引入思政元素的“電路理論”課程教學(xué)探討

陳寧 胡燕瑜 王一軍

［摘 要］ “電路理論”是電氣工程及其自動化等專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，是學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)知識的入門課，具有非常重要的地位。怎樣根據(jù)教育部的要求，挖掘本課程的思政元素，把思想政治教育貫穿人才培養(yǎng)體系是這門課程教師面臨的重要課題。根據(jù)“電路理論”課程的知識體系和特點，提出融入思政元素的課程教學(xué)，同時根據(jù)“電路理論”的基礎(chǔ)地位，找出該課程與其他課程的關(guān)聯(lián)，引出關(guān)聯(lián)課程的思政點，并將其融入教學(xué)實踐，用于塑造大學(xué)生的世界觀、人生觀和價值觀，以期為高校課程教學(xué)改革與實踐提供參考與借鑒。

［關(guān)鍵詞］ 思政元素；教學(xué)改革；教學(xué)實踐

［基金項目］ 2021年度中南大學(xué)課程思政建設(shè)研究項目“大自動化類電類基礎(chǔ)課程‘電路課程思政研究與實踐”（2021KCSZ037）

［作者簡介］ 陳 寧（1970—），女，湖南長沙人，工學(xué)博士，中南大學(xué)自動化學(xué)院教授，主要從事電路理論教育研究；胡燕瑜（1968—），男，湖南安化人，工學(xué)碩士，中南大學(xué)自動化學(xué)院副教授，主要從事電路理論教育研究；王一軍（1963—），男，遼寧臺安人，工學(xué)博士，中南大學(xué)自動化學(xué)院教授，主要從事交通領(lǐng)域信息技術(shù)方向教育研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2023）25-0132-04 ［收稿日期］ 2022-08-23

為了提高高校人才培養(yǎng)質(zhì)量，充分發(fā)揮好課程的育人作用，2020年5月，教育部印發(fā)了《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，要求高校全面推進高校課程思政建設(shè)，把思想政治教育貫穿人才培養(yǎng)體系［1］?！半娐防碚摗闭n程作為一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在眾多工科類學(xué)科中廣泛開設(shè)?！半娐防碚摗闭n程體系嚴(yán)謹(jǐn)、理論性強，是后續(xù)“數(shù)字電子技術(shù)”“模擬電子技術(shù)”“自動控制原理”“數(shù)字信號處理”“傳感器與檢測技術(shù)”和“電力系統(tǒng)”等相關(guān)專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)。如何挖掘“電路理論”中的思政元素，將這門課程的思想政治教育與知識培養(yǎng)體系貫穿、滲透、融合，實現(xiàn)潛移默化、潤物無聲的教學(xué)效果，同時，將相關(guān)的后續(xù)專業(yè)課程做適當(dāng)引入，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，實現(xiàn)學(xué)生能力培養(yǎng)與價值引導(dǎo)的有機統(tǒng)一，成為當(dāng)前“電路理論”課程教師所面臨的重要研究課題。

一、“電路理論”課程的體系分析

“電路理論”課程的主要內(nèi)容是研究電路的模型、電路的基本定律和定理，討論電路的各種分析方法。“電路理論”課程可以分成四個模塊：直流電路、交流電路、過渡過程電路、二端口網(wǎng)絡(luò)與集成電阻電路。直流電路的理論體系和分析方法貫穿整個課程的教學(xué)過程，是中學(xué)物理和大學(xué)物理電學(xué)部分在加入高等數(shù)學(xué)知識的基礎(chǔ)上進行的擴展和深入。交流電路是與生活和工程密切相關(guān)的實用知識體系，其與直流電路的基本原理一脈相承，但三相電路自成體系，采用相量分析法與直流分析手段有根本的區(qū)別。過渡過程電路則是在直流電路和交流電路的基礎(chǔ)上更進一步，討論儲能元件能量變化時電路中相關(guān)電量由一種穩(wěn)態(tài)到另一種穩(wěn)態(tài)的變化規(guī)律。二端口網(wǎng)絡(luò)與集成電阻電路則把復(fù)雜電路簡單化，變成理想化電路模型，將整個電路的知識體系外延［2］。

二、融入思政元素的“電路理論”課程的教學(xué)

將思政元素融入每一門學(xué)科，是課程思政改革的要求，挖掘“電路理論”課程中蘊含的思政元素，融入日常教學(xué)，突出愛國情懷、職業(yè)素養(yǎng)和終身學(xué)習(xí)，是“電路理論”課程的改革目標(biāo)。

（一）引導(dǎo)學(xué)生立志，把科學(xué)探索當(dāng)作一生的追求

直流電路接觸到的第一個重要定理——基爾霍夫定律，是年僅21歲的基爾霍夫讀大學(xué)期間提出的，對解決重大電學(xué)難題起著關(guān)鍵的理論指引作用。他在光譜分析法和基爾霍夫衍射積分方面也做出了重大貢獻。物理學(xué)家高錕說過：“做事固執(zhí)、冥頑不化，可能不是好品質(zhì)，但所有的科學(xué)家都應(yīng)該固執(zhí)己見，一旦認(rèn)準(zhǔn)的路，就要百折不回走到底，撞上南墻也不回頭，否則的話，永遠(yuǎn)不會成功。”有志不在年高，大學(xué)生正值青春年華，潛心專注自己感興趣的研究，并且持之以恒，將來才有機會在自己從事的行業(yè)開拓出一片天地。

（二）國家命運與個人前途休戚相關(guān)，需要團結(jié)努力

國家興亡，匹夫有責(zé)。世界的競爭越來越激烈，競爭的本質(zhì)是科技的競爭，當(dāng)前某些西方國家對我國科技進行全面的圍追堵截，由此可激發(fā)大學(xué)生的使命感、緊迫感，將國家發(fā)展與中華民族偉大復(fù)興的中國夢和實現(xiàn)自我價值相結(jié)合，從而產(chǎn)生勢不可當(dāng)?shù)摹昂狭Α保?］。

疊加原理的學(xué)習(xí)過程充分體現(xiàn)了“人多力齊推山倒，眾人拾柴火焰高”的哲學(xué)道理。電路的疊加原理指出支路的響應(yīng)等于每個獨立源單獨作用時響應(yīng)的代數(shù)和，此物理現(xiàn)象可以類比國家作為一個整體的發(fā)展離不開每個公民貢獻的合力，用以鼓勵大學(xué)生將個人命運與國家發(fā)展緊密結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的奉獻精神和家國情懷。

又如正弦工頻信號，是學(xué)習(xí)交流電路的起點，而目前以G赫茲為頻率的5G通信已經(jīng)深入現(xiàn)實生活和工作中。其中，相控陣?yán)走_(dá)是5G通信重要的組成部分，它們既能發(fā)射雷達(dá)波，又能接收雷達(dá)波信號。一個相控陣?yán)走_(dá)由無數(shù)個小單元的天線組成，每一個陣元都是相對獨立的，如果把機械掃描比喻為“個體戶”，相控陣?yán)走_(dá)就是“合作社”。成千上萬個陣元協(xié)同工作，可以大大提高雷達(dá)波的可靠性和效率。在社會中每個人的作用不同，但為了共同的目標(biāo)，需要協(xié)同和協(xié)作，才能更好地完成社會賦予每個人的任務(wù)，實現(xiàn)個人價值與社會價值的統(tǒng)一。天生我材必有用，做到人盡其才，物盡其用，每個人都應(yīng)該充分發(fā)揮才能，各種事物都應(yīng)該充分發(fā)揮功用。正如我國古典名著《道德經(jīng)》的記載：“善行無轍跡；善言無瑕謫；善數(shù)不用籌策；善閉無關(guān)楗而不可開；善結(jié)無繩約而不可解?！?/p>

（三）堅定制度自信，培養(yǎng)工匠精神

我國電力系統(tǒng)在國際上一直處于領(lǐng)先地位，整體的裝機量和發(fā)電量穩(wěn)居世界第一，特高壓輸電技術(shù)的國際標(biāo)準(zhǔn)就是由我國主導(dǎo)制定的。我國建成了葛洲壩至上?！?00 kv直流線路，實現(xiàn)了華中、華東聯(lián)網(wǎng)超高壓1 000 kv交流傳輸，特高壓電網(wǎng)將東北、西北、南方電網(wǎng)形成互聯(lián)。正是有了這樣強大的基礎(chǔ)設(shè)施和通信網(wǎng)絡(luò)，才能在新冠病毒感染嚴(yán)重的情況下，保證線上課堂的順利展開。我國的華能核電技術(shù)的研發(fā)、北斗三號導(dǎo)航組網(wǎng)的成功、高鐵網(wǎng)的建成，完全能使同學(xué)們堅定制度自信，為自己能成長在這樣的國家深感自豪［4］。

在高頻振蕩電路設(shè)計中，諧振頻率的確定是一個重要的環(huán)節(jié)，不同形狀、大小的波導(dǎo)其截止波數(shù)不同，能夠傳播的波的模式、頻率也不相同。工程項目中會根據(jù)項目需要，設(shè)計波導(dǎo)尺寸。波導(dǎo)尺寸通常較小，在設(shè)計或制造過程中，誤差超過1厘米，就會造成工作頻率和波導(dǎo)模式發(fā)生變化，出現(xiàn)“差之毫厘，謬以千里”的情況。測量、設(shè)計的每個環(huán)節(jié)都要體現(xiàn)嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工匠精神，追求工匠精神對于個人價值和社會價值的實現(xiàn)能發(fā)揮重要作用。

（四）把握當(dāng)今，開拓未來

在對動態(tài)電路進行分析時，要清楚動態(tài)和穩(wěn)態(tài)的概念。神舟飛船在返回地球過程中，進入大氣層后，由于飛船外罩與大氣產(chǎn)生劇烈摩擦，形成局部高溫，產(chǎn)生一段與外界聯(lián)絡(luò)完全中斷的“黑暗”時間，就是一種典型的動態(tài)過程［5］。理解動態(tài)是絕對的、穩(wěn)態(tài)是相對的辯證觀點，即無論直流或者交流，真正的穩(wěn)態(tài)其實是不存在的。就如我們的人生，需要終身學(xué)習(xí)、不斷進步，每實現(xiàn)一個目標(biāo)，就是下一個目標(biāo)的起點。人是發(fā)展的主體，既是發(fā)展的目的又是發(fā)展的動力，需要每個人都自強不息、努力奮斗，以發(fā)展的眼光直面自己的人生。

萬事萬物都有一個發(fā)展的過程，動態(tài)電路分析策略發(fā)展到現(xiàn)在，凝聚了眾多學(xué)者的智慧。動態(tài)電路分析策略主要有經(jīng)典微積分法和拉普拉斯分析方法：經(jīng)典微積分法存在高階微分方程求解困難的問題，借用拉普拉斯變換和反變換，把求解高階微分方程變?yōu)榍蠼獯鷶?shù)方程，這與相量分析法有異曲同工之妙。后續(xù)課程“數(shù)字信號處理”和“計算控制系統(tǒng)”將連續(xù)信號通過Z變換后進行處理，使分析過程大大簡化，這些處理思路考慮的不僅僅是數(shù)學(xué)問題，更加體現(xiàn)了動態(tài)變化的思維。人生的道路不是一帆風(fēng)順的，科學(xué)的道路也不是坦途，“窮則變，變則通”，正如宋代改革家王安石在《游褒禪山記》所述：“夫夷以近，則游者眾；險以遠(yuǎn)，則至者少。而世之奇?zhèn)?、瑰怪，非常之觀，常在于險遠(yuǎn)，而人之所罕至焉，故非有志者不能至也?！?/p>

三、“電路理論”課程外延到其他相關(guān)專業(yè)課程中的思政元素分析

“電路理論”作為基礎(chǔ)課程，理論性強，很多學(xué)生覺得這門課程很難，而且離實際應(yīng)用較遠(yuǎn)，所以缺少學(xué)習(xí)興趣。實際上，“電路理論”中的知識體系與后續(xù)的很多專業(yè)課程密切關(guān)聯(lián)，這些關(guān)聯(lián)知識點也隱藏著不少思政元素，通過挖掘、分析和學(xué)習(xí)，不僅可以提升學(xué)生理論知識的應(yīng)用能力，還能讓學(xué)生感受基礎(chǔ)課和專業(yè)課程的深層次關(guān)聯(lián)。

（一）理想與現(xiàn)實，有舍才有得

關(guān)于電阻的模型，根據(jù)電阻的計算公式，電阻與電導(dǎo)率、導(dǎo)線的長度成正比，與導(dǎo)線的截面積成反比，這是每個學(xué)過“電路理論”課程的同學(xué)都知道的基本知識。在一般的電路中直接忽略導(dǎo)線的電阻，將導(dǎo)線看作理想元件，把它的電阻視為零，這是常見的導(dǎo)線處理方法。但在“傳感器與檢測技術(shù)”的電路設(shè)計中，平衡橋測電阻、應(yīng)變、位移以及熱電偶測量溫度時，必須考慮導(dǎo)線電阻會對測量結(jié)果帶來的嚴(yán)重誤差。同樣，在相關(guān)的多匝線圈構(gòu)成的電感電路中，線圈的電阻也必須考慮。在高精度功率控制系統(tǒng)中，粗電纜的電阻也必須進行分析計算。這些都體現(xiàn)了理論與實際之間存在差異，以及當(dāng)考慮問題的角度不同時，所需考慮的要素也不同?！凹埳系脕斫K覺淺，絕知此事要躬行”，那么如何體現(xiàn)這般道理呢？在“電路理論”課程中，需將理論知識運用到實踐中，如在電熱水器的“防電墻”設(shè)計中，水路經(jīng)過兩個“螺旋形”結(jié)構(gòu)“旋進”“旋出”，實現(xiàn)水路的延長，正是利用了電阻的計算公式；在收音機的接收電路中，計算Q值的時候，必須考慮到線圈自身的電阻，才能達(dá)到理想的設(shè)計效果。

“電路理論”中最基本的概念電阻，可以延伸到眾多專業(yè)學(xué)科的具體應(yīng)用中。可以將“理想”看作電路模型，“現(xiàn)實”則是概念電阻的取舍，即知悉什么時候需要考慮導(dǎo)線的電阻，什么時候可以忽略，充分體現(xiàn)了“理想與現(xiàn)實”“舍與得”的哲理。一方面，想要成功，需要有長遠(yuǎn)的眼光，舍棄當(dāng)前的某些誘惑；另一方面，細(xì)節(jié)決定成敗，需要不斷尋找某些被忽略掉的因素，并找到突破。

（二）“1”和“1”不同，但一個都不能少

在T型電路分析過程中，由每經(jīng)過一級“T”，電流就會縮小到前一級一半的特點，引入數(shù)字電路中不同位置“1”有不同的“權(quán)值”的概念，以此構(gòu)建一個D/A轉(zhuǎn)換電路，實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換。通過電路學(xué)習(xí)，可以認(rèn)識到二進制權(quán)值的意義，為將來“數(shù)字電子技術(shù)”的學(xué)習(xí)做鋪墊。以上淺顯的例子告訴我們，人在社會中的分工不同，起的作用也不同，發(fā)揮自身特長，準(zhǔn)確定位自己，才能找出自身的社會價值。D/A轉(zhuǎn)換電路中的輸出，離不開每個位置“1”的共同作用，需要有大局觀，依靠團隊協(xié)作的力量才能取得成功。擁有這種大格局，才能有“行到水窮處，坐看云起時”的豁達(dá)與坦然［6］。

（三）靈活運用所學(xué)知識，“它”未必是“它”

研究RC過渡過程，可以實現(xiàn)對輸入信號的微分和積分等“硬”處理，RC電路也可以變成低通或高通濾波電路，如果加上采樣開關(guān)，RC電路成了將連續(xù)信號變成離散信號的采樣保持電路。用RC電路，還可以作為555定時器脈沖輸出頻率的控制電路，作為“模擬電子技術(shù)”中正弦信號發(fā)生器的選頻電路。運用仿真分析，可以將脈沖輸出波形分解成不同頻率的正弦波疊加，用示波器觀察方波是不同頻率的正弦信號疊加而成的動態(tài)效應(yīng)。

RC電路看似簡單，應(yīng)用卻千差萬別，測量、設(shè)計的每個環(huán)節(jié)都要認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，分清“它”和“它”的區(qū)別，并把這種認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓そ尘褡鳛楫吷淖非蟆?/p>

（四）設(shè)計負(fù)電阻，開拓新境界，化不可能為可能

在教授運算放大器的基本知識時，通常不需要對運算放大器內(nèi)部的復(fù)雜模型進行講解，僅需要開設(shè)“電路實驗”課程讓學(xué)生用真實的硬件電路直觀地學(xué)習(xí)信號之間的加減等簡單運算關(guān)系，從而激發(fā)學(xué)生做科研和手工小制作的興趣?！澳M電路”“數(shù)字信號處理”中就用到了這些知識點，同時與二端口網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)阻抗變換器進行理論和實踐的關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生增強對“負(fù)電阻”的認(rèn)識。在非線性電路中，電流增加，電壓會減少，也會出現(xiàn)“負(fù)電阻”。

利用這種“負(fù)電阻”的概念，從點到線、從線到面，從不可能到可能，使學(xué)生明白每個學(xué)習(xí)階段就是一個個的階梯，只有夯實基礎(chǔ)才有可能攀登上科學(xué)的高峰。

結(jié)語

在“電路理論”課程中全面引入思政元素，使得該門課程能很好地與后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程實現(xiàn)內(nèi)容上的銜接，課程知識也變得淺顯易懂。思政元素的引入還能促進學(xué)生對核心理念與知識點進行深入探討，在教學(xué)實踐中不斷改進，挖掘新的嵌入點，將思政教育貫穿于整個專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)過程中，探索新的教學(xué)方式，實現(xiàn)全方位育人，滿足新工科要求下應(yīng)用型人才的質(zhì)量要求。在教學(xué)中引入思政元素，將價值引導(dǎo)、知識傳授、能力培養(yǎng)三者有機統(tǒng)一，有助于更新教學(xué)觀念，豐富教學(xué)內(nèi)容，充實教學(xué)方法，給“古典”的教學(xué)手段和內(nèi)容帶來新的氣象。

（課題組成員：陳寧，胡燕瑜，王一軍，李中華，熊莎，陳明義）

參考文獻

［1］教育部關(guān)于印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》的通知：教高〔2020〕3號［A/OL］.（2020-05-28）［2022-07-21］.https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-06/06/content_5517606.htm.

［2］孫娜，王業(yè)琴，張敏，等.新工科背景下電路理論課程思政教學(xué)改革研究［J］.科教導(dǎo)刊-電子版（上旬），2020（9）：197-198.

［3］張健，李煥洲，唐彰國.新工科背景下“電路原理”課程教學(xué)實踐與思考［J］.教育教學(xué)論壇，2020（7）：323-325.

［4］成桂英.推動“課程思政”教學(xué)改革的三個著力點［J］.思想理論教育導(dǎo)刊，2018（9）：67-70.

［5］沈貴鵬.心理學(xué)視域中泛課程思政的特點詮釋［J］.思想理論教育，2018（9）：66-71.

［6］肖香龍，朱珠.“大思政”格局下課程思政的探索與實踐［J］.思想理論教育導(dǎo)刊，2018（10）：133-135.

Abstract： Circuit Theory is an important professional foundation course for electrical engineering and its automation and other majors， and it is an introductory course for students to learn subsequent professional courses， which has a very important status. According to the requirements of the Ministry of Education， how to explore the ideological and political elements of this course and integrate them into the talent training system is an important issue the teachers of this course face. In this paper， according to the knowledge system and characteristics of the circuit theory， a course that integrates ideological and political elements is proposed. At the same time， according to the basic status of circuit theory， the connection between this course and other courses is revealed， and the ideological and political elements points of the connected courses are drawn， which are integrated into the teaching practice and used to shape the world view， life view， and values of college students， thus achieving the significance of learning from and promoting to the society.

Key words： ideological and political elements; teaching reform; teaching practice