 《電路》教學(xué)重分析、輕設(shè)計(jì)

重分析、輕設(shè)計(jì)是電路教學(xué)普遍存在的問(wèn)題，學(xué)生對(duì)電路分析、計(jì)算能力經(jīng)過(guò)學(xué)校訓(xùn)練尚可以，但遇到需要設(shè)計(jì)一個(gè)電路時(shí)，由于在校時(shí)缺乏相關(guān)的訓(xùn)練，就顯得力不從心。如濾波電路在信號(hào)的采集、傳輸中經(jīng)常用到，尤其是二階濾波電路。但學(xué)生對(duì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)很欠缺，電路分析還湊乎，設(shè)計(jì)就不行。但現(xiàn)實(shí)中由于信號(hào)傳輸?shù)膹?fù)雜和不確定性，往往電路的設(shè)計(jì)比電路的分析更需要，好多莫名其妙的信號(hào)傳輸故障加適當(dāng)?shù)臑V波電路后，馬上就可以解決。應(yīng)用型本科《電路》教學(xué)一定要達(dá)到應(yīng)用電路知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題的目的。

2) 動(dòng)手、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰η啡?/p>

應(yīng)用型本科多由高職高專院校升格而來(lái)，師資和設(shè)備欠缺，是不爭(zhēng)的事實(shí)。受《電路》教學(xué)課時(shí)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，電路的基本實(shí)驗(yàn)尚能保障。但存在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)多，綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)少，實(shí)驗(yàn)設(shè)備套數(shù)少，在實(shí)驗(yàn)中每位學(xué)生達(dá)到訓(xùn)練機(jī)會(huì)不均等問(wèn)題，大多數(shù)院校電工電子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是面向全校電類專業(yè)制定的，缺乏針對(duì)電氣類專業(yè)的特殊實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等問(wèn)題。例如電氣類專業(yè)的學(xué)生應(yīng)列入接地電阻測(cè)試儀和兆歐表的使用等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。而目前大多數(shù)院校的電路實(shí)驗(yàn)中，未將上述儀表的使用列入實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。而對(duì)于從事電氣類工作，這兩個(gè)儀器的使用又是至關(guān)重要。

3) 綜合性應(yīng)用知識(shí)的能力欠缺

目前該專業(yè)《電路》教學(xué)課時(shí)大多在110學(xué)時(shí)左右，按章節(jié)按部就班上完課程大綱規(guī)定的內(nèi)容已經(jīng)很不易了。學(xué)生普遍感到學(xué)時(shí)少、教學(xué)內(nèi)容多，就每章后的習(xí)題也未必能做完，更談不上相互知識(shí)點(diǎn)的融會(huì)貫通了。而考研的電路知識(shí)多是考綜合知識(shí)，大多數(shù)院校電路考研試題全部是綜合分析計(jì)算題，題量大約在12至15個(gè)。不增加課時(shí)前提下，如何使學(xué)生綜合應(yīng)用能力得到加強(qiáng)，是本課程教學(xué)的一個(gè)重點(diǎn)也是難點(diǎn)。

2改革的基本思路

總結(jié)幾年的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，作者在以下幾個(gè)方面做了一些嘗試。

2.1合理制定教學(xué)大綱，明確教學(xué)內(nèi)容

相比于2011版《電路》教學(xué)大綱，新修訂的《電路》教學(xué)大綱既考慮了電路知識(shí)體系完整，又考慮到我院的煤礦特色，體現(xiàn)了電路知識(shí)在煤礦方面的應(yīng)用。同時(shí)參考了調(diào)研得來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員和參加過(guò)研究生入學(xué)考試學(xué)生的意見(jiàn)。新大綱相比舊大綱的主要變化有：1) 新大綱不僅強(qiáng)調(diào)掌握電路元件外特性，而且還要掌握在實(shí)踐中如何選用電路元器件。2) 新大綱中增加集成運(yùn)放線性和非線性應(yīng)用的知識(shí)，因?yàn)樵诘V山設(shè)備的信號(hào)檢測(cè)和整形中，微分、積分、比較和移相電路經(jīng)常用到集成運(yùn)放和電容、電阻的組合電路的分析和設(shè)計(jì)。3) 新大綱中強(qiáng)化濾波電路的分析與設(shè)計(jì)，尤其是一、二階電路的低通、高通、帶通、帶阻電路設(shè)計(jì)和分析。4) 新大綱要求掌握用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量二端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的方法，這在實(shí)踐中經(jīng)常用到，也是多數(shù)高校考研考點(diǎn)。5) 新大綱對(duì)支路電流法、結(jié)點(diǎn)電壓法、回路和網(wǎng)孔電流法等電路分析方法進(jìn)行了整合，集中整合為基爾霍夫定律的應(yīng)用。6) 新大綱要求實(shí)驗(yàn)內(nèi)容增加接地電阻測(cè)試儀、兆歐表使用等內(nèi)容。7) 新大綱中要求注重電路知識(shí)的綜合應(yīng)用，以滿足學(xué)生考研需求。限于篇幅，在此不再累贅。

2.2精選案例，增強(qiáng)應(yīng)用實(shí)踐能力

為達(dá)到應(yīng)用型本科電路教學(xué)的雙重教學(xué)目的，僅僅局限于某版本教材是不現(xiàn)實(shí)的，至少當(dāng)前是這樣。必須在考慮專業(yè)特色的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用。用成型的電路、實(shí)際的課題和實(shí)用的小制作為教學(xué)案例，廣泛搜集材料，以取得良好教學(xué)效果。如針對(duì)濾波電路設(shè)計(jì)薄弱環(huán)節(jié)，我們搜集了四個(gè)關(guān)于低通、高通、帶通、帶阻的典型電路，如表1所示，并從這四個(gè)典型電路，得出二階濾波電路的四種典型表達(dá)式，為以后二階濾波電路分析、設(shè)計(jì)起到了很好的示范。

三建·天易江灣廣場(chǎng)項(xiàng)目位于湘潭縣天易示范區(qū)，占地面積為1.95×105m2，總建筑面積約2.1×105m2，由湖南省第三工程有限公司負(fù)責(zé)投資與開發(fā)，總投資約10億元。項(xiàng)目有六棟高層住宅，包含市政文體公園、下沉式商業(yè)廣場(chǎng)和風(fēng)情水景街等。項(xiàng)目緊鄰學(xué)校與住宅區(qū)，因而對(duì)施工噪聲、光污染與揚(yáng)塵控制要求很高，同時(shí)又處在金霞山風(fēng)景區(qū)和湘江邊，建筑垃圾減量化、施工污水排放及揚(yáng)塵控制十分重要，項(xiàng)目綜合BIM模型如圖1所示。

表1　二階濾波典型電路及其相應(yīng)表達(dá)式

鑒于篇幅，四種濾波電路轉(zhuǎn)移函數(shù)的推導(dǎo)過(guò)程，不再列出。從二階濾波電路的表達(dá)式來(lái)看，四種二階濾波電路的表達(dá)式分母均一樣，只是分子有差別。其中表達(dá)式中K是一個(gè)與集成運(yùn)放相關(guān)的常數(shù)，w0是與頻率相關(guān)的量。

圖2

用s=jw代入網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，并與上述標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)形式比較，可得：

可知其為帶阻陷波器，且陷波頻率w0=1 rad/s。

擴(kuò)展：若在上述電路中，參數(shù)取R=63.6 Ω，C=50 μF，R1=31.8 Ω，C1=100 μF。

此電路廣泛用于濾除50 Hz的干擾信號(hào)電路設(shè)計(jì)中。用實(shí)際案例教學(xué)，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也極大提高了學(xué)生動(dòng)手解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2.3改革教學(xué)手段，提高教學(xué)效果

由新修訂的電路教學(xué)大綱內(nèi)容可見(jiàn)，新的大綱既要滿足應(yīng)用型要求，又要滿足學(xué)生考研需求，大幅增加了教學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)課時(shí)不能增加的前提下，要保證教學(xué)效果，靠傳統(tǒng)“口述+板書”的講授方式，很難完成教學(xué)目標(biāo)。建議采用“口述+板書”和多媒體展示協(xié)同進(jìn)行的教學(xué)方法。

對(duì)一些概念性、基礎(chǔ)性的知識(shí)仍然沿用傳統(tǒng)的“口述+板書”的講授方式，便于學(xué)生掌握這些基礎(chǔ)理論知識(shí)。如講解周期函數(shù)有效值、基爾霍夫定律應(yīng)用等知識(shí)點(diǎn)時(shí)，采用多媒體展示的方法，教學(xué)課時(shí)雖然減少了，但教學(xué)效果不很理想。但在講到一些形象、直觀或僅需要了解的一些知識(shí)的時(shí)候，若選擇采用多媒體展示的教學(xué)方法，往往效果很好。如講到電路元件選擇時(shí)，給學(xué)生展示電阻的色環(huán)、電解電容外形和電容正、負(fù)極的識(shí)別；講到濾波電路時(shí)，實(shí)時(shí)引入仿真軟件EWB或MULTISIM，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)仿真演示濾波電路對(duì)信號(hào)的影響，結(jié)果一目了然，學(xué)生普遍反映印象深刻。對(duì)于電路大綱要求了解的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和復(fù)雜電路圖，為了節(jié)約時(shí)間，也采用多媒體課件講解。如二階微分方程求解、傅里葉變換和拉氏變換等內(nèi)容，均用多媒體課件展示。這樣安排，既讓學(xué)生達(dá)到了解的教學(xué)目的，又節(jié)約了寶貴的時(shí)間。避免了將電路基礎(chǔ)課變?yōu)閿?shù)學(xué)復(fù)習(xí)課，習(xí)題課變?yōu)閿?shù)學(xué)解題課。我院電工電子實(shí)驗(yàn)室也安裝了多媒體展示臺(tái)，便于有些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的講解。實(shí)踐證明此種方法，減少了設(shè)備損壞，有效提高了實(shí)驗(yàn)效率。

2.4創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)，加強(qiáng)實(shí)踐能力培養(yǎng)

應(yīng)用型本科以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主要目標(biāo)，要把教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)和實(shí)踐能力培養(yǎng)放在更加突出的位置，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)的《電路》實(shí)驗(yàn)是基于實(shí)驗(yàn)箱的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生被動(dòng)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)過(guò)程很難接觸到元器件，無(wú)法滿足創(chuàng)新能力培養(yǎng)的需求[3]。目前我系已對(duì)《電路》實(shí)驗(yàn)先行進(jìn)行教學(xué)改革，總的思路是減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)。鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，先用仿真軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)構(gòu)想做仿真。仿真通過(guò)后，提出實(shí)驗(yàn)方案，經(jīng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師同意后，購(gòu)買電路實(shí)驗(yàn)所需的電路元件搭接實(shí)驗(yàn)電路，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)而寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。為了提高學(xué)生動(dòng)手能力，增加學(xué)生的重視程度，將《電路》實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課，單獨(dú)考核。同時(shí)電路實(shí)驗(yàn)成績(jī)的考核由原來(lái)的結(jié)果考核變?yōu)橛蓪?shí)驗(yàn)過(guò)程成績(jī)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果成績(jī)按權(quán)重1∶1計(jì)入總成績(jī)。此種做法極大調(diào)動(dòng)了學(xué)生的注意力，提高了學(xué)生動(dòng)手能力，加強(qiáng)了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。很多學(xué)生主動(dòng)要求安裝電路學(xué)習(xí)軟件，將電路課程的學(xué)習(xí)延伸到課下、(實(shí)驗(yàn))室外。盡管此種做法因購(gòu)買器件經(jīng)費(fèi)報(bào)銷問(wèn)題還未能大面積推廣，但小比例的嘗試，已經(jīng)取得可喜成績(jī)。

2.5鼓勵(lì)學(xué)生參賽、取證，增加就業(yè)籌碼

應(yīng)用型本科以應(yīng)用為目的，為促進(jìn)學(xué)生學(xué)以致用，學(xué)用無(wú)縫銜接，學(xué)校將職業(yè)資格證書取得引入人才培養(yǎng)方案中，明確要求學(xué)生須取得相關(guān)行業(yè)的兩個(gè)資格證書，方可畢業(yè)。學(xué)校的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心和山西省職業(yè)技能鑒定中心合作，負(fù)責(zé)對(duì)學(xué)生進(jìn)行職業(yè)技能鑒定考核。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽和全國(guó)大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”等六大競(jìng)賽，有多人參與過(guò)山西省創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目研究，全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模比賽、全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等。并且分別取得了國(guó)家級(jí)和省級(jí)一、二、三等獎(jiǎng)的好成績(jī)。為了鼓勵(lì)更多學(xué)生參與，學(xué)校制定并下發(fā)了《學(xué)生課外科技創(chuàng)新活動(dòng)獎(jiǎng)勵(lì)條例》，對(duì)參加并取得名次的學(xué)生和指導(dǎo)教師除進(jìn)行物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)外，學(xué)生在獎(jiǎng)學(xué)金的判定和選先評(píng)優(yōu)中，同等條件下優(yōu)先推薦和評(píng)選。對(duì)于獲得省級(jí)以上獎(jiǎng)的指導(dǎo)老師，學(xué)校授予“優(yōu)秀科技輔導(dǎo)員”榮譽(yù)稱號(hào)，作為指導(dǎo)教師的教學(xué)成果，記入個(gè)人業(yè)績(jī)，并頒發(fā)證書。這些都極大地調(diào)動(dòng)了師生參賽的積極性，也為學(xué)生就業(yè)增加了籌碼。

3結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)近幾年對(duì)應(yīng)用型本科電路的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、實(shí)踐教學(xué)等方面的改革與實(shí)踐，效果已經(jīng)開始顯現(xiàn)，學(xué)生對(duì)電路理論知識(shí)的應(yīng)用能力顯著提高，學(xué)生考研達(dá)線人數(shù)也大幅上升，2011級(jí)電氣學(xué)生考研18人，達(dá)線13人。但是，在當(dāng)前《電路》課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中，仍存在著教學(xué)制度不夠健全，教學(xué)手段不太完善，立體化教材急需編寫，教學(xué)案例尚需擴(kuò)充等問(wèn)題，相信通過(guò)不斷的教學(xué)改革和實(shí)踐，充分挖掘教師和學(xué)生的潛力，應(yīng)用型本科《電路》課程的教學(xué)目的一定能達(dá)到。

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Teaching Research on Circuit Course for the Electrical Major in Applied Undergraduate Institute

Geng Sujun, Yu Jian, Shi Baozhong

(DepartmentofInformationEngineering,ShanxiInstituteofTechnology,YangquanShanxi045000,China)

Abstract:The article makes some reforms and attempts on circuit teaching content, teaching means, experimental project, and practical evaluation system aiming to the existing problems in “circuit” course teaching of the electrical major in applied undergraduate institute. The practice proves that it is not only beneficial to the cultivation of innovative application talent model, but also greatly meet the objectivity needs for the students in applied university to take part in exams for postgraduate schools without increasing the circuit teaching hours.

Key words:applied undergraduate; circuit; teaching research

收稿日期：2016-01-14

基金項(xiàng)目：山西工程技術(shù)學(xué)院教學(xué)改革項(xiàng)目(院教字[2014]2號(hào))的研究成果

作者簡(jiǎn)介：耿素軍(1970- )，男，山西昔陽(yáng)人，山西工程技術(shù)學(xué)院信息工程系電氣教研室主任，副教授，工學(xué)碩士，主要研究方向：?jiǎn)纹瑱C(jī)開發(fā)與應(yīng)用。

文章編號(hào)：1674- 4578(2016)03- 0071- 03

中圖分類號(hào)：G642；TM13-4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B