張 嶺，邵天章，楊潤(rùn)生，王文婷

(軍械工程學(xué)院，河北石家莊 050003)

“電路分析”課程研究電路的基本理論和分析方法，是我院火炮、步兵武器、機(jī)械工程、彈藥工程、管理工程和裝備保障指揮等專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和解決問(wèn)題的能力具有重要作用。本文以軍事院校教學(xué)改革為背景，從“電路分析”課程在電氣工程學(xué)科課程體系中的地位和作用出發(fā)，運(yùn)用科研服務(wù)于教學(xué)以及教學(xué)與科研良性互動(dòng)的基本規(guī)律，在該課程中開(kāi)展了關(guān)聯(lián)教學(xué)。

1 基于關(guān)聯(lián)教學(xué)的教研相長(zhǎng)內(nèi)涵

1.1 教研相長(zhǎng)在“電路分析”課程中的應(yīng)用

(1)教學(xué)出題目:教師深入研究“電路分析”課程標(biāo)準(zhǔn)，剖析并延展其內(nèi)涵，對(duì)有利于提升學(xué)生能力素質(zhì)和適于進(jìn)行關(guān)聯(lián)教學(xué)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行提煉，構(gòu)建淺層次和深層次關(guān)聯(lián)教學(xué)系統(tǒng)框架。

(2)科研做文章:教師結(jié)合自身實(shí)際，將提煉的知識(shí)點(diǎn)與本人所授專(zhuān)業(yè)課相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行多層次和全方位的關(guān)聯(lián)整合，采用 Matlab/Simulink、PSCAD/EMTDC和Proteus等多種仿真軟件，對(duì)與知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的科研設(shè)想展開(kāi)論證，并深入開(kāi)展創(chuàng)新性科學(xué)研究，形成科研成果，為教學(xué)水平提升打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

(3)成果進(jìn)課堂:教師對(duì)“電路分析”課程與相關(guān)課程關(guān)聯(lián)取得的科研成果進(jìn)行梳理，將提煉的關(guān)聯(lián)知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容和取得的相關(guān)成果進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，探索新理論、新技術(shù)和新方法運(yùn)用到課堂的有效途徑，研究科研能力向教學(xué)能力轉(zhuǎn)化的規(guī)律和方法。

1.2 關(guān)聯(lián)教學(xué)實(shí)施方案

關(guān)聯(lián)教學(xué)實(shí)施總體方案如圖1所示。

圖1 關(guān)聯(lián)教學(xué)實(shí)施方案

1.3 關(guān)聯(lián)教學(xué)主要特征

(1)在教學(xué)內(nèi)容上，從學(xué)科課程間的關(guān)聯(lián)特性出發(fā)構(gòu)建學(xué)生的知識(shí)體系;

(2)在教學(xué)方法上，將注重知識(shí)內(nèi)容的順序教學(xué)與注重知識(shí)關(guān)系的知識(shí)結(jié)構(gòu)教學(xué)相結(jié)合;

(3)在教學(xué)實(shí)施上，理論教學(xué)與前繼課程關(guān)聯(lián)培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力，工程應(yīng)用與后續(xù)課程關(guān)聯(lián)培養(yǎng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。

2 關(guān)聯(lián)教學(xué)實(shí)踐與創(chuàng)新

2.1 基于課程間知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系的關(guān)聯(lián)教學(xué)

(1)遵循學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識(shí)過(guò)程中的認(rèn)知規(guī)律，適時(shí)恰當(dāng)?shù)嘏c已學(xué)習(xí)過(guò)的課程內(nèi)容進(jìn)行關(guān)聯(lián)，基于系統(tǒng)聯(lián)系的方法進(jìn)行“電路分析”教學(xué)，使得學(xué)生對(duì)抽象知識(shí)的理解形象化，對(duì)于難點(diǎn)的理解通俗化。

基于相似性原理與基礎(chǔ)課關(guān)聯(lián)，進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)設(shè)計(jì)。如“電路分析”課程中的二階電路和“大學(xué)物理”中的彈簧阻尼機(jī)械系統(tǒng)，如圖2和表1所示。

圖2 二階電路與彈簧阻尼機(jī)械系統(tǒng)的相似性

表1 彈簧阻尼系統(tǒng)與二階電路的相似性

圖2(a)圖是由質(zhì)塊、彈簧和阻尼器組成的機(jī)械系統(tǒng)，圖2(b)圖是一個(gè)典型的RLC串聯(lián)二階電路。描述上述兩個(gè)系統(tǒng)的微分方程分別為

顯然，二者具有一致的數(shù)學(xué)模型，相似的數(shù)學(xué)描述，并且在參數(shù)上存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，兩者的響應(yīng)也具有相似的振蕩特性。在教學(xué)中再現(xiàn)該知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)來(lái)源，為學(xué)生營(yíng)造良好的創(chuàng)新性思維環(huán)境;在講解過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已有的知識(shí)和技能解決新的矛盾和問(wèn)題。

(2)從電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的課程體系結(jié)構(gòu)出發(fā)，在教學(xué)過(guò)程中強(qiáng)化“電路分析”與后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的銜接與滲透，優(yōu)化“電路分析”課程內(nèi)容，加強(qiáng)課程間的聯(lián)系。

軍事院校教學(xué)改革的指導(dǎo)思想是:基礎(chǔ)、實(shí)用和突出課程體系間的聯(lián)系［1］?；A(chǔ)是保證該課程教學(xué)大綱中規(guī)定的基本教學(xué)要求。實(shí)用則是指強(qiáng)化與后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程緊密相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，為專(zhuān)業(yè)課提供必要的理論和分析方法。

2.2 關(guān)聯(lián)教學(xué)實(shí)施過(guò)程

(1)與電力系統(tǒng)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程中的有關(guān)電路進(jìn)行工程關(guān)聯(lián)教學(xué)。以300kW發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁回路為例，采用基于軟件仿真的方法用電壓表測(cè)量勵(lì)磁繞組的RL電路端電壓，結(jié)果出現(xiàn)在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)瞬間電壓表?yè)p壞的現(xiàn)象。學(xué)生對(duì)此現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生好奇，可引導(dǎo)學(xué)生就電弧產(chǎn)生的原因、電弧產(chǎn)生的危害以及如何防止電弧的產(chǎn)生等問(wèn)題進(jìn)行探討。

(2)與“內(nèi)燃機(jī)電站構(gòu)造”專(zhuān)業(yè)課程中的有關(guān)電路進(jìn)行工程關(guān)聯(lián)教學(xué)。以汽油機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)為例，汽油機(jī)傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)以蓄電池為電源，通過(guò)點(diǎn)火線圈和分電器將12V低壓直流電定時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏弘?，并按序分配到各缸火花塞，使火花塞產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃混和氣，工作原理如圖3所示。

圖3 汽油機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)

利用此電路可綜合說(shuō)明變壓器的工作原理以及一階RL電路的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程在工程上的應(yīng)用。

2.3 基于能力素質(zhì)培養(yǎng)的關(guān)聯(lián)教學(xué)

(1)設(shè)計(jì)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境并組織討論，引入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具，進(jìn)行電路的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。通過(guò)電路仿真強(qiáng)化基本概念、基本原理、基本電路和基本分析方法的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)電路、分析電路和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的能力。

“電路分析”課程與后續(xù)“模擬電子技術(shù)”及“數(shù)字電子技術(shù)”等課程密切相關(guān)。我們采用基于問(wèn)題式教學(xué)法的交互式教學(xué)模型，通過(guò)給學(xué)生合理設(shè)計(jì)含有運(yùn)放和動(dòng)態(tài)元件的綜合問(wèn)題，并輔以計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證的教學(xué)手段。

(2)對(duì)新型基本電路元件在裝備中的應(yīng)用進(jìn)行科研學(xué)術(shù)研究，遵循教學(xué)應(yīng)與科研結(jié)合，科研應(yīng)服務(wù)教學(xué)的教研相長(zhǎng)規(guī)律，引入設(shè)計(jì)式教學(xué)法對(duì)科研成果進(jìn)行關(guān)聯(lián)教學(xué)實(shí)踐與創(chuàng)新，促進(jìn)“電路分析”課程教學(xué)內(nèi)容和體系的改革與更新［2，3］。

隨著數(shù)字電路的廣泛應(yīng)用，在“電路分析”課程中對(duì)數(shù)字電路的基本概念和基本分析方法應(yīng)于關(guān)注。以新型數(shù)控電位器、數(shù)控電容器和數(shù)控電感器［4，5］為例開(kāi)展與傳統(tǒng)電位器、電容器和電感器的對(duì)比教學(xué)，說(shuō)明其在科學(xué)研究中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。針對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)面向的系統(tǒng)闡述自激異步發(fā)電在野戰(zhàn)電力支持系統(tǒng)中的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，引伸出自勵(lì)電容的概念，闡述基本元件工作原理掌握的重要性及與后續(xù)課程的相關(guān)性［6］。

3 關(guān)聯(lián)教學(xué)實(shí)施效果

我們?cè)谑谡n過(guò)程中，將與“電路分析”教學(xué)關(guān)聯(lián)教學(xué)有關(guān)的“大學(xué)物理”、“電子技術(shù)”、“電機(jī)學(xué)”、“內(nèi)燃機(jī)電站構(gòu)造”、“電力系統(tǒng)自動(dòng)化”和“供配電技術(shù)”等10余門(mén)課程中的關(guān)聯(lián)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)20多個(gè)(零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)的概念、運(yùn)算放大器電路、互感與變壓器電路等)以及科研項(xiàng)目中有關(guān)“電路分析”知識(shí)點(diǎn)的創(chuàng)新性科研成果引入課堂，充分應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐。

實(shí)踐證明:教師作為關(guān)聯(lián)教學(xué)的實(shí)施者，運(yùn)用教學(xué)應(yīng)與科研結(jié)合，科研應(yīng)服務(wù)教學(xué)的教研相長(zhǎng)基本規(guī)律，施教能力和科研水平得到自我升級(jí)，建設(shè)了一支既精基礎(chǔ)，又擅科研的教學(xué)團(tuán)隊(duì);學(xué)生作為關(guān)聯(lián)教學(xué)的參與者，培養(yǎng)了靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力。

［1］ 秦平，沈鉞.基于課程聯(lián)系探討“電路分析基礎(chǔ)”教學(xué)［J］.南京.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).Vol.29(6)，2007.pp88-90

［2］ 劉彥鸝.基于Multisim10的二端口參數(shù)的測(cè)量［J］.南京.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).Vol.33(5)，2011.pp63-65

［3］ 孫雨耕，宋學(xué)軍，石季英，等.“電路”課程研究型實(shí)驗(yàn)的有益探討［J］.南京.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).Vol.30(6)，2008.pp47-48.

［4］ 張嶺，孫宏志，梅棟良，王建偉，馮濤.基于PSCAD的數(shù)控電容在PWM整流器中的應(yīng)用仿真研究［J］.北京.電子技術(shù)應(yīng)用.2011年第9期.pp74-76

［5］ 張嶺，趙錦成，邵天章，馬瑞平.基于數(shù)控電感的PWM整流器網(wǎng)側(cè)電流改善研究［J］.北京.電子技術(shù)應(yīng)用.2011年6月.pp74-76

［6］ 張嶺，邵天章，栗彥輝，王文婷.內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的自激異步發(fā)電系統(tǒng)建模仿真研究［J］.常州.工礦自動(dòng)化.2011年5月.pp49-54