“電路”雙語課程研究型教學(xué)探討

龍 蕓

(湖北第二師范學(xué)院 物理與機(jī)電工程學(xué)院，武漢 430205)

1 引言

2014年9月我校招收了“電子信息科學(xué)與技術(shù)”中外合作本科班的第一批本科生。筆者承擔(dān)了該專業(yè)“電路”課程的雙語教學(xué)任務(wù)。在 “電路”雙語課程的實(shí)際教學(xué)中，我們會(huì)遇到以下兩個(gè)問題：(1)全英文教材、全英文課件，課程教學(xué)內(nèi)容較多，而課內(nèi)學(xué)時(shí)相對(duì)較少；(2)教學(xué)內(nèi)容和范例主要以抽象理論分析和計(jì)算為主，很少涉及電路實(shí)際應(yīng)用。針對(duì)上述問題，根據(jù)我?！半娮印敝型夂献靼嗟恼J(rèn)知特點(diǎn)，我們?cè)凇半娐贰彪p語教學(xué)中嘗試進(jìn)行研究型教學(xué)，在夯實(shí)基礎(chǔ)的同時(shí)強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新思維和研究能力的培養(yǎng)。

2 用研究型教學(xué)培養(yǎng)創(chuàng)新思維

研究型教學(xué)是解決課程教學(xué)內(nèi)容較多和課內(nèi)學(xué)時(shí)較少矛盾的一種可行方法，因?yàn)樗鼜?qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)參與和培養(yǎng)學(xué)生的研究興趣和能力。我們從以下三個(gè)方面在“電路”雙語課程中開展研究型教學(xué)的探索。

2.1 啟發(fā)式教學(xué)

對(duì)“電路”雙語課程中一般的和經(jīng)典的教學(xué)內(nèi)容，我們采用啟發(fā)式的教學(xué)方法[1，2]。啟發(fā)式就是老師提問，引導(dǎo)學(xué)生思考并鼓勵(lì)學(xué)生回答。我們體會(huì)到，如果能夠在課堂教學(xué)中體現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)被發(fā)現(xiàn)的過程，則可能會(huì)為學(xué)生創(chuàng)建良好的創(chuàng)新思維環(huán)境。我們力圖在每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都為學(xué)生創(chuàng)造一種研究氛圍，如何運(yùn)用學(xué)生已有的知識(shí)和技能解決新的問題，從而發(fā)現(xiàn)新的知識(shí)。例如，在講授“戴維寧定理”時(shí)，我們不是直接給出定理內(nèi)容，而是從上節(jié)課電源等效變換的例題和習(xí)題出發(fā)，總結(jié)規(guī)律，將學(xué)生的思維引向提出“戴維寧定理”的方向，最終讓學(xué)生通過自己的思考，總結(jié)出戴維寧定理。啟發(fā)式教學(xué)強(qiáng)調(diào)課后復(fù)習(xí)，但不鼓勵(lì)預(yù)習(xí)。因?yàn)檎n堂信息量較大，如果課后不立即復(fù)習(xí)，會(huì)影響聽課效果，而預(yù)習(xí)雖然會(huì)使聽課輕松，卻擠占了啟發(fā)的余地。

2.2 MATLAB仿真輔助教學(xué)

對(duì)“電路”雙語課程中難以計(jì)算的問題或難以理解的問題，我們采用MATLAB軟件輔助教學(xué)[3]。利用MATLAB編寫M文件可以計(jì)算電路中的參數(shù)，也可以計(jì)算電路中的各個(gè)響應(yīng)，還可以進(jìn)行仿真得到直觀的圖形；另外利用MATLAB中的動(dòng)態(tài)仿真工具箱Simulink，通過搭建電路模型也可以快速實(shí)現(xiàn)電路的分析計(jì)算和仿真驗(yàn)證結(jié)果。我們用MATLAB分析電路中的問題主要有：(1)電阻電路中多元線性方程組的求解；(2)動(dòng)態(tài)電路的分析和計(jì)算；(3)正弦穩(wěn)態(tài)電路的計(jì)算。MATLAB輔助教學(xué)明顯提高教學(xué)效率，節(jié)省講課時(shí)間，同時(shí)有助于學(xué)生擺脫傳統(tǒng)學(xué)習(xí)中理解難、計(jì)算難、繪圖難和建模難等問題，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使他們能把注意力更多的集中在對(duì)基本概念、定理和分析方法的理解與掌握上。學(xué)生在學(xué)習(xí)“電路”課程中除了要完成精選的分析計(jì)算型作業(yè)，還有仿真型作業(yè)。仿真型作業(yè)旨在拓展教學(xué)內(nèi)容，并讓學(xué)生掌握電路仿真軟件。學(xué)生在仿真的過程中，設(shè)計(jì)、分析和創(chuàng)新的能力都得到了提高。

2.3 電路應(yīng)用實(shí)例教學(xué)

我們從工程應(yīng)用電路中篩選出14個(gè)適合于“電路”雙語教學(xué)的實(shí)例[4，5]，如表1所示。按照課程正常教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度，將電路應(yīng)用實(shí)例嵌入其中。通過在課堂上針對(duì)電路應(yīng)用實(shí)例開展研究型教學(xué)，以提高學(xué)生的電路綜合素質(zhì)，特別是將電路理論應(yīng)用于工程實(shí)際電路的分析和設(shè)計(jì)能力。

表1 電路應(yīng)用實(shí)例列表

下面舉例說明。RC電路可以提供不同的時(shí)間延遲。圖1是一個(gè)RC延時(shí)電路。開關(guān)閉合時(shí)，電容被逐漸充電，氖燈泡一開始相當(dāng)于開路，直至其兩端電壓超過某個(gè)電壓值(例如70V)后才點(diǎn)亮發(fā)光。燈泡點(diǎn)亮后，電容就通過它放電，由于燈泡亮后阻值很小，電容會(huì)迅速降低從而導(dǎo)致燈泡熄滅。這樣就出現(xiàn)一個(gè)電容再度充電到再點(diǎn)亮的循環(huán)過程。民政施工現(xiàn)場(chǎng)常見的閃爍警示燈就是這種RC電路的一個(gè)實(shí)例。假定電容初始電壓為零，R1=1.5MΩ，R2=2.5MΩ，試確定開關(guān)閉合后，燈泡第一次點(diǎn)亮需要的時(shí)間t0.

2.3.1 教學(xué)分析：設(shè)計(jì)延時(shí)電路時(shí)，一個(gè)重要指標(biāo)是電路的時(shí)間常數(shù)。

圖1 RC延時(shí)電路

2.3.2 研究型問題：(1)圖1電路的工作原理是什么？(2)調(diào)節(jié)電阻R2的作用是什么？(3)電路工程實(shí)現(xiàn)時(shí)，哪些問題需要解決。

其中vc(∞)=110V(圖1中電源電壓)，電路的時(shí)間常數(shù)為τ=(R1+R2)C=0.4s.當(dāng)vc(t0)=70V時(shí)(燈泡點(diǎn)亮)，可求得t0=0.4046s.求解t0的一般公式為：

當(dāng)且僅當(dāng)vC(t0)

從上述分析可知，調(diào)節(jié)電阻R2可以使電路的延遲時(shí)間變長或變短。電路工程實(shí)現(xiàn)時(shí)，還需解決的問題有：110V電壓源如何實(shí)現(xiàn)，這個(gè)問題的解決涉及后續(xù)課程知識(shí)，它的提出有助于激發(fā)學(xué)生的思考和學(xué)習(xí)興趣。

電路應(yīng)用實(shí)例并非越多越好，舉例過多反而會(huì)讓學(xué)生忽略最本質(zhì)的分析方法，因此需要結(jié)合課程進(jìn)度、學(xué)生水平和教師專長精選適當(dāng)?shù)睦?，有?jié)制地使用。

3 系統(tǒng)的教學(xué)組織是進(jìn)行研究型教學(xué)的根本保障

在教學(xué)組織方面，采用“理論課+習(xí)題課+討論課+實(shí)驗(yàn)課”的組織形式，以適應(yīng)研究型教學(xué)方式的要求。理論課中講授基本元件、基本概念和分析方法。習(xí)題課中復(fù)習(xí)和鞏固理論課講授的內(nèi)容并通過綜合練習(xí)提高學(xué)生的分析能力；討論課中將生活中經(jīng)常遇到的電現(xiàn)象用電路理論的分析方法進(jìn)行討論(如前所述的電路應(yīng)用實(shí)例教學(xué))；實(shí)驗(yàn)課中既有驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，也有設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。理論課講授的概念和方法在習(xí)題課得到復(fù)習(xí)，在討論課中得到應(yīng)用，在MATLAB仿真和實(shí)驗(yàn)課中得到驗(yàn)證?！半娐贰闭n程各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)之間是緊密相連的，互相促進(jìn)。在整個(gè)學(xué)期的教學(xué)過程中，我們會(huì)注意觀察教學(xué)效果，對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以取得最佳教學(xué)效果。

4 結(jié)語

當(dāng)今計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)都在飛速發(fā)展，“電路”課程的教學(xué)也應(yīng)適應(yīng)這種發(fā)展?！半娐贰边@樣的專業(yè)基礎(chǔ)課非常有必要進(jìn)行研究型教學(xué)。結(jié)合國內(nèi)外“電路”課程發(fā)展的趨勢(shì)和我校的實(shí)際情況，我們“電路”雙語教學(xué)還需要努力做好如下工作：(1)教師的科研水平是實(shí)施研究型教學(xué)的重要保障。教師應(yīng)當(dāng)從教學(xué)目標(biāo)出發(fā)，關(guān)注學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)，緊跟科學(xué)研究的發(fā)展前沿；(2)將基礎(chǔ)知識(shí)與學(xué)科前沿進(jìn)展相結(jié)合，為學(xué)生搭建從基礎(chǔ)通向前沿的橋梁；(3)將理論教學(xué)與實(shí)踐訓(xùn)練相結(jié)合，為學(xué)生搭建從理論通向?qū)嵺`的橋梁。