電路分析基礎教學改革探索

電路分析基礎教學改革探索電路分析根底教學改革探索

中圖分類號：G642文獻標志碼：A文章編號：1674-9324〔2022〕31-0102-02

電路分析根底課程是我院電類相關專業(yè)的專業(yè)根底課。通過本課程的學習，可以使學生掌握電路的根本概念、根本理論、根本分析辦法以及根本實踐技能，在為后續(xù)根底教學〔如模擬電子技術、數字電子技術、高頻電子電路、信號與系統等〕和專業(yè)教學〔如裝備電氣系統、雷達原理等〕打下根底的同時，著力培養(yǎng)學生科學思維能力、分析計算能力、歸納總結能力、研究創(chuàng)新能力。隨著教學改革的深入，教學時數逐漸減少，如何保證教學質量和教學效果，是教師需要直面的問題。

一、優(yōu)化教學內容，構建知識體系

電路分析根底課程面向我院電類直通車學生開設，這些學生所學專業(yè)門類復雜多樣，在后續(xù)的專業(yè)課中所學的裝備也不同，它們所需的專業(yè)根底知識也就各有不同，側重點也不一樣，因此需要認真分析傳授的內容與專業(yè)需要是否匹配，通過在主要內容上合理地分配學時，加深學生對主要知識點的把握。因此將課程內容模塊化，主要包括：直流線性電路模塊、交流線性電路模塊和非線性電路模塊[1]，每一個模塊又分為假設干小模塊。示例，直流線性電路模塊又分為電路根底模塊、RS電路模塊、RLCS電路模塊；交流線性電路模塊又分為正弦穩(wěn)態(tài)電路模塊、三相電路模塊、非周期電源電路模塊、耦合電路模塊等。在講授時，通過將課程內容的靈活組合，對模塊和知識點進行適當調整，就可適應不同專業(yè)需求。

在教學內容安頓上，按照電路組成元件的種類和數量由簡到繁的原那么，依據電源元件的時域特性和頻域特性，按照先易后難的認知規(guī)律進行講授。示例在講授直流線性電路模塊時，首先講授電路根底模塊，其中主要講授電路中的四類根本元件――電源、電阻、電感、電容的特性和伏安關系，在此根底上，講授單類電路元件的電路分析，然后講授具有兩類電路元件的電路分析〔包括RS電路、RL電路和RC電路〕，再講授具有三類電路元件的電路分析〔包括RLS電路和RCS電路〕，最后講授具有四類電路元件的電路分析〔RLCS電路〕。在講授完直流線性電路模塊后，以其為根底，通過引入Z元件〔阻抗元件〕和S元件〔運算阻抗元件〕，將正弦穩(wěn)態(tài)電路分析和線性電路復頻域分析歸為直流線性電路分析辦法的應用。在講授過程中，要緊緊抓住“兩類約束〞〔即元件約束――元件的伏安關系，拓撲約束――基爾霍夫定律〕在電路分析中的具體運用，讓學生了解電路分析中的許多辦法都是在這兩類約束具體應用的根底上演變而來的，讓學生知道各種分析辦法的來龍去脈，做到不但知其然，而且知其所以然，以加深對各種分析辦法的理解。這樣的教學內容安頓，內容更加簡潔，條理更加清晰，結構更加合理，便于學生對知識的掌握。

二、改良教學辦法，提高教學效果

在電路分析根底課程教學改革過程中，由于課時數減少，如何在較短的時間內使學生掌握知識，提高授課效果，是值得思考的問題。在授課過程中除采用傳統的啟發(fā)式、研討式等傳統教學辦法外，還嘗試采用項目案例式、對比推演式等教學辦法，著力培養(yǎng)學生的項目實踐能力和斂散思維。

1.項目案例式教學培養(yǎng)學生項目實踐能力。項目案例式教學是在教師的指導下，根據教學目的的要求，組織學生通過對案例的閱讀、思考、分析、討論和交流等活動，引導學生把案例與理論相結合，運用所學知識對案例進行分析和探討，從中得出經驗和教訓，從而使學生更深切地理解理論的真諦，訓練學生分析問題和解決問題的實際能力，從而加深他們對根本原理和概念理解[2]。示例在講授最大功率傳輸定理時，可以以晶體管收音機為例進行講解。首先簡單給學生介紹一下收音機電路的組成和工作原理，然后提出“如何才能使得揚聲器發(fā)出的聲音最大？〞這一問題，引導學生思考、討論、相互交流，經過充沛思考、討論之后，將收音機電路中原有的揚聲器去掉，換接幾個不同阻值的揚聲器進行實驗，發(fā)現揚聲器的阻值不同，其發(fā)出的最大聲音也不一樣。接下來繼續(xù)探討問題的成因，將除揚聲器以外的電路看成一個含源二端網絡，將含源二端網絡運用剛才講過的戴維南定理進行等效，通過極值定理的條件，可以得出只有當揚聲器的阻值與戴維南定理的等效電阻相等時，揚聲器上得到的功率最大，聲音也就最響，從而使學生了解最大功率傳輸定理的內容和本質。

2.對比推演式教學辦法培養(yǎng)學生斂散思維。對比推演式教學辦法就是通過與學生已熟悉知識的比照，引出新的教學內容，從而使得學生聽得懂、學得明白[3]。在“電路分析根底〞課程中，很多知識點〔如電路與磁路、直流電路與交流電路、正弦周期電路和非正弦周期電路等〕都可以采用對比推演式教學辦法來講授，使學生將不同知識點對比學習，在已知知識的根底上通過進一步探討，就可以獲得新知識，到達事半功倍的效果。示例，在直流電阻電路中，歐姆定律和基爾霍夫定律是分析電路的根底，通過這兩個定律可以引出支路電流法、節(jié)點電壓法、網孔電流法等分析辦法，因為這些辦法就是這兩個定律的具體應用，只不過是針對于不同的電路拓撲而推導出的相對簡單的解題辦法而已。如果將直流電阻電路中的電源變成正弦交流電，將電阻元件〔R元件〕變?yōu)樽杩乖瞆元件〕，將各物理量變?yōu)橄嗔?，那么正弦交流電路的分析辦法與直流電阻電路的分析辦法相類似，只不過是將歐姆定律、基爾霍夫定律轉化為了相量形式，而支路電流法、節(jié)點電壓法、網孔電流法等分析辦法仍然適用。這樣，在學生具有直流電阻電路相關知識的根底上，只需把正弦交流電的特性、阻抗元件的變換、物理量的相量表示講分明，正弦交流電路的求解也就迎刃而解。

三、完善教學伎倆，培養(yǎng)創(chuàng)新能力電路分析根底課程內容理論性和實踐性都很強，如果只靠課堂講授的方法很難激發(fā)學生的學習興趣，因此需要采用多種教學伎倆，來激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和探索精神。

1.現代化教學激發(fā)學生興趣。在課堂教學中，傳統的教學辦法主要以教師講授根本理論和辦法為重點，尤其對于一些理論性強、與現實生活聯系不緊密的內容，單純采用講授的辦法效果往往不佳。而對于多媒體技術，可以借助動畫、短視頻、微課等多種表現形式輔助講解，從而使學生的注意力、察看力、想象力等智力因素積極參與，提高學習的功效。針對課程內容理論性強的特點，引入MATLAB、EWB等計算機輔助分析與仿真伎倆[4]，使電路理論分析計算與計算機仿真技術有機結合起來，為學生呈現一種更為直觀的電路工作狀態(tài)和結果，將看不見摸不著的理論分析轉化為實際電路，對學生更有說服力，可極大激發(fā)學生的學習興趣，有效提高學習效果。

2.實驗教學培養(yǎng)學生動手能力。針對課程實踐性強的特點，充沛利用線上和線下的資源提高學生的動手能力。線上資源主要依托校園網的網絡教學平臺網上實驗室來進行，線下資源主要依托電工電子實驗中心的開放性根底教學實驗室來完成。在設計實驗時，根據實驗的類型和特點，分為驗證性實驗、綜合性實驗和設計性實驗[5]。驗證性實驗的主要目的是使學生加深對理論知識的理解和掌握，強化根底實驗技能；綜合性實驗的主要目的是使學生綜合運用所學知識來解決實際問題，利用新技術、新辦法拓寬學生思維，提高綜合應用知識的能力；設計性實驗的主要目的是使學生自行設計內容并完成相關實驗，鍛煉學生獨立思考的能力和創(chuàng)新能力。通過實驗分級可以使學生完成知識消化、知識拓展和知識創(chuàng)新的過程。

3.開辟第二課堂培養(yǎng)探索精神。高校第二課堂作為培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和提升綜合素質的重要載體，能有效激發(fā)學生的學習興趣[6]，提高學生獨立研究問題與解決問題的能力，培養(yǎng)學生的探索精神。因此，依托電工電子實驗中心的創(chuàng)新實驗室和相關專業(yè)實驗室，每年組織學生積極加入學院組織的“創(chuàng)新杯〞科技制作競賽活動，在此根底上選擇優(yōu)秀工程加入全國大學生電子設計競賽，一方面可以充沛展示學生的想象力和發(fā)明力，開拓學生的視野，培養(yǎng)學生探索精神，另一方面在增強學生的自學能力、獨立思考能力、團隊合作能力等方面也具有顯著的促