汪 玲，鐘洪聲

(電子科技大學(xué) 電子工程學(xué)院，成都 611731)

《電路分析基礎(chǔ)》［1－4］是學(xué)習(xí)電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)大學(xué)生必修的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是電路理論的入門(mén)課程。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握電路的基本理論、分析電路的基本方法，為后續(xù)課程準(zhǔn)備必要的電路知識(shí)。

《電路分析基礎(chǔ)》的教學(xué)內(nèi)容是電磁學(xué)的一部分，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子電路廣泛應(yīng)用，其相關(guān)知識(shí)逐步獨(dú)立形成電工學(xué)。通過(guò)對(duì)電路模型的抽象和提取，建立相對(duì)簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型，有利于學(xué)生快速掌握電路分析的基本方法，作題容易和計(jì)算方便。但是，由于當(dāng)今的大學(xué)生長(zhǎng)期接受數(shù)學(xué)思維模式訓(xùn)練，很少參加工程訓(xùn)練，對(duì)數(shù)學(xué)模型與工程實(shí)際的對(duì)應(yīng)關(guān)系不了解，難以真正理解電路的基本概念，難利用理論知識(shí)解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題。

為此，針對(duì)《電路分析基礎(chǔ)》教程中的基本理論和基本分析方法，本文探討相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的改革，使得學(xué)生在了解基本理論、基本方法的同時(shí)，深入理解基本理論的內(nèi)在涵義;能夠熟練應(yīng)用基本理論分析日常電路現(xiàn)象，并指導(dǎo)有探索意義的電路設(shè)計(jì)。本文所涉及的教學(xué)內(nèi)容改革包括基礎(chǔ)理論教學(xué)內(nèi)容與方式的改革、考核內(nèi)容與形式的改革。

1 教學(xué)內(nèi)容的更新

1.1 課程內(nèi)容延展性教學(xué)

高等教育的目的是要求學(xué)生除了基本能力和素質(zhì)的提升外，還要有專(zhuān)業(yè)知識(shí)的有效獲取:理解知識(shí)的基本概念，掌握基本的分析計(jì)算方法，了解各知識(shí)間的相互關(guān)聯(lián)，并具有一定的推理能力。為此，針對(duì)電路分析基礎(chǔ)的關(guān)鍵理論，在介紹概念的同時(shí)，增加與其他工程概念的相互聯(lián)系或類(lèi)似性介紹。

例如，為增強(qiáng)學(xué)生對(duì)理想電壓源和電流源的概念理解，引入了理想電壓源與重力做功、理想電流源與液壓泵工作原理的類(lèi)比［5］。高中物理力學(xué)中有重力勢(shì)能的概念:物體由于被舉高而具有重力勢(shì)能，當(dāng)物體水平位置發(fā)生改變時(shí)這種勢(shì)能能夠轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。而理想電壓源在電路中具有重力做功類(lèi)似的作用:改變電路中的電勢(shì)能，產(chǎn)生電荷移動(dòng)，并將電壓源中的勢(shì)能轉(zhuǎn)換為電功率。對(duì)于電流源概念的理解，引入液壓泵進(jìn)行類(lèi)比:液壓系統(tǒng)中的液壓泵，利用內(nèi)置機(jī)械系統(tǒng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能，使得液體在儲(chǔ)液箱與液壓系統(tǒng)中來(lái)回泵取，所產(chǎn)生的體積流量為單位時(shí)間通過(guò)流斷面的流體體積，即γ=dq/dt，在概念定義上與電流的定義完全類(lèi)似;同時(shí)，液壓泵一旦選定，其體積流量確定，與外加動(dòng)力系統(tǒng)沒(méi)有關(guān)聯(lián)，理想電流源的特性也完全類(lèi)似。這樣，利用學(xué)生已有的物理知識(shí)和形象類(lèi)比，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)理想電壓源和電流源概念的理解。

1.2 理論與實(shí)踐相結(jié)合教學(xué)

在介紹理想元件基本概念的同時(shí)，也注重概念與實(shí)際工程應(yīng)用的關(guān)聯(lián)與區(qū)別。例如，對(duì)于學(xué)生熟悉的電阻元件，由于高中物理已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)歐姆定律，電路分析基礎(chǔ)課程又再次介紹，學(xué)生聽(tīng)了難免乏味，因此增加在實(shí)際工程應(yīng)用中如何合理選擇電阻元件的內(nèi)容［2］，引入電阻功率比的概念:由已知電阻功率比Pr和電源電壓U，確定實(shí)際工程可選用的最小電阻值R，即U2/R≤Pr，R≥U2/Pr。電阻功率比確定了電阻實(shí)際工作范圍。另外，增加應(yīng)用于諸如扭矩、壓力傳感器的電阻應(yīng)變片知識(shí)介紹，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)電阻的微觀認(rèn)識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手制作、搭建具有個(gè)性的簡(jiǎn)單應(yīng)用電阻電路，這樣既有助于加深學(xué)生對(duì)基本概念的理解，又能提高學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)踐的能力，提高學(xué)習(xí)興趣，開(kāi)發(fā)創(chuàng)新能力。對(duì)于一些常見(jiàn)物理現(xiàn)象如氖燈的閃爍、照相機(jī)閃光燈、汽車(chē)點(diǎn)火［6］，應(yīng)用動(dòng)態(tài)元件基本理論知識(shí)進(jìn)行解答，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象的觀察和基本理論的理解，提高學(xué)習(xí)興趣。

1.3 課程設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)教學(xué)

根據(jù)教學(xué)需要和學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)際進(jìn)展情況，有計(jì)劃、有目的地?cái)M定一些分析和設(shè)計(jì)題目，作為任務(wù)提供給學(xué)生。讓學(xué)生通過(guò)仔細(xì)閱讀教材，查閱各種文獻(xiàn)資料來(lái)解決問(wèn)題。通過(guò)各種電路小制作，因勢(shì)利導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生參加電子科技競(jìng)賽活動(dòng)。

課程設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn):(1)從題目結(jié)構(gòu)形式看，打破了傳統(tǒng)模式，具有開(kāi)放性和探索價(jià)值，富有挑戰(zhàn)性，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng);(2)從解答過(guò)程和解題策略看，具有發(fā)散性、探究性、多樣性、層次性、發(fā)展性和創(chuàng)新性。課程設(shè)計(jì)不再拘泥于運(yùn)用書(shū)中軟件求解復(fù)雜電路或簡(jiǎn)單功能電路的設(shè)計(jì)。鼓勵(lì)教師構(gòu)思布置多樣化的設(shè)計(jì)題目，如電路設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐中現(xiàn)象的分析、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等。學(xué)生可用不同的方式實(shí)現(xiàn)，如原理設(shè)計(jì)、軟件仿真、電路制作;學(xué)生可組隊(duì)完成設(shè)計(jì)題目，也可獨(dú)立完成。其目的是為了提高學(xué)生的興趣，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

2 教學(xué)方式的改革

2.1 啟發(fā)式互動(dòng)教學(xué)法

教學(xué)形式與教學(xué)方法在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中是非常重要的環(huán)節(jié)，對(duì)保證課程的教學(xué)質(zhì)量至關(guān)重要。課程組教師在課程教學(xué)中各顯其能，各有特色，使用的教學(xué)手段也不拘一格，形式不一，從視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、思維和動(dòng)手等多方面充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

充分運(yùn)用學(xué)生已有的基礎(chǔ)，教師引導(dǎo)學(xué)生提出問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的好奇心，擴(kuò)展學(xué)生的思維空間，發(fā)揮聯(lián)想延伸。充分尊重學(xué)生的主體地位，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)精神，形成互動(dòng)式、討論式的教學(xué)方法。在習(xí)題討論課時(shí)運(yùn)用這種教學(xué)方法有上佳的教學(xué)效果。習(xí)題討論課有兩個(gè)目的:一是鞏固復(fù)習(xí)前面所講述的基本概念，綜合運(yùn)用這些概念解決某個(gè)有一定難度的具體問(wèn)題，對(duì)作業(yè)中出現(xiàn)的一些共同問(wèn)題給予反饋;二是在原有的概念上引申(可能超出教材講述的內(nèi)容)值得學(xué)生思考的問(wèn)題。如習(xí)題課時(shí)，提出一個(gè)概念綜合運(yùn)用、有一定難度的問(wèn)題，讓甲同學(xué)講它的求解思路，讓乙同學(xué)再對(duì)甲同學(xué)的求解思路進(jìn)行評(píng)述，其他同學(xué)各抒己見(jiàn)展開(kāi)討論，最后老師點(diǎn)評(píng)，哪位同學(xué)的思路好，好在什么地方，哪位同學(xué)的求解思路是錯(cuò)誤的，錯(cuò)在什么地方，老師再用最好的一種方法作求解示范［7］。經(jīng)過(guò)互動(dòng)討論，同學(xué)的印象深刻，一致反映這種教學(xué)效果好。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)仿真教學(xué)

將現(xiàn)代教育技術(shù)和傳統(tǒng)教學(xué)手段有機(jī)結(jié)合，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)緊密結(jié)合，集中講解環(huán)節(jié)和雙向互動(dòng)環(huán)節(jié)結(jié)合，遵循研究型教學(xué)方法的主體性原則，在教學(xué)過(guò)程中運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)、實(shí)驗(yàn)?zāi)M仿真等手段，不斷深化學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論的理解和提高學(xué)習(xí)興趣［8］。充分利用學(xué)校電子影像中心的設(shè)備和技術(shù)平臺(tái)，將教學(xué)實(shí)驗(yàn)演示通過(guò)攝像頭直接回放到大屏幕上，讓學(xué)生直接觀看實(shí)驗(yàn)演示的細(xì)節(jié)。

對(duì)于有些難以理解的物理現(xiàn)象，利用仿真工具，如課程組教師自主研發(fā)的仿真求解電路軟件、Matlab、PSpice等，在課堂上直接演示概念和物理過(guò)程(如二階電路的三種暫態(tài)響應(yīng)波形)，形象、真實(shí)，深受同學(xué)們歡迎。對(duì)于一些簡(jiǎn)單的工程現(xiàn)象，輔以課堂實(shí)驗(yàn)或錄像，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)工程實(shí)踐的感性認(rèn)識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)分析實(shí)際問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)解說(shuō)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。

3 考核形式的改革

學(xué)生經(jīng)過(guò)一學(xué)期的學(xué)習(xí)，由于存在個(gè)體的差異，對(duì)于知識(shí)的掌握各有不同。學(xué)習(xí)努力的學(xué)生，其知識(shí)和能力會(huì)有較大的提升;而學(xué)習(xí)不用功的學(xué)生，其知識(shí)和能力提升有限。因此，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的測(cè)試是必要的。而傳統(tǒng)的應(yīng)試方式已經(jīng)很難判斷學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解能力。因此，迫切需要對(duì)現(xiàn)有的考試模式進(jìn)行改革，更新考試觀念，改變應(yīng)試教育方法，使得考試真正成為檢驗(yàn)學(xué)生的知識(shí)與技能是否達(dá)到了本門(mén)課程標(biāo)準(zhǔn)的手段，重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的掌握，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備。

鑒于以上分析，由于考試的方式一時(shí)很難改變，我們嘗試對(duì)考試內(nèi)容作一定的變化，重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解能力和對(duì)問(wèn)題的應(yīng)對(duì)方法。

3.1 重知識(shí)的理解

增加概念類(lèi)題目，且與簡(jiǎn)單的計(jì)算題融合。要求學(xué)生在計(jì)算之前，先回答一個(gè)與計(jì)算相關(guān)的概念問(wèn)題，然后再進(jìn)行計(jì)算。閱卷評(píng)分機(jī)制要求，如果僅計(jì)算正確，回答不正確，該題不能得滿(mǎn)分。

例如有原題:“已知電路，求時(shí)間常數(shù)τ”，修改后為:“請(qǐng)問(wèn)什么是一階電路?其時(shí)間常數(shù)如何定義?已知電路，求時(shí)間常數(shù)τ”。

這樣，將概念與應(yīng)用緊密結(jié)合，讓學(xué)生在掌握計(jì)算方法之余，深刻理解其中包含的本質(zhì)涵義，真正掌握基本概念。

3.2 重分析方法的掌握

將計(jì)算過(guò)程與分析過(guò)程融合。要求學(xué)生先對(duì)習(xí)題要求和內(nèi)容分析清楚，然后再進(jìn)行計(jì)算。同樣，閱卷評(píng)分機(jī)制要求，如果僅計(jì)算正確，分析表達(dá)不清楚，該題仍不能得滿(mǎn)分。

例如有原題［9］:“某單口網(wǎng)絡(luò)N，當(dāng)端口接2 W的負(fù)載時(shí)，輸出電壓u0=12 V;若負(fù)載開(kāi)路，則u0=15 V。問(wèn)負(fù)載電阻RL為多少時(shí)，可獲得最大功率?最大功率是多少?

”修改后增加分析內(nèi)容:“線性含源單口網(wǎng)絡(luò)有何特性?如果是非線性含源單口網(wǎng)絡(luò)，是否可以用相同方法獲得等效電路?為什么?”這樣，通過(guò)對(duì)電路特性的分析，加深學(xué)生對(duì)電路基本特性的理解，同時(shí)將概念進(jìn)行延伸，激發(fā)學(xué)生的思考能力和推理能力。

整套試題在計(jì)算量上適當(dāng)降低要求，計(jì)算結(jié)果不正確，只要方法正確，可以得到大部分分?jǐn)?shù)。但如果概念不清晰、問(wèn)題理解不透徹，也很難得到高分。與以往的只要求學(xué)生解析出一個(gè)結(jié)果就可以得到滿(mǎn)分的試題相比，強(qiáng)調(diào)了概念的理解和分析方法的掌握，同時(shí)也促進(jìn)學(xué)生對(duì)應(yīng)試型學(xué)習(xí)方法的改進(jìn)，真正做到學(xué)以致用，提升個(gè)人綜合素質(zhì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

《電路分析基礎(chǔ)》是電子信息類(lèi)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)生的專(zhuān)業(yè)入門(mén)課程，其學(xué)習(xí)的質(zhì)量對(duì)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)有很大的影響。本課程為大一學(xué)生開(kāi)設(shè)，學(xué)生還沒(méi)有完全適應(yīng)大學(xué)學(xué)習(xí)生活，對(duì)電子技術(shù)的認(rèn)識(shí)還處于初級(jí)階段，往往出現(xiàn)學(xué)習(xí)的動(dòng)力不足問(wèn)題。因此，在教學(xué)過(guò)程中，注重基本理論，強(qiáng)調(diào)分析與實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練，引進(jìn)計(jì)算機(jī)分析工具，補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示等措施，以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)方式，更有助于學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生濃厚的興趣，激發(fā)、喚醒學(xué)生的情感以及內(nèi)在的求知欲、好奇心，使學(xué)生主動(dòng)地學(xué)習(xí)知識(shí)，獲得能力。

［1］胡翔駿.電路分析［M］.第2版.北京:高等教育出版社，2007.

［2］H.Hayt William，E.Kemmerly Jack，M.Durbin Steven.Engineering Circuit Analysis［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2002.

［3］李翰蓀.電路分析基礎(chǔ)［M］.第3版.北京:高等教育出版社，1993.

［4］鐘洪聲，崔紅玲.工程電路分析基礎(chǔ)［M］.北京:科學(xué)出版社，2007.

［5］K.Alexander Charles，N.O.Sadiku Matthew.電路基礎(chǔ)［M］.劉亮，倪國(guó)強(qiáng)，譯.北京:電子工業(yè)出版社，2003.

［6］K.Alexander Charles，N.O.Sadiku Matthew.Fundamentals of Electric Circuits［M］.(英文原版).北京:清華大學(xué)出版社，2000.

［7］鐘洪聲.電子信息專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的探索與建設(shè)［J］.云南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2011，33(1):355－357.

［8］鐘洪聲.實(shí)驗(yàn)在電路理論教學(xué)中的重要意義［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào):理學(xué)版，2012，58(2):194－196.

［9］汪玲，鐘洪聲.電子科技大學(xué)二零一零至二零一一學(xué)年第二學(xué)期電路分析期中考試試卷［DB］.2011.