北京信息科技大學(xué) 馮清娟
“電路分析基礎(chǔ)”課程的改革與實(shí)踐
北京信息科技大學(xué)馮清娟
本文針對(duì)“電路分析基礎(chǔ)”課程教學(xué)的改革與實(shí)踐,從將Matlab軟件引入電路分析教學(xué);重視Multisim軟件在電路仿真中的應(yīng)用;使微課成為傳統(tǒng)教學(xué)的有益補(bǔ)充;培養(yǎng)電路分析課程中學(xué)生的直覺思維等四方面提出了具體的教學(xué)思路和實(shí)踐內(nèi)容,以期能夠培養(yǎng)出更符合社會(huì)需要的實(shí)用型人才。
電路分析;教學(xué)改革;微課;直覺
“電路分析基礎(chǔ)”課程是我國高校電類專業(yè)的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課,學(xué)生對(duì)該課程掌握的質(zhì)量直接影響后續(xù)電類課程的學(xué)習(xí)。在教學(xué)中,除了傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容與方法之外,還應(yīng)重視Matlab、Mulitim、微課、直覺等教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)形式在該門課程中的應(yīng)用,以培養(yǎng)學(xué)生在電路分析方面的多種能力。
Matlab是美國MathWorks公司推出的,主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中,可為科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)提供諸多方便。將MATLAB引入電路教學(xué)課堂,不僅可以使學(xué)生提前掌握電路分仿真分析方法,還可以為以后從事科研工作開發(fā)打下較好的基礎(chǔ)。
在電路分析教學(xué)中引入Matlab軟件的好處主要體現(xiàn)在以下兩方面:第一,Matlab強(qiáng)大的可視化功有很強(qiáng)的視覺沖擊力,能更生動(dòng)、新穎的實(shí)現(xiàn)電路分析的過程,并可以將計(jì)算或分析結(jié)果做成圖形、動(dòng)畫等多樣表現(xiàn)形式,活躍了課堂氣氛,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,同時(shí)也提高了課堂教學(xué)效率;二是Matlab強(qiáng)大的計(jì)算功能可以使學(xué)生從復(fù)雜數(shù)學(xué)公式求解的痛苦中解脫出來,把主要精力用于對(duì)基本原理或定律及分析方法的理解上。
Multisim是美國國家儀器(NI)公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具,適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式,具有豐富的仿真分析能力。工程師可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖,并對(duì)電路進(jìn)行仿真。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù),工程師或研究人員可以完成從原理圖到仿真再到原型設(shè)計(jì)和測試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。
在電路分析這門課當(dāng)中,有許多內(nèi)容可以借助Multisim軟件來仿真完成。例如,在研究二階動(dòng)態(tài)電路響應(yīng)時(shí),就可以通過Multisim軟件來測量和學(xué)習(xí)二階電路衰減系數(shù)、振蕩頻率的測量,了解電路參數(shù)對(duì)它們的影響。再例如在研究一階動(dòng)態(tài)電路的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)時(shí),在教學(xué)中我們采用的是三要素發(fā)來求解,但三要素法過程比較繁瑣,很多同學(xué)都會(huì)計(jì)算出錯(cuò),從而影響了對(duì)一階電路相應(yīng)的理解,如果借助Multisim軟件,通過仿真的方法,可以輕而易舉地得出相應(yīng)的波形,使學(xué)生對(duì)其有了準(zhǔn)確深入的理解。
“微課”是指教師在課堂內(nèi)外教育教學(xué)過程中圍繞某個(gè)知識(shí)點(diǎn)(重點(diǎn)難點(diǎn)疑點(diǎn))或技能等單一教學(xué)任務(wù)進(jìn)行教學(xué)的一種教學(xué)方式,具有目標(biāo)明確、針對(duì)性強(qiáng)和教學(xué)時(shí)間短的特點(diǎn)?!拔⒄n”的核心組成內(nèi)容是課堂教學(xué)視頻,同時(shí)還包含與該教學(xué)主題相關(guān)的教學(xué)設(shè)計(jì)、素材課件、教學(xué)反思、練習(xí)測試及學(xué)生反饋、教師點(diǎn)評(píng)等輔助性教學(xué)資源,其既有別于傳統(tǒng)單一資源類型的教學(xué)課例、教學(xué)課件、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)反思等教學(xué)資源,又是在其基礎(chǔ)上繼承和發(fā)展起來的一種新型教學(xué)資源。
在電路分析這門課當(dāng)中,有很多相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)非常適合于做成微課的形式,如電路的一般分析方法(節(jié)點(diǎn)法和網(wǎng)孔法)、戴維南定理、相量法與正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析、三相電路等。以戴維南定理的講解為例,可以將這節(jié)微課制作成以下5個(gè)小部分:復(fù)習(xí)提問與引入新課;定理講述及求解方法;例題分析與講解;通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果;自編順口溜加強(qiáng)理解和記憶。利用微課的形式有助于學(xué)生牢固掌握戴維南定理及其解題方法,也培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)探究能力。
直覺是指不以人類意志控制的特殊思維方式,它具有迅捷性、直接性、本能意識(shí)等特征。直覺存在于日常生活,事業(yè)和科學(xué)研究領(lǐng)域。人們?cè)诜治龊吞幚韱栴}時(shí),除采用邏輯思維方式外,往往會(huì)采取一些非邏輯性的思維形式。直覺思維就是一種重要的非邏輯性思維形式。
對(duì)于電路分析這門課程而言,可從如下三個(gè)方面著手培養(yǎng)學(xué)生的直覺思維能力。一是熟練掌握電路分析中的基本概念和分析方法。電路課程的基本概念多,分析方法靈活,必須對(duì)其有深入的理解,才能建立起對(duì)某一問題的直覺分析能力;二是習(xí)慣于總結(jié)電路的分析方法和規(guī)律。例如對(duì)戴維南定理的理解和記憶可以通過順口溜的方法來解決:要想利用戴維南,記住電阻電壓源;線性有源二端網(wǎng),對(duì)外等效串這兩。斷開待求支路點(diǎn),可得開路電壓源。獨(dú)立電源來置零,求解電阻就可行。網(wǎng)絡(luò)若含受控源,就在端口解謎團(tuán);可以加流求電壓,也可加壓求電流;電壓電流來相除,等效電阻就有數(shù)。這種方式便于學(xué)生快速理解、記憶、運(yùn)用戴維南定理。三是加強(qiáng)電路分析的實(shí)踐環(huán)節(jié)。電路分析這門課的工程實(shí)踐性很強(qiáng),正如戴維南定理、回路法、節(jié)點(diǎn)法等核心電路分析方法的最大魅力不在于能夠求解出繁雜的電路題,而在于能夠用其方便地分析各種實(shí)際電路。通過典型或大量的工程實(shí)例幫助學(xué)生加深對(duì)電路基本概念和分析方法的理解,不僅使學(xué)生體會(huì)到解決實(shí)際工程問題的樂趣,也會(huì)建立對(duì)分析實(shí)際工程問題的直覺。
“電路分析基礎(chǔ)”是高校學(xué)生接觸的第一門工程性專業(yè)基礎(chǔ)課,本文從將Matlab軟件引入電路分析教學(xué);重視Multisim軟件在電路仿真中的應(yīng)用;使微課成為傳統(tǒng)教學(xué)的有益補(bǔ)充;培養(yǎng)電路分析課程中學(xué)生的直覺思維等四方面提出了具體的教學(xué)思路和實(shí)踐內(nèi)容,以期在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)培養(yǎng)出基礎(chǔ)扎實(shí)、視野開闊、適合時(shí)代發(fā)展的合格人才。
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課題項(xiàng)目:本文由北京信息科技大學(xué)“促進(jìn)高校內(nèi)涵發(fā)展-教學(xué)改革-電子信息與控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革與提高”(5111624600)支持。