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    1. “電路原理”課程教學(xué)的改革與探索

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      “電路原理”課程教學(xué)的改革與探索

        電路原理課程是高等學(xué)校電子與電氣信息類專業(yè)的重要基礎(chǔ)課, 該課程主要內(nèi)容是分析電路中的電磁現(xiàn)象,研究電路的基本規(guī)律和電路的分析方法,課程理論嚴(yán)密、邏輯性強(qiáng),并有廣闊的工程背景。通過本課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生樹立嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)作風(fēng)和理論聯(lián)系實(shí)踐的工程觀點(diǎn),培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力、分析計(jì)算能力和實(shí)踐研究能力。在課程組老師共同努力下,我校電路原理課程在2005 年獲批天津市市級(jí)精品課程。經(jīng)過近十年的精品課程維護(hù)和教學(xué)實(shí)踐,在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)思路、教學(xué)方法等方面展開的教學(xué)改革探索與實(shí)踐, 提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

      “電路原理”課程教學(xué)的改革與探索

        一、教學(xué)內(nèi)容的整合

        電路原理課程主要內(nèi)容涵蓋直流電阻電路、動(dòng)態(tài)電路、正弦穩(wěn)態(tài)電路、非線性電路等方面,其后續(xù)課程有模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、電力電子技術(shù)等,隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,各類新型器件不斷涌現(xiàn),構(gòu)成各種實(shí)際功能電路的要素發(fā)生了重大改變,多端元件和集成電路已經(jīng)成為構(gòu)建實(shí)際功能電路的主角,由此進(jìn)行電路原理課程內(nèi)容的整合勢(shì)在必行。

        第一,突出電路原理課程的基礎(chǔ)地位。電路原理是電類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課,其中所介紹的概念、定理和方法構(gòu)成分析電路的重要基礎(chǔ)。在教學(xué)中,應(yīng)將重要知識(shí)點(diǎn)、重點(diǎn)、難點(diǎn)以及與工程聯(lián)系緊密的內(nèi)容講深講透;對(duì)于理論推導(dǎo)和與后續(xù)課程聯(lián)系不大的內(nèi)容,則少講或布置為自學(xué)內(nèi)容,鼓勵(lì)有興趣做理論研究的學(xué)生自行推導(dǎo)。例如:在講授疊加定理時(shí),將定理的內(nèi)容、應(yīng)用、注意事項(xiàng)、零值電源的處理方法仔細(xì)講解,而定理的推導(dǎo)以及齊性定理等內(nèi)容可布置給學(xué)生自學(xué),這樣既將基礎(chǔ)部分進(jìn)行了充分講解,又使學(xué)生通過對(duì)推論擴(kuò)展部分的自主學(xué)習(xí)對(duì)基礎(chǔ)理論進(jìn)行了應(yīng)用,提高了學(xué)習(xí)質(zhì)量。

        第二,優(yōu)化電路原理課程教學(xué)內(nèi)容,與專業(yè)知識(shí)和應(yīng)用緊密結(jié)合,使電路原理課程能充分發(fā)揮專業(yè)基礎(chǔ)課導(dǎo)引專業(yè)的作用。例如,對(duì)于電氣和自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生,結(jié)合其專業(yè)特點(diǎn),增加正弦穩(wěn)態(tài)電路部分的學(xué)時(shí),減少偏理論的拉普拉斯變換部分的學(xué)時(shí),并且在授課過程中,結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)。例如,在講授三相電路時(shí),通過講解對(duì)稱三相電源是由三相同步發(fā)電機(jī)的三相繞組產(chǎn)生的,介紹三相同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn), 把三相電機(jī)的等效電路引入教學(xué)中, 使學(xué)生把抽象的三相電源概念與實(shí)際電氣器件聯(lián)系起來,拓展了學(xué)生的視野,也為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。根據(jù)電氣信息學(xué)科最新發(fā)展和應(yīng)用情況,介紹專業(yè)發(fā)展趨勢(shì),講授最新的知識(shí)。例如,在講授回轉(zhuǎn)器時(shí),結(jié)合現(xiàn)代電子技術(shù)集成電路的發(fā)展要求,講授回轉(zhuǎn)器的應(yīng)用意義,給出回轉(zhuǎn)器的內(nèi)部電路,將運(yùn)算放大器的應(yīng)用與實(shí)際電路結(jié)合起來, 加深學(xué)生對(duì)電子器件的理解。而對(duì)于電子信息專業(yè)的學(xué)生,加強(qiáng)非正弦穩(wěn)態(tài)電路的學(xué)習(xí),將為其后續(xù)課程信號(hào)與系統(tǒng)、通信原理等課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

        第三,結(jié)合實(shí)際電路進(jìn)行教學(xué),使學(xué)生建立起工程概念。傳統(tǒng)的電路原理課程注重分析理想模型構(gòu)成的電路,學(xué)生缺乏從實(shí)際元件到電路模型的建模觀點(diǎn),理論與實(shí)際脫節(jié)。我們?cè)谥v授電路分析問題時(shí),應(yīng)介紹現(xiàn)代電氣工程領(lǐng)域中廣泛使用的元器件, 讓學(xué)生進(jìn)行電磁過程分析,給出相應(yīng)電路模型,建立工程概念。例如,在進(jìn)行正弦穩(wěn)態(tài)電路分析時(shí), 引入常見的日光燈電路, 介紹電路特點(diǎn),給出鎮(zhèn)流器、燈管的電路模型,再進(jìn)行電路的分析,將抽象的電阻電感電路模型與實(shí)際電路相結(jié)合, 教學(xué)內(nèi)容豐富,學(xué)生在學(xué)完電路課程后,面對(duì)實(shí)際電路可以有效建立模型,進(jìn)行電路分析。

        二、理論教學(xué)方法的改革

        第一,采用啟發(fā)式教學(xué),提高課堂互動(dòng)效應(yīng)。電路原理課程理論性強(qiáng),涉及的計(jì)算和數(shù)學(xué)推導(dǎo)內(nèi)容枯燥,易使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒。因此,在教學(xué)過程中,堅(jiān)持啟發(fā)式教學(xué),采用設(shè)問環(huán)節(jié),針對(duì)知識(shí)點(diǎn)提出問題,鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考,以一個(gè)個(gè)環(huán)環(huán)相扣的問題來推動(dòng)整個(gè)教學(xué)過程,學(xué)生自始至終都伴隨疑問去聽課, 并跟隨教師的思路去尋找答案,逐漸使課程學(xué)習(xí)從講授型向研討型轉(zhuǎn)變,從以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主體的教學(xué)。例如,在講授戴維寧定理時(shí), 首先提出一個(gè)問題:無源兩端網(wǎng)絡(luò)的等效電路模型形式是什么? 學(xué)生根據(jù)之前學(xué)習(xí)的內(nèi)容得出答案,再引導(dǎo)學(xué)生思考含源兩端網(wǎng)絡(luò)的等效電路模型會(huì)是什么形式,由此給出結(jié)論,進(jìn)行推導(dǎo),整個(gè)過程一直伴隨問題進(jìn)行,學(xué)生跟隨老師引導(dǎo)進(jìn)行學(xué)習(xí),激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

        開展課堂討論,活躍學(xué)習(xí)氣氛。例如,在講授并聯(lián)電容提高電路功率因數(shù)問題時(shí),提出是否并聯(lián)電容越大,功率因數(shù)提高得越多的問題,讓學(xué)生進(jìn)行討論,在互動(dòng)過程中,老師發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)所存在的問題,有針對(duì)性地進(jìn)行講解。既發(fā)揮了課堂教學(xué)中教師的主導(dǎo)作用,也培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

        聯(lián)系實(shí)際,貼近生活,舉出事例讓學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)本課程的實(shí)用性。例如,在講授電阻電感電路的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí),列舉開關(guān)斷開時(shí)產(chǎn)生電火花的現(xiàn)象,引導(dǎo)學(xué)生理解瞬態(tài)過程對(duì)電路的影響, 把難于理解的動(dòng)態(tài)電路瞬態(tài)問題與生活實(shí)際聯(lián)系起來,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

        第二,教學(xué)方式和教學(xué)手段的改革。采用傳統(tǒng)板書教學(xué)和現(xiàn)代多媒體教學(xué)結(jié)合的方式。對(duì)于理論教學(xué),利用教學(xué)課件圖文并茂、敘述形象生動(dòng)的特點(diǎn),采用多媒體教學(xué);例題習(xí)題講解采用板書的形式,步驟清晰,有利于學(xué)生接受和理解。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與課堂教學(xué)互為補(bǔ)充,將教學(xué)大綱、授課計(jì)劃、教學(xué)課件、備課筆記、課堂小結(jié)、習(xí)題解答、講解視頻等上傳到教學(xué)網(wǎng)站上,并建立網(wǎng)上在線輔導(dǎo)系統(tǒng),及時(shí)解答學(xué)生的問題,提高了教學(xué)質(zhì)量。

        采用案例教學(xué),在卓越工程師班進(jìn)行教學(xué)改革試點(diǎn)。針對(duì)卓越工程師班的教學(xué)需要,在電路課程的教學(xué)中,增加了電路設(shè)計(jì)內(nèi)容,在講授二階電路響應(yīng)時(shí),布置二階振蕩電路設(shè)計(jì)內(nèi)容,學(xué)生查閱資料,自己思考設(shè)計(jì),并利用仿真軟件Multisim10 將自己設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真, 根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行電路的改進(jìn),直到滿足設(shè)計(jì)要求,再到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際電路的組裝和測(cè)試, 使學(xué)生加深了對(duì)知識(shí)的理解,也將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際電路設(shè)計(jì)中,取得很好的教學(xué)效果。

        三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革

        第一,注重理論和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。電路原理是實(shí)__踐性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課, 結(jié)合現(xiàn)代電工電子領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展方向,有針對(duì)性地設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。例如,濾波電路在工程中的廣泛應(yīng)用, 將濾波電路的設(shè)計(jì)引入到實(shí)驗(yàn)中,既增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)電感、電容元件在不同頻率下的阻抗不同的理解, 又將電子電路的運(yùn)算放大器內(nèi)容加入實(shí)驗(yàn)中,增加了實(shí)驗(yàn)的先進(jìn)性。在教學(xué)安排上將實(shí)驗(yàn)課作為課程內(nèi)環(huán)節(jié),理論課和實(shí)驗(yàn)課同步進(jìn)行,使理論聯(lián)系實(shí)際更加密切。學(xué)生在完成理論部分學(xué)習(xí)后,進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作,學(xué)然后知不足,知不足后能自省,再有針對(duì)地進(jìn)行理論學(xué)習(xí),形成理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合的正反饋效應(yīng)。

        第二,計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際電路實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室使用Multisim10 電路仿真軟件, 建立仿真教學(xué)平臺(tái)和與之相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作平臺(tái), 改革傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。指導(dǎo)學(xué)生擬定實(shí)驗(yàn)中要解決的問題, 利用虛擬元件、虛擬儀器做仿真實(shí)驗(yàn)。所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都采用學(xué)生先在仿真實(shí)驗(yàn)室對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行軟件仿真, 然后到相關(guān)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際電路操作的驗(yàn)證方法。另外,由于虛擬實(shí)驗(yàn)使用的元器件及儀表儀器齊全、功能多,便于開設(shè)復(fù)雜性、綜合性實(shí)驗(yàn),可打破實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺乏帶來的局限,又可解決課堂上未能解決的問題, 這對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到了很好的互補(bǔ)作用。

        將實(shí)驗(yàn)的電子講義、教案、多媒體講稿、動(dòng)畫演示和思考題等全部傳上網(wǎng),供學(xué)生學(xué)習(xí)和預(yù)習(xí),方便學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室之外進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究,提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。利用錄制好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻,在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行播放,學(xué)生既掌握了實(shí)驗(yàn)步驟,又熟悉了要測(cè)量和運(yùn)算的數(shù)據(jù);既增加了學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的信心,也增強(qiáng)了動(dòng)手能力,客觀上又保證了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的完美效果。

        第三,增加綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。將部分驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容穿插到課堂教學(xué)中,作為演示,讓學(xué)生直觀的建立相關(guān)概念。增加綜合型、研究型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,例如,在完成交流電路和回轉(zhuǎn)器電路的學(xué)習(xí)后,要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)電路,首先實(shí)現(xiàn)將電容元件轉(zhuǎn)換為電感元件,然后在利用回轉(zhuǎn)得到的電感與電容元件構(gòu)成諧振電路, 找出諧振點(diǎn),做出相應(yīng)的頻率特性曲線。通過實(shí)驗(yàn),鍛煉學(xué)生的研究開發(fā)能力。

        實(shí)驗(yàn)室老師自主開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目, 鼓勵(lì)學(xué)生將自己的設(shè)計(jì)作品在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)過程中要提出問題,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,與理論課程相呼應(yīng)。此外,可經(jīng)常開展創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽活動(dòng),訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和工程能力,同時(shí),將教師科研成果轉(zhuǎn)化為綜合型、研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,面向全體學(xué)生開放。

        四、結(jié)束語

        通過對(duì)電路課程課堂教學(xué)模式的改革, 促使實(shí)驗(yàn)教學(xué)的綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)和實(shí)踐, 取得了良好的教學(xué)效果,提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。從2005 年至今,學(xué)生電路課程學(xué)習(xí)成績(jī)逐年提高,及格率從2005 年的75%提高到90%以上,并且學(xué)生自己組織電路實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽,大家踴躍參加,興致盎然。此外,學(xué)生積極參加全國及天津市等各項(xiàng)電子電路競(jìng)賽, 并取得了良好的成績(jī)。

        通過課程的改革, 學(xué)生提高了電路課程成績(jī)的同時(shí)也為專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。在對(duì)學(xué)生和專業(yè)課程老師做的問卷調(diào)查中, 該項(xiàng)改革獲得了學(xué)生和老師的好評(píng)。充分利用教學(xué)資源、改進(jìn)教學(xué)方法、提高教學(xué)質(zhì)量是我們高校教師的責(zé)任。在今后的教學(xué)實(shí)踐中,應(yīng)不斷地加以改進(jìn)和完善,讓電路課程教學(xué)與國際接軌,為培養(yǎng)優(yōu)秀的電氣電子信息類人才做出貢獻(xiàn)。

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