黃為勇

(徐州工程學(xué)院 信電工程學(xué)院，江蘇 徐州 221111)

應(yīng)用型本科《電路》課程教學(xué)方法改革

黃為勇

(徐州工程學(xué)院 信電工程學(xué)院，江蘇 徐州 221111)

為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，針對(duì)我校應(yīng)用型本科專業(yè)學(xué)生的實(shí)際情況和《電路》課程的特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)用型本科專業(yè)電路課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面進(jìn)行了改革。實(shí)踐表明教學(xué)改革提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深了對(duì)電路理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)了工程實(shí)踐應(yīng)用能力與創(chuàng)新能力，達(dá)到了較好的效果。

電路課程;教學(xué)改革;教學(xué)實(shí)踐;應(yīng)用型本科

《電路》是電子信息類專業(yè)的一門理論性與實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)平臺(tái)課程。該課程對(duì)學(xué)生掌握電路的基本理論知識(shí)和基本分析方法、培養(yǎng)專業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新能力具有重要意義，在專業(yè)培養(yǎng)方案中具有十分重要的地位［1］。

由于傳統(tǒng)《電路》課程的教學(xué)方法大多注重理論講授，占用課時(shí)較多，很多內(nèi)容無法做到理論聯(lián)系實(shí)際，影響了學(xué)生對(duì)電路相關(guān)知識(shí)的理解與掌握。實(shí)驗(yàn)課程也基本上以驗(yàn)證性為主，遵循普遍采用的“預(yù)習(xí)—講解—操作—報(bào)告”的教學(xué)模式，嚴(yán)重影響了學(xué)生工程實(shí)踐應(yīng)用能力的提高，更談不上創(chuàng)新能力培養(yǎng)。目前我校電子信息類本科專業(yè)的總學(xué)分由過去的220學(xué)分精簡(jiǎn)為180學(xué)分，《電路》課程授課學(xué)時(shí)也相應(yīng)地從最初的104學(xué)時(shí)縮減為現(xiàn)在的88學(xué)時(shí)(其中理論教學(xué)64課時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)24學(xué)時(shí))，這無疑給本課程的教學(xué)帶來了一個(gè)新的挑戰(zhàn)。如何調(diào)整和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，在較少的學(xué)時(shí)內(nèi)更好完成課程教學(xué)工作，提高應(yīng)用型本科專業(yè)學(xué)生的工程應(yīng)用任務(wù)能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力是我們需要認(rèn)真思考的課題，研究與探索一種行之有效的適合應(yīng)用型本科專業(yè)的《電路》課程教學(xué)方法是十分必要的。

為深化教學(xué)改革和適應(yīng)創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)的需要，近年來我們?cè)诮虒W(xué)中始終遵循以培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)和綜合應(yīng)用能力為宗旨，圍繞如何將教學(xué)理念切實(shí)地轉(zhuǎn)化為教學(xué)行為，滲透到教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容等實(shí)際教學(xué)工作中，對(duì)我校應(yīng)用型本科專業(yè)《電路》課程的教學(xué)方法進(jìn)行了不懈的改革與實(shí)踐。

一 完善教學(xué)大綱，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

課時(shí)的減少使得優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容成為一個(gè)必然的選擇，為此我們聯(lián)合不同課程的教師在對(duì)培養(yǎng)方案進(jìn)行總體分析的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌考慮整個(gè)培養(yǎng)方案的知識(shí)點(diǎn)以及未來實(shí)際應(yīng)用的需求，按照“必須和合理”的原則完善電路課程的教學(xué)大綱，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。如在《電路》課程中精簡(jiǎn)了運(yùn)算放大電路和運(yùn)算電路分析的內(nèi)容，將這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)安排在模擬電子技術(shù)和信號(hào)與系統(tǒng)課程中，這不僅減少了電路課程的學(xué)時(shí)，同時(shí)也使得模擬電子技術(shù)和信號(hào)與系統(tǒng)兩門課程的知識(shí)點(diǎn)更完整。

另一方面，教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化也比較好地克服了過去不同課程中知識(shí)點(diǎn)的重復(fù)問題，不僅避免了教學(xué)中需要補(bǔ)充拉普拉斯變換等知識(shí)點(diǎn)的問題，也克服培養(yǎng)計(jì)劃中積分變換課程與電路課程教學(xué)時(shí)間安排的錯(cuò)位問題，整個(gè)培養(yǎng)計(jì)劃更合理和統(tǒng)一。在課程教學(xué)中增加和強(qiáng)化了小信號(hào)非線性電路分析的教學(xué)，這不僅為后續(xù)模擬電路中教學(xué)創(chuàng)造了條件，也降低了學(xué)生學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)課程中晶體管理放大電路學(xué)習(xí)的難度，較好地提高了教學(xué)效果。

二 因材施教的教學(xué)方法

我校是一所應(yīng)用型的本科院校，學(xué)生的入學(xué)水平參差不齊，有些學(xué)生甚至是文科學(xué)生，這給我們的教學(xué)帶來了難度，為此我們?cè)诮虒W(xué)過程中積極采用因材施教的教學(xué)方法，做到用更少的學(xué)時(shí)更快更清晰地講明基本教學(xué)內(nèi)容，受到了學(xué)生的歡迎。例如在介紹電容與電感器件時(shí)，首先給出學(xué)生們都非常熟知的電阻的定義［2］:在任何時(shí)刻端電壓與其電流成正比的電器元件稱為電阻元件R，即滿足u=Ri的元件稱為電阻R。

然后，仿照上述電阻器件定義，從數(shù)學(xué)上而不是從物理意義給出電容和電感的如下定義:

1.線性電容的定義:在任何時(shí)刻端電流與其電壓的變化率成正比的電器元件稱為電容元件C，即滿足i=的元件稱為電容C。

2.線性電感的定義:在任何時(shí)刻端電壓與其電流的變化率成正比的電器元件稱為電感元件L，即滿足u=元件稱為電感L。

采用上述電容與電感的數(shù)學(xué)上的形式化定義，不需要學(xué)生深刻理解電容元件極板上的電荷q以及通過電感元件的磁鏈(等比較深?yuàn)W的物理概念。同樣，在講授教材第十章內(nèi)容時(shí)直接在上述電感的定義的基礎(chǔ)上直接進(jìn)行推廣，給出含有耦合的關(guān)系式:

然后，再從上式中正負(fù)號(hào)引出“同名端”的概念及其正負(fù)號(hào)的確定，這樣既避免了自感磁通鏈與互感磁通鏈等器件內(nèi)部電磁特性、概念及原理的介紹，直截了當(dāng)?shù)亟o出相關(guān)定義，便于學(xué)生理解，降低了教學(xué)難度，同時(shí)也節(jié)省了教學(xué)課時(shí)。另一方面，上述形式化定義不僅符合電路課程是利用器件的電流、電壓等外在物理量來描述和研究其內(nèi)部電磁特性這一基本特點(diǎn)，而且也符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教學(xué)規(guī)律。

三 基于工程應(yīng)用的教學(xué)方法

《電路》作為一門電子信息類專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)平臺(tái)課，在課堂教學(xué)中不僅要使學(xué)生掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)理論和分析方法，而且要結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)強(qiáng)調(diào)理論的工程應(yīng)用，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其工程意識(shí)。在講授電路模型內(nèi)容時(shí)介紹抽象模型的工程背景、抽象過程、不同模型之間的區(qū)別與聯(lián)系、并針對(duì)不同環(huán)境選擇不同模型，使學(xué)生初步認(rèn)識(shí)到理想化電路元件模型與實(shí)際電路器件的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識(shí)，而且也提高了學(xué)習(xí)電路理論的積極性。在講授回轉(zhuǎn)器相關(guān)內(nèi)容時(shí)，不僅講解將電容回轉(zhuǎn)成電感的原理和方法，而且也介紹了在微電子器件中是如何把易于集成的電容實(shí)現(xiàn)難以集成的電感的工程應(yīng)用實(shí)例;在講授動(dòng)態(tài)電路相關(guān)時(shí)，既介紹各種分析方法，又介紹動(dòng)態(tài)電路在電子產(chǎn)品等實(shí)用電路中的應(yīng)用等，采用這種基于工程應(yīng)用的教學(xué)方法有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了電路理論學(xué)習(xí)的效果，同時(shí)強(qiáng)化了學(xué)生工程素質(zhì)的培養(yǎng)。

四 虛實(shí)結(jié)合、軟硬結(jié)合的教學(xué)方法

充分應(yīng)用Multisim、Matlab等多種仿真軟件進(jìn)行教學(xué)，在課堂上通過軟件的仿真實(shí)驗(yàn)演示，將仿真結(jié)果與理論分析加以對(duì)比，加深了學(xué)生的理解，提高了學(xué)習(xí)效果。如在講授非正弦周期電流電路這部分內(nèi)容時(shí)，教師很難用簡(jiǎn)單的語言解釋清楚非正弦周期信號(hào)的分解過程，我們簡(jiǎn)化復(fù)雜的公式推導(dǎo)，適當(dāng)刪減細(xì)節(jié)問題的定量分析計(jì)算而直接給出結(jié)論，且利用計(jì)算機(jī)分析軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)任意非正弦周期信號(hào)以及該信號(hào)及其各次諧波波形的繪制，并能完成諧波分量的疊加波形與原始信號(hào)比較，從而生動(dòng)形象而又準(zhǔn)確地使學(xué)生理解比較抽象的原理和方法。

上述方法同樣也應(yīng)用到一階電路、二階電路和RLC串并聯(lián)諧振電路的分析中，通過軟件改變電路的參數(shù)使學(xué)生了解參數(shù)的變化對(duì)電路特性的影響(如一階電路中時(shí)間常數(shù)(的大小與電路過渡過程時(shí)間的長(zhǎng)短的關(guān)系，二階電路中電路參數(shù)與過阻尼、欠阻尼以及臨界阻尼特性的關(guān)系，以及R、L、C參數(shù)對(duì)諧振特性的分析等)，使學(xué)生對(duì)一階、二階動(dòng)態(tài)電路以及諧振電路有了更加深入的理解和掌握。仿真軟件的使用也強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)相關(guān)軟件的掌握，提高了這些軟件的應(yīng)用能力，也為這些仿真軟件的進(jìn)一步應(yīng)用奠定了更為扎實(shí)的基礎(chǔ)［3，4］。

在進(jìn)行理論課程改革的同時(shí)，我們還強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，把電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)獨(dú)立設(shè)課，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方式、考核方法和實(shí)驗(yàn)管理等多個(gè)方面進(jìn)行了改革和創(chuàng)新。在加大實(shí)驗(yàn)室建設(shè)投入的前提下，在基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容增加了綜合性實(shí)驗(yàn)的比例，努力培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新能力。對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的格式和內(nèi)容進(jìn)行了全新的設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上重新編寫了實(shí)驗(yàn)教材。實(shí)驗(yàn)考核方法由原來的單純考察實(shí)驗(yàn)報(bào)告改為包含了工作態(tài)度、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果以及創(chuàng)新能力等全方位的考核，并對(duì)實(shí)驗(yàn)室管理的模式也進(jìn)行了改革，由傳統(tǒng)的封閉式傳統(tǒng)模式改為開放式的管理模式，在不影響正常教學(xué)的情況下由學(xué)生自主地在實(shí)驗(yàn)室利用各種實(shí)驗(yàn)資源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

五 基于問題研究的實(shí)踐教學(xué)方法

在《電路》課程的教學(xué)過程中，我們不僅注重理論課程發(fā)生諧振時(shí)(XL=XC或ωL=，電路的阻抗最小，電流最大;電源電壓與電流同相;諧振時(shí)電感兩端電壓與電容兩端電壓大小相等，相位相反。但同時(shí)指出在實(shí)際工程應(yīng)用中，諧振時(shí)會(huì)出現(xiàn)如下情況:

(1)電感器上的電壓值與電容器上的電壓值并不相等;

(2)電感和電容上的電壓最大值并不在諧振時(shí)，電感電壓最大值出現(xiàn)在信號(hào)頻率大于諧振頻率的時(shí)候，而電容上電壓最大值出現(xiàn)在信號(hào)頻率低于諧振頻率的時(shí)候。

在教學(xué)過程中，我們首先要求學(xué)生們通過理論研究，分析這種實(shí)踐與理論相矛盾的問題產(chǎn)生的原因，然后應(yīng)用Multisim軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)并得出自己的結(jié)論。通過對(duì)問題的研究不僅能加強(qiáng)對(duì)電路理論的理解，提高分析問題和解決問題的能力以及研究能力，而且能使同學(xué)們了解在學(xué)習(xí)過程中理論聯(lián)系實(shí)際的重要性。

這種基于問題研究的實(shí)踐教學(xué)方法變過去傳統(tǒng)的以“老師當(dāng)演員，學(xué)生當(dāng)觀眾”的教學(xué)模式為“學(xué)生當(dāng)演員，老師當(dāng)導(dǎo)演”的強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體的新型教學(xué)模式，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新欲望。同時(shí)為后續(xù)課程的實(shí)踐教學(xué)、學(xué)生參加全國和省電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽以及教師的科研活動(dòng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)習(xí)慣和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力，也成為培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的一種有效手段［5］。與和實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)，而且還采用基于問題的研究型實(shí)踐教學(xué)方法。通過一些具體的實(shí)際工程應(yīng)用或從實(shí)際科研項(xiàng)目以及全國及江蘇省電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中的相關(guān)內(nèi)容中提煉形成若干個(gè)工程問題，由學(xué)生自主地解決并完成相應(yīng)的任務(wù)。這時(shí)同學(xué)們所面對(duì)的不像一般實(shí)驗(yàn)課中出現(xiàn)的一些簡(jiǎn)單、直接的問題，而是需要學(xué)生通過查閱大量資料來了解相關(guān)的應(yīng)用背景、利用所學(xué)的知識(shí)來分析的工程問題，把實(shí)際的工程問題變?yōu)樗鶎W(xué)知識(shí)能夠描述的模型，研究和設(shè)計(jì)解決問題的方法和途徑并最終解決問題。例如在講授RLC串聯(lián)電路電路時(shí)，首先從理論上講解:當(dāng)電路

六 結(jié)語

本文針對(duì)我校應(yīng)用型本科專業(yè)學(xué)生的實(shí)際情況、《電路》課程的特點(diǎn)以及創(chuàng)新型應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面進(jìn)行了改革和探索。實(shí)踐表明教學(xué)改革提高了學(xué)生對(duì)電路課程的學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化了學(xué)生實(shí)際工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，達(dá)到了較好的教學(xué)效果。由于課程教學(xué)改革涉及面廣、技術(shù)性強(qiáng)，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，教學(xué)改革沒有固定的模式，這需要我們不斷地探索、改革和創(chuàng)新教學(xué)方法和手段，培養(yǎng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的創(chuàng)新型應(yīng)用人才。

［1］侯 文，李玉鳳.《電路原理》課程建設(shè)與教學(xué)改革的研究［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2008(2).

［2］邱關(guān)源，羅先覺.電路(第5版)［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［3］曲 韻，田社平.陳洪亮.基于頻率響應(yīng)法的RLC串聯(lián)電路參數(shù)的測(cè)量［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31(3).

［4］劉衛(wèi)國.MATLAB程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用(第二版)［M］.北京:高等教育出版社，2009.

［5］徐振方，孟艷花，王 艷.從電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽看電子信息類專業(yè)的教學(xué)改革［J］.安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2010，27(1).

G642.42

A

1674－5884(2012)07－0053－02

2012－04－26

黃為勇(1963－)，男，江蘇江都人，副教授，博士，主要從事電路與電子技術(shù)的教學(xué)與科研工作。

(責(zé)任編校 朱正余)