張 嶺，張 勇，劉金寧，谷志鋒，葉秀羲

（1.軍械工程學(xué)院車輛與電氣工程系，石家莊050003；2.軍械工程學(xué)院軍械技術(shù)研究所，石家莊050000）

通過對軍內(nèi)外院校調(diào)研，國內(nèi)目前在“電路分析”課程教學(xué)中的改革與實踐主要著重于以下幾個方面：

（1）基本知識點講授技巧和方法的推敲[1]；

（2）計算機仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用和研究型教學(xué)實驗[2-3]；

（3）從課程體系間的相互關(guān)聯(lián)入手，把“電路”與“電子技術(shù)”或其他課程以模塊方式組合成一門課程[4]。

按新型軍隊院校體系教學(xué)要求，一方面，“電路分析”課程授課時數(shù)較大幅度被壓縮，而與此同時，電路理論的迅猛發(fā)展導(dǎo)致各專業(yè)對電路知識的需求卻在增大；另一方面，如何處理好電路類課程與現(xiàn)代先進技術(shù)和新方法發(fā)展之間的對接和協(xié)調(diào)也是亟需解決的問題。利用傳統(tǒng)的“電路分析”課程體系，甚至模塊式課程體系無法滿足軍事斗爭轉(zhuǎn)型對人才知識能力、素質(zhì)的要求。

本文提出橫向關(guān)聯(lián)教學(xué)法，靈活運用“教學(xué)出題目，科研做文章，成果進課堂”的教研相長規(guī)律，使教員的施教能力、科研水平自我升級，打造能力復(fù)合、經(jīng)歷復(fù)合、專業(yè)復(fù)合的教學(xué)團隊；使學(xué)員在探究中獲得知識，在學(xué)習(xí)中獲得樂趣，在成功中體會喜悅。

1 橫向關(guān)聯(lián)教學(xué)的概念

從哲學(xué)普遍聯(lián)系的觀點出發(fā)，針對專業(yè)基礎(chǔ)課承擔(dān)著基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間的橋梁紐帶作用特點，教學(xué)內(nèi)容存在系統(tǒng)性、理論性強的基礎(chǔ)課共性，同時還具有實踐性、工程性強的專業(yè)課特征，提出實施橫向關(guān)聯(lián)教學(xué)。

橫向關(guān)聯(lián)教學(xué)指的是：在教學(xué)內(nèi)容上，打破傳統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)置單一獨立的特點，從學(xué)科課程間的關(guān)聯(lián)特性出發(fā)構(gòu)建學(xué)員的知識體系；在教學(xué)方法上，將傳統(tǒng)的注重知識內(nèi)容的順序教學(xué)方式與注重知識關(guān)系的知識結(jié)構(gòu)教學(xué)方式相結(jié)合；在教學(xué)實施上，理論教學(xué)與前繼課程關(guān)聯(lián)培養(yǎng)學(xué)員的思辨能力，工程應(yīng)用與后續(xù)課程關(guān)聯(lián)培養(yǎng)學(xué)員的專業(yè)素養(yǎng)。

教員作為關(guān)聯(lián)教學(xué)的實施者，運用“教學(xué)出題目，科研做文章，成果進課堂”教研相長的基本規(guī)律，施教能力、科研水平得到自我升級；學(xué)員作為關(guān)聯(lián)教學(xué)的參與者，鞏固已學(xué)知識，接觸學(xué)科前沿，培養(yǎng)了靈活運用所學(xué)知識解決問題的能力。

2 橫向關(guān)聯(lián)教學(xué)與教員能力自我升級體系之間的關(guān)系

教員是軍隊院校轉(zhuǎn)型的主體和重要動力，教員的積極參與是實現(xiàn)軍隊院校轉(zhuǎn)型目標的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。從如圖1所示的教與學(xué)涉及的對象關(guān)系可以看出，教員能力的大小是整個關(guān)系網(wǎng)輻射面大小的關(guān)鍵，是承上啟下的中間力量，為此需要教員能力進行自我升級。

教育類型、層次不同，對教員能力素質(zhì)的要求也不盡相同，必須結(jié)合院校訓(xùn)練任務(wù)，有針對性地加強教員教學(xué)能力建設(shè)，打造“能力復(fù)合、經(jīng)歷復(fù)合、專業(yè)復(fù)合”的教員隊伍，從學(xué)和考兩個方面形成一個完整且封閉的教員能力升級體系，該體系運行主要側(cè)重于以下幾個方面：①建立相關(guān)專業(yè)的長效培訓(xùn)機制并落實；②根據(jù)教學(xué)安排進行有針對性的定期學(xué)習(xí)和交流；③通過參加科研項目提高自身認識；④通過參加維修活動豐富自身實踐經(jīng)驗。

該體系有效運行使得“電路教學(xué)組”建設(shè)成為了一支既精基礎(chǔ)，又擅科研的教學(xué)團隊，為橫向關(guān)聯(lián)教學(xué)的實施創(chuàng)造了條件，打下了堅實的基礎(chǔ)。

圖1 教與學(xué)涉及對象關(guān)系Fig.1 Relationship between teaching and studying

3 教學(xué)科研相長在“電路分析”課程橫向關(guān)聯(lián)教學(xué)中的應(yīng)用

隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，“電路分析”課程的教學(xué)內(nèi)容不斷豐富，對教學(xué)的要求也越來越高。教研人員一方面應(yīng)結(jié)合自身實際，提煉“電路分析”課程與本人所授專業(yè)課相關(guān)知識點進行“橫向關(guān)聯(lián)”整合[5]，積極開展科技創(chuàng)新研究，發(fā)表見解獨到的科研學(xué)術(shù)論文，為教學(xué)水平提升積累素材；另一方面要適時地將教學(xué)、科研成果全面反映在“電路分析”課程的教學(xué)內(nèi)容、方法、手段以及實驗技能等方面，對學(xué)術(shù)成果進行教學(xué)實踐，向教學(xué)能力轉(zhuǎn)化，將新理論、新技術(shù)、新方法運用到課堂中去，以弱電專業(yè)（信息處理、集成電路、自動化等）為主來構(gòu)造“電氣工程及其自動化”專業(yè)課程體系。

3.1 設(shè)計式教學(xué)法

設(shè)計式教學(xué)法可以看作是一項以學(xué)習(xí)目標為準則基于項目的活動，教員給學(xué)員提出挑戰(zhàn)任務(wù)發(fā)散學(xué)員思維，將各科知識進行整合，回憶利用已學(xué)的知識，設(shè)計能反映主題的項目，再通過新學(xué)的知識，重新加以修改和設(shè)計，這是一個迭代的過程，學(xué)員能夠獲得用在各個研究領(lǐng)域以及日常生活中的知識和社會技能?！半娐贩治觥闭n程是一門理論課，因此在采用設(shè)計教學(xué)法時一方面要根據(jù)電路課程的特點注重理論知識的應(yīng)用，另一方面要注重與后續(xù)實踐課程整合。

3.2 新型數(shù)控元器件原理及應(yīng)用仿真

隨著集成電路工藝技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路的應(yīng)用已逐步超過模擬電路的應(yīng)用，對數(shù)字電路的基本概念和基本分析方法在“電路分析”課程中應(yīng)有所涉及。以新型數(shù)控電位器、數(shù)控電容器和數(shù)控電感器為例開展與傳統(tǒng)電位器、電容器和電感器的對比教學(xué)，并把教員在此方面取得的創(chuàng)新成果引入課堂，說明其在科學(xué)研究中的應(yīng)用優(yōu)勢，對數(shù)控電位器在可變增益放大器中的應(yīng)用和數(shù)控電感的仿真實現(xiàn)進行設(shè)計式教學(xué)。

3.2.1 新型數(shù)控電位器原理及應(yīng)用仿真

數(shù)字電位器亦稱為數(shù)控可編程電阻器（digital controller potentiometer，DCP）。在“電路分析”課程講授電阻元件基本性質(zhì)的過程中，可以基于Proteus軟件建立的動態(tài)電壓恢復(fù)器同步基準正弦電路[6，7]中的增益調(diào)節(jié)器電阻值做在線調(diào)整與采用固定電阻值時的反饋電壓作對比分析，觀察實時反映電能質(zhì)量的改善情況，使學(xué)員對數(shù)控電阻在改善電能質(zhì)量方面的優(yōu)勢有一個更加直觀、深刻的認識。

針對數(shù)控電位器在可變增益放大器中的應(yīng)用展開設(shè)計式教學(xué)：傳統(tǒng)的反饋電壓信號由機械電位器分壓獲得，不能夠滿足電能質(zhì)量電壓波動和諧波變化的要求。采用數(shù)控方式調(diào)節(jié)電阻值的數(shù)字電位器帶總線接口，可通過單片機或邏輯電路進行編程。實現(xiàn)了“把模擬器件放到總線上”的全新設(shè)計理念。AD5241是帶有IIC總線接口的256位10k，100k，1M數(shù)字電位器，利用8位串行A/D芯片ADC0831設(shè)計單路電壓信號檢測電路，并將電壓檢測結(jié)果轉(zhuǎn)換成8位數(shù)字量，通過數(shù)字量控制電阻阻值的變化，實現(xiàn)了動態(tài)電壓恢復(fù)器同步基準正弦電路中反饋電路的電阻變化實時反應(yīng)電壓變化的要求。實現(xiàn)電路如圖2所示。

圖2 可變增益放大器Fig.2 Variable gain amplifier

3.2.2 新型數(shù)控電感器原理及應(yīng)用仿真

使用高增益集成運算放大器組成回轉(zhuǎn)器，實現(xiàn)從數(shù)控電容[8]到數(shù)控電感的映射，制作數(shù)控電感，原理框圖如圖3所示。

圖3 數(shù)控電感設(shè)計原理框圖Fig.3 Programmable inductor scheme

數(shù)控電感工作原理：將電網(wǎng)電壓的采樣信號輸入到電壓過零檢測電路，當(dāng)檢測到電網(wǎng)電壓過零點時在其輸出端產(chǎn)生高電平，單片機檢測到該高電平信號后開始執(zhí)行定時中斷程序控制數(shù)控電容按照預(yù)設(shè)規(guī)律進行調(diào)整，數(shù)控電容作為回轉(zhuǎn)器負載，回轉(zhuǎn)器將電容映射為電感，電感值跟隨電容值的變化而變化，從而實現(xiàn)了電感值的在線可調(diào)[9]。

引導(dǎo)學(xué)員開展以下幾個方面的思考，設(shè)計數(shù)控電感：

（1）回轉(zhuǎn)器仿真設(shè)計：通過回轉(zhuǎn)器的阻抗逆轉(zhuǎn)特性實現(xiàn)電容到電感的映射；

（2）通過繼電器陣列完成數(shù)控電容值的改變；

（3）數(shù)控電感仿真設(shè)計實現(xiàn)：在以上仿真設(shè)計實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，形成數(shù)控電感電路，并仿真運行，觀察仿真結(jié)果。

數(shù)控電感設(shè)計原理如圖4所示。

圖4 數(shù)控電感設(shè)計原理Fig.4 Programmable inductor schematic diagram

“數(shù)控電感仿真設(shè)計實現(xiàn)”已經(jīng)作為本科學(xué)員的畢業(yè)設(shè)計論文題目，開展研究并獲得了預(yù)期的結(jié)果，被評為該期學(xué)員的優(yōu)秀本科畢業(yè)論文。

3.3 實施效果

將上述教學(xué)方式運用于課堂教學(xué)實踐后，在“電路分析”課程中，學(xué)員普遍反映學(xué)習(xí)興趣提高，知識的綜合運用能力得到了提升，學(xué)習(xí)成績較以往取得了很大進步；據(jù)“數(shù)字電路”課程授課教員反饋，學(xué)員的知識水平和能力較以往有了很大進步，該課程的教學(xué)效率與教學(xué)質(zhì)量有較大提高，教員能抽出更多的學(xué)時用于介紹本領(lǐng)域里出現(xiàn)的新成果、新技術(shù)與新方法。

4 實施情況和效果分析

4.1 實施情況

在“電路分析”課程標準改革上，按新型軍隊院校體系教學(xué)要求，本著“基礎(chǔ)、實用、突出課程體系間的聯(lián)系”的原則，優(yōu)化“電路分析”課程教學(xué)內(nèi)容，提煉該課程與其他專業(yè)課程的橫向關(guān)聯(lián)教學(xué)知識點；在“電路分析”課程教學(xué)內(nèi)容改革上，重點考慮了不同專業(yè)特點與裝備背景，針對其對電路理論知識需求的不同側(cè)重點，展開橫向關(guān)聯(lián)教學(xué)。注重引入后續(xù)專業(yè)知識的技術(shù)特點，并增加基礎(chǔ)理論與實際應(yīng)用的結(jié)合，引入與電路有關(guān)的最新科技進步成果，補充與更新課程內(nèi)容[10，11]；在“電路分析”課程教學(xué)方法改革上，從學(xué)科發(fā)展角度出發(fā)，一改以往單一的教學(xué)模式，遵循愉快教學(xué)的宗旨，針對不同的內(nèi)容和理論綜合采用啟發(fā)式教學(xué)方法、問題式教學(xué)方法和設(shè)計式教學(xué)方法來提高學(xué)員學(xué)習(xí)效果。同時在授課過程中引入了Proteus，PSCAD/EMTDC，Matlab/Simulink等仿真軟件。

2010—2011學(xué)年，課題組成員分別主講了09級電類（電子工程專業(yè)、光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)等）、09級非電類專業(yè)（機械工程及其自動化專業(yè)、彈藥專業(yè)、管理工程專業(yè)、裝備保障指揮專業(yè)等）以及10級電類專業(yè)（電力系統(tǒng)及其自動化、電氣系統(tǒng)及其自動化等）共計20余批次的“電路”課程，在授課過程中，將與“電路分析”教學(xué)橫向關(guān)聯(lián)有關(guān)的課程10余門（“高等數(shù)學(xué)”、“大學(xué)物理”、“信號與系統(tǒng)”、“模擬電子技術(shù)”、“數(shù)字電子技術(shù)”、“電機學(xué)”、“電能質(zhì)量分析”、“內(nèi)燃機電站構(gòu)造”、“電力系統(tǒng)自動化”、“電力系統(tǒng)分析”等）中的橫向關(guān)聯(lián)教學(xué)知識點20多個（動態(tài)電路的時域分析和拉普拉斯變換分析，零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)的概念，網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，頻率響應(yīng)的概念，運算放大器電路，諧振電路，三相電路，功率因數(shù)及提高，無功功率的概念，互感與變壓器電路等）充分應(yīng)用于教學(xué)實踐。

4.2 效果分析

實踐證明，關(guān)聯(lián)教學(xué)有助于學(xué)員靈活運用所學(xué)知識分析、解決問題，有利于教員施教能力、科研水平自我提升。

1）橫向關(guān)聯(lián)教學(xué)在“電路分析”課程教學(xué)中具優(yōu)越性

（1）解決了學(xué)時縮減和需求增大的矛盾。

通過實施橫向關(guān)聯(lián)教學(xué)，學(xué)員做到了觸類旁通、舉一反三，提高了教學(xué)效率，滿足了部隊院校教學(xué)改革形式下“電路分析”課程課時縮減，而電路知識需求增大的要求。

（2）變教給學(xué)員知識為教給學(xué)員方法，提高了學(xué)員創(chuàng)新能力。

實現(xiàn)了從單一傳授知識向綜合能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)變，從重教輕學(xué)向以教員為主導(dǎo)以學(xué)員為主體轉(zhuǎn)變；充分利用計算機技術(shù)為教學(xué)服務(wù)；積極推行了研究型教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)和學(xué)員自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)相結(jié)合等先進的教學(xué)方式。

（3）解決了舊有知識與現(xiàn)代先進技術(shù)和新方法之間的對接和協(xié)調(diào)問題。

引入了“教學(xué)出題目，科研做文章，成果進課堂”的教改新思路，將科研成果引入課堂，反映最新科技動態(tài)，補充與更新了“電路分析”課程內(nèi)容；培養(yǎng)了學(xué)員關(guān)注新技術(shù)的良好習(xí)慣，使學(xué)員在今后工作中具有自我發(fā)展、自我更新的能力，保持積極創(chuàng)新的精神。

2）實施橫向關(guān)聯(lián)教學(xué)，學(xué)員完成三個方面轉(zhuǎn)變

（1）思想上的轉(zhuǎn)變。從過去的“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”，充分發(fā)揮自己的主觀能動性，拓寬知識面；

（2）學(xué)習(xí)方法上的轉(zhuǎn)變。從過去的被動接受教員的知識灌輸、應(yīng)付作業(yè)以及應(yīng)付考試轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)提出問題、分析問題、解決問題的方式和方法；

（3）學(xué)習(xí)目的的轉(zhuǎn)變。從過去應(yīng)付考試掙學(xué)分的目的轉(zhuǎn)變到怎樣更好的掌握真才實學(xué)，怎樣更好的為后續(xù)課程打基礎(chǔ)上來。

3）教員作為橫向關(guān)聯(lián)教學(xué)的實施者，有針對性地選擇學(xué)習(xí)目標，實現(xiàn)了自我充實、自我提高、自我發(fā)展和自我完善。教員的施教能力和科研水平得到了顯著提升，成功打造了一支“能力復(fù)合、經(jīng)歷復(fù)合、專業(yè)復(fù)合”的教員隊伍，實現(xiàn)了教員能力的自我升級。

目前，教研室教員正在以“電路分析”課程的橫向關(guān)聯(lián)教學(xué)研究取得的經(jīng)驗和方法展開研討，并推廣到其他課程中去，積極推廣“教學(xué)出題目，科研做文章，成果進課堂”的教改思路，一方面積極進行教員能力自我升級，另一方面大幅提升教學(xué)授課質(zhì)量，使得學(xué)員學(xué)有所獲，體會學(xué)習(xí)的樂趣。

5 結(jié)語

在“電路分析”課程中實施橫向關(guān)聯(lián)教學(xué)法后，適應(yīng)了新型軍隊院校體系教學(xué)要求，滿足了人才培養(yǎng)的需要，對培養(yǎng)專業(yè)基礎(chǔ)扎實、知識面寬、工程實踐能力強、具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的綜合型科技人才的途徑進行了深入、有效探索，實現(xiàn)了人才培養(yǎng)過程的總體優(yōu)化。

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