張新波

[摘 要]“電路理論”課程是電氣信息類專業(yè)的一門重要的技術基礎課。教學過程中，應加強基礎教學，重視基礎，強調基礎；采用啟發(fā)討論式教學，引導學生思考；強化實踐教學中的綜合設計性實驗，提高學生分析問題和解決問題的綜合能力。通過這些措施，以期提高學生的學習興趣，幫助學生形成科學的思維方式，進而達到提高學生綜合素質的目的。

[關鍵詞]電路理論 基礎教學 啟發(fā)討論式教學 設計性實驗

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）07-0113-02

“電路理論”課程是工科電類各專業(yè)的一門重要的技術基礎課。通過本課程的學習，學生要掌握必要的電路基本理論、分析計算方法和一定的實踐技能，更重要的是要具有分析和解決問題的綜合能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學習打下堅實的基礎。根據(jù)本課程的特點及其在專業(yè)中的地位，筆者結合多年的教學實踐，從以下三個方面著手研究、改革教學方法，取得了較好的效果。

一、加強基礎教學，重視基礎，強調基礎

“電路理論”課程的主要內容包含電路的基本概念、基本理論和電路分析的基本方法，主要是為后續(xù)課程的學習提供必要的理論基礎知識。建構主義理論[2]認為：工科課程的基礎知識代表了前人對客觀世界某一領域的本質和規(guī)律的認識，只有當這些知識在頭腦中建構程度等同甚至超過了前人對相應的客觀規(guī)律的認識深度時，才可能迸發(fā)出新的意識和思想，創(chuàng)新才有可能發(fā)生，所以，一定要重視基礎知識的扎實理解和掌握。

例如，參考方向是電路理論中一個非?；A而又非常重要、在初學時又有點難于理解的概念，在教學過程中一定要做到讓學生深刻理解、自如應用。首先引入一個電壓源串聯(lián)電阻的簡單電路，告訴學生：在這個電路中，電流的流向是可以知道的，因此可用箭頭代表實際電流方向。但是，我們將面臨的分析對象是復雜電路，復雜電路中每條支路的電壓和電流是怎樣的流向，預先是不可能知道的，況且，在交流電路中，電壓與電流的大小、方向是隨時間而變化的，也不可能事先知道、唯一確定。因此，要引入?yún)⒖挤较虻母拍?。然后強調參考方向是任意標注的，參考方向下求出的電壓、電流值都是代數(shù)值，讓學生去除“參考方向標注得對還是錯”的錯誤概念，參考方向的最終目的就是結合代數(shù)值讓我們知道在某個時刻支路電壓和電流的實際大小和方向。

在理解了參考方向的基礎上，強調對關聯(lián)的參考方向的理解。關聯(lián)的參考方向一定要選定某部分電路，進一步要求學生能夠正確應用關聯(lián)和非關聯(lián)參考方向計算功率。 同時，在陸續(xù)學到元件的伏安特性時，要強調元件兩端電壓電流的參考方向關聯(lián)或不關聯(lián)時特性的不同的表達式，進一步理解參考方向可以任意標注，而分析計算得到的實際結論是唯一的。

通過最初的加強，過程中不斷地回應，學生對參考方向就可以達到深刻的理解，得以自如地應用。

又如，直流電路的分析方法是課程重要的基礎。講授的過程中，針對b條支路，n個節(jié)點的電路，每條支路的電壓、電流都作為變量時，需要2b個方程，其構成為：（n-1）個KCL方程，b-（n-1）個KVL方程，b個VCR方程，引入2b法。

強調2b法從拓撲約束和元件約束兩大約束出發(fā)，建立電路的方程，是分析復雜電路的基礎。但是2b法因為未知量個數(shù)太多，聯(lián)立方程數(shù)太多，限制了它的實用性，必須尋求能減少電路方程數(shù)的求解方法。于是引出支路電流（壓）法——1b法，只以支路的電流或電壓作為未知量，其方程構成為：（n-1）個KCL方程，b-（n-1）個KVL方程，強調這并不說明1b法只需要拓撲約束，只是將元件約束方程滲透到拓撲約束中了，兩大約束是分析復雜直流電路的基礎。

在1b法的基礎上再逐步引出節(jié)點電壓法和回路電流法，進一步減少了電路方程數(shù)。要強調：節(jié)點電壓法之所以只需要（n-1）個KCL方程，是因為當用節(jié)點電壓表示各支路電壓時，各回路的支路電壓自動滿足KVL定律。同樣，回路電流法之所以只需要b-（n-1）個KVL方程，是因為用回路電流表示的各支路電流自動滿足節(jié)點的KCL定律。再次強調，分析復雜直流電路的基礎是兩大約束。

二、采用啟發(fā)討論式教學，引導學生思考

為了培養(yǎng)學生的探究、創(chuàng)新精神，必須改變教師灌輸為主、學生處于消極被動狀態(tài)的教學方法，教師在課堂中要善于提出適當?shù)膯栴}，引導學生思考，以突出相關知識點需要強調的內容。

以節(jié)點電壓法的學習為例。在講授完這個內容的理論及相關例題之后，針對一個具體電路，學生大多能夠通過自電導、互電導的構成及相應電源的處理，列出電路的節(jié)點電壓方程組，此時，筆者出示思考題：圖示部分電路，R1構成節(jié)點1和節(jié)點2方程中的自電導和互電導嗎？

學生大都表情茫然。按照節(jié)點電壓法的規(guī)則，自電導的構成是跟節(jié)點相連的所有支路的電導之和，互電導的構成是節(jié)點間公共支路上的電導，但此圖中，R1不構成節(jié)點1和節(jié)點2方程中的自電導，也不構成互電導。通過這個思考題，引導學生不光要記住規(guī)則，還要思考節(jié)點電壓法的本質：節(jié)點電壓法實質是列節(jié)點的KCL方程，自電導和互電導是將各支路電流用節(jié)點電壓表示的過程中出現(xiàn)的系數(shù)，而此圖中，該支路的電流即為電流源的電流值，與節(jié)點1、2的電壓和R1都沒有關系。

引導學生進一步思考：R1的存在及大小對電路有什么影響？學生能夠馬上回答“會改變電流源兩端的電壓大小”。更進一步引導學生思考：將電流源換為受控電流源的話，結論是一樣的嗎？

通過這樣一道思考題，使學生在應用節(jié)點電壓法的常規(guī)規(guī)則解題的同時，對節(jié)點電壓法的本質有更清晰的理解，繼而能夠處理一些特殊電路情形。

正弦交流電路的相量分析法，也是課程的一個重點和難點，對這部分內容，我們可采用提出問題、解決問題的研究型教學模式。

首先，讓學生明白概念：正弦交流電路的穩(wěn)態(tài)響應是與輸入同頻率的正弦量，從數(shù)學上講，就是電路的非齊次微分方程的特解。有了動態(tài)電路分析方法的基礎，提問學生：通過求解電路的非齊次微分方程的特解的方式來求正弦穩(wěn)態(tài)響應，存在什么問題？通過引導，指出兩個問題：（1）需要列電路的微分方程，這對很多復雜電路，是很難很煩的過程；（2）把一個與輸入同頻率還需確定幅值和初相位的正弦函數(shù)代入微分方程求特解的過程，涉及非常繁瑣的三角函數(shù)運算。

然后，引出又一種方法：通過求對應復指數(shù)激勵下的復指數(shù)穩(wěn)態(tài)響應的虛部來求解正弦穩(wěn)態(tài)響應，提問學生：這個方法解決了什么問題，還存在什么問題？結論是該方法把三角函數(shù)的運算轉化為了復數(shù)的簡單的代數(shù)運算，但是，還是需要列電路的微分方程。將該方法繼續(xù)深入，將正弦量用相量表示，并得到元件VCR相量形式的約束及KCL、KVL相量形式的約束，由于元件相量的約束是代數(shù)形式，不再有微分積分，因而就可以以兩大約束為基礎，用復雜直流電阻電路的分析方法求解得到正弦量的各相量，進而得到正弦量，也就是電路的正弦穩(wěn)態(tài)響應。相量法解決了最初方法的兩個問題，是一種非常有效的求解正弦穩(wěn)態(tài)響應的方法。

通過這樣一個循序漸進的過程，使學生不僅會用相量法解題，還能明白為什么要用相量法解題，解決了什么問題，有什么優(yōu)點，等等，有利于培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力和探究精神及科學的思維方法。

三、理論教學和實踐教學緊密結合，強化實踐教學中的綜合設計性實驗

“電路理論”課程還有相應的實驗課程，必須做到理論教學和實踐教學緊密結合，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的工程思想。在理論課講授過程中，必須結合應用實例，讓學生看到本課程的實用性以及本課程與專業(yè)的密切關系。

比如，講授RLC二階電路的動態(tài)響應時，理論的內容比較枯燥，告訴學生，汽車的點火電路就是一個RLC電路，引導學生課后去獲取這個電路的結構、工作原理，有問題與同學、老師一道探究，增加了學生的學習興趣，延伸了課堂教學內容。

同時，針對傳統(tǒng)實驗內容的弊端，對實驗內容進行改革，減少驗證性實驗，增加綜合設計性實驗，在理論知識的基礎上，啟發(fā)學生設計相關的實驗。由教師布置選題，由學生完成電路設計、元件選型、設備選擇、實驗內容設計、數(shù)據(jù)記錄和結果分析等實驗工作。比如：利用集成運放設計構成一種受控源電路的實驗，在加減法電路的基礎上，再利用動態(tài)元件的性質設計構成積分、微分電路的實驗，等等。讓學生在設計和實驗的過程中發(fā)現(xiàn)問題，探究問題，最后解決問題。

通過以上幾種教學方法的聯(lián)合運用，學生對課程的興趣有很大程度的提高，學完后課程基礎更扎實，為后續(xù)專業(yè)課程的學習奠定了基礎。同時，通過課程的學習，提高了學生的質疑精神，增強了他們發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，也大大增加了學生對本專業(yè)的認同度和獲取專業(yè)知識的興趣。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 邱關源，羅先覺.電路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2] 謝逢春.建構主義與工科基礎理論課教學研究[J].高等工程教育研究，2010，（4）：151-155.

[3] 葉國榮，陳達強，吳碧艷.高校本科生教育中研究型教學模式探討[J].中國高教研究，2009，（3）：90-91.

[4] 劉珊中，田葳，王欣勇.《電路》課程教學改革與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2008，（11）：77-78.

[責任編輯：黃春香]