課程群視角下“電路分析”教學(xué)改革探索

貴陽學(xué)院電子與通信工程學(xué)院 張子硯

電路分析是電子信息類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，是電子技術(shù)課程群中開設(shè)的第一門課程。本文從課程群的角度對電路分析的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行了探索。

引言：電路分析是電子信息類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，它與后續(xù)的模擬電子線路、數(shù)字電路以及高頻電子線路構(gòu)成電子技術(shù)課程群。電路分析是該課程群中開設(shè)的第一門課程，是學(xué)生接觸到電子技術(shù)相關(guān)知識的第一步，其教學(xué)內(nèi)容及方法、手段與課程群中其它課程間有著非常緊密的聯(lián)系。

在以往的教學(xué)中，課任老師都是按照教材將內(nèi)容講清楚就行了，與后續(xù)課程的課任老師之間的交流很少。對于一些知識點很少提到它們在后續(xù)課程中所起的作用。甚至，有時由于課時的限制，會將一些與后續(xù)課程聯(lián)系很緊密的知識點刪去不講。教學(xué)內(nèi)容及方法相對孤立，學(xué)生得到的知識也是零散的，無法建立系統(tǒng)的概念。為了培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力，綜合素質(zhì)高的應(yīng)用型人才，我們有必要理清課程間的脈絡(luò)、搭建知識構(gòu)架、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容以及提高教學(xué)方法、手段，加強知識點之間的相互滲透，加強課程群的建設(shè)。

1 電路分析在課程群中的地位

電路分析不是一門孤立的課程，它與課程群的其它課程有機的結(jié)合在一起，構(gòu)成電子技術(shù)的知識體系。電路分析中所學(xué)的知識也與課程群中的知識交相疊影，相輔相成。如圖1所示，電路分析的內(nèi)容是電子技術(shù)課程體系的底層內(nèi)容，是基本概念、基本能力的培養(yǎng)。該課程的教學(xué)是為后續(xù)的課程打好基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生具備一定的電子技術(shù)素養(yǎng)。

圖1 電路分析內(nèi)容與課程群的關(guān)系

從圖1中可以看出，電路分析的教學(xué)內(nèi)容主要有電路中的基本元件、基本定律和基本分析方法。其所接觸的基本元件主要有電阻、電容和電感以及各種電源，這些元件也是整個電子技術(shù)體系中的基本元件；基本定律有基爾霍夫定律、疊加原理、戴維南和諾頓定理等，其中基爾霍夫定律是集總參數(shù)電路的電路結(jié)構(gòu)總則，而戴維南定理是分析含源一端口網(wǎng)絡(luò)常用的定理，具有實際工程意義；基本的分析方法有節(jié)點電壓法和回路電流法，這兩種方法通過后面正弦信號相量的引入，在交流電路的分析中有著非常重要的意義。其在后續(xù)的課程以及實際工程中常常用到。電路分析的教學(xué)內(nèi)容與課程群的知識相互融合，所以我們在教學(xué)中應(yīng)該從系統(tǒng)的角度出發(fā)，加強課程群內(nèi)課程的聯(lián)系，不可孤立完成。

2 課程群視角下教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

2.1 加強與課程群聯(lián)系緊密的內(nèi)容

由于課時有限，在教學(xué)中不可能做到面面俱到。所以，我們在教學(xué)過程中要對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行篩選。對一些重要的概念、基本定律和基本方法中的內(nèi)容一定要介紹，而對于一些難度較大且對后續(xù)課程學(xué)習(xí)沒有影響的內(nèi)容則可以少講或不講。如基爾霍夫定理、戴維南定理以及節(jié)點分析法和回路分析法是電子技術(shù)系統(tǒng)中非常重要基礎(chǔ)，是一定要講清楚讓學(xué)生掌握牢固的。再如正弦交流電路中的相量法，阻抗、導(dǎo)納的概念等是后續(xù)課程的交流電路的基礎(chǔ)，也是要加強講解。而如特勒根定理、互易定理以及對偶原理等一些定理在后續(xù)的課程中沒有涉及到，我們可以略去不講。而如三相電路是關(guān)于強電的知識，我們后續(xù)課程中也沒有涉及到?？梢宰鳛榱私獾膬?nèi)容利用很少的課時講解或干脆讓學(xué)生自學(xué)。總之，在有限的課時下，我們要對繁多的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行選擇，突出重點。而不是一味的加快授課的速度把所有的內(nèi)容塞給學(xué)生，讓他們“吃得多，嚼不爛”，反而打擊了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，產(chǎn)生畏難情緒，后續(xù)課程的教學(xué)更是無法開展。

2.2 重定性分析，輕數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程

電路分析具有較強的理論性，很多電路中的定理以及電路的特性都有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)過程。而這些數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程往往比較冗長、繁雜，非常占用授課時間。我們在教學(xué)時，不應(yīng)該把重點放在一個定理或電路特性的數(shù)學(xué)推導(dǎo)、計算過程上，而更應(yīng)該是這個結(jié)論以及應(yīng)用上。如在介紹一階動態(tài)電路的時域分析時，我們要根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)及元件的特性列寫電路的方程，然后對所得的一階微分方程進(jìn)行求解得到電路中響應(yīng)的表達(dá)式。最后根據(jù)零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)的結(jié)果總結(jié)出“三要素”法。我們在上課時更應(yīng)該把重點放在“三要素”法上，給學(xué)生強調(diào)在分析一階動態(tài)電路的時候我們的重點是關(guān)注初始值、穩(wěn)態(tài)值和時間常數(shù)這三個要素，利用“三要素”法就可以分析出一階動態(tài)電路中的響應(yīng)。而關(guān)于方程的求解可以給學(xué)生解釋一下就可以，沒有必要在課堂上帶著學(xué)生去一步步求解方程?？梢宰寣W(xué)生課后自己去求解驗證，培養(yǎng)他們學(xué)習(xí)的主動性，提高他們的獨立思考的能力。

2.3 加強設(shè)計性實驗的教學(xué)

電路分析與課程群中的其它電子技術(shù)課程一樣具有較強的實踐性，所以實驗是電路分析中不可缺少的教學(xué)環(huán)節(jié)。在以往的實驗教學(xué)中，多以驗證性實驗為主，在實驗前老師講實驗的原理、內(nèi)容和實驗步驟都要細(xì)細(xì)講解，然后學(xué)生只需按照老師的講解按部就班的一步步做，把測出的數(shù)據(jù)填寫在預(yù)先給定的表格中。這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式，雖然可以在一定程度上培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，但比較呆板，無法調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。

我們在教學(xué)中可以減少驗證性實驗，而加強設(shè)計性實驗。比如在學(xué)生剛剛開始接觸實驗，我們可以用基爾霍夫定理以及疊加原理作為驗證性實驗，讓學(xué)生熟悉實驗儀器的使用，以及相關(guān)電量的測試方法。而后面的戴維南定理、電容參數(shù)的測量、串聯(lián)電路的特性以及互感線圈同名端的測量，都可以設(shè)定為設(shè)計性的實驗。給定任務(wù)，讓學(xué)生在進(jìn)實驗室前做好預(yù)習(xí)。鼓勵學(xué)生自己設(shè)計實驗方法、實驗電路、實驗步驟以及記錄數(shù)據(jù)的表格，做好預(yù)習(xí)報告。老師在實驗中做出適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)、建議，僅僅給出啟發(fā)、揭示性的講解，把更多的時間留給學(xué)生。讓學(xué)生充分動起來，激發(fā)他們的求知欲望以及學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的積極性和創(chuàng)新意識，為后續(xù)電子技術(shù)類課程的實驗打好堅實的基礎(chǔ)。

3 課程群視角下教學(xué)方法及手段的改進(jìn)

3.1 引入項目式教學(xué)

電路分析和課程群中其它的課程都具有內(nèi)容繁瑣、生澀難懂，實踐性及實用性強的特點。在教學(xué)的過程中只是一味的講解，“滿堂灌”的傳統(tǒng)教學(xué)方法顯得枯燥乏味，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高。而項目式教學(xué)打破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，它通過實際的項目把技能訓(xùn)練與理論教學(xué)有機的結(jié)合在一起，很好的激發(fā)了學(xué)生的興趣。比如我們在講了正弦交流電路的相量分析法后，可以給學(xué)生一個任務(wù)，讓學(xué)生去設(shè)計一個移相器或簡易的電容電感測量儀。給定相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的要求，讓學(xué)生三人一組組成團(tuán)隊，完成相關(guān)測試以及設(shè)計報告，在課堂上留出一些時間來請學(xué)生上臺對他們的設(shè)計進(jìn)行講解。這樣的方法讓學(xué)生對電子技術(shù)的興趣及其濃厚，激發(fā)了他們更深的求知欲望，也更好的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊協(xié)作能力。

圖2 RC微分電路

3.2 引入仿真軟件

電子線路的仿真軟件有很多，常用的有EWB、Multisims等，我們在教學(xué)中可以引入一款仿真軟件。為了減小學(xué)生的負(fù)擔(dān)，精通一種仿真軟件。在整個課程群的教學(xué)過程中我們可以選用同一款軟件。在電路分析中我們引入Multisims仿真軟件，讓學(xué)生更加生動直觀的掌握所學(xué)的課堂內(nèi)容，同時熟悉了這一款軟件為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。如在講解RC電路的特性時，通過軟件仿真讓學(xué)生理解電路的微分特性。

如圖2所示，給RC微分電路接入方波信號，頻率為，輸出電壓為電阻電壓，設(shè)電容C的值為，電阻R的值為，電容的初始電壓為，占空比為0.5，信號幅值大小為，偏移為0。通過Multisim軟件仿真得到輸出電壓與輸入電壓的波形結(jié)果如圖3所示。通過這個仿真的結(jié)果為學(xué)生解釋電路的特性，學(xué)生理解起來就更加容易。

圖3 RC微分電路的仿真結(jié)果

4 結(jié)語

本文從課程群的視角對電路分析的教學(xué)改革進(jìn)行了一些探索，基于課程群內(nèi)知識點的相互滲透以及教學(xué)模式的相似。我們在電路分析的教學(xué)中對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，加強系統(tǒng)的概念。對教學(xué)方法及手段進(jìn)行了一些改進(jìn)，使得電路分析的教學(xué)不再是孤立的，做好電子技術(shù)課程群中的底層建設(shè)，打好堅實基礎(chǔ)。讓學(xué)生在學(xué)習(xí)課程群內(nèi)的課程是不再雜散無序，而是更系統(tǒng)，更緊湊。有效的提高了教學(xué)效果。

參考：邱關(guān)源，電路：高等教育出版社；張?zhí)扈?，《電路分析》課程教學(xué)內(nèi)容及方法的改革研究：湖北廣播大學(xué)學(xué)報；梅燁等，《電路分析》課程教學(xué)的改革與建設(shè)實踐：教育教學(xué)論壇；王韋剛等，通信工程專業(yè)“電路分析”課程教學(xué)探討：電氣電子教學(xué)學(xué)報；賀達(dá)江，“電路分析”課程有效教學(xué)初探：懷化學(xué)院學(xué)報。