教材《電工技術》和《電子技術》的編寫思想

劉 曄,王建華

(西安交通大學電氣工程學院,陜西西安 710049)

0 引言

“電工電子技術”(電工學)課程分為“電工技術”和“電子技術”兩部分,是高等學校工科非電類專業本科生必修的一門重要的技術基礎課程。教材是學生學習之托和教師施教之據,高等學校工科非電類專業優化培養人才的知識結構最終取決于課程設置、課程內容和教材建設的成果,按照轉變教育思想,更新教育觀念,打好基礎和貫徹素質教育的要求,由西安交通大學劉曄主編的《電工技術》教材和由王建華主編的《電子技術》教材,作為普通高等教育“十一五”國家級規劃教材已于2010年3月由電子工業出版社出版。本文簡要介紹該教材的編寫思路和內容特色。

教材是西安交通大學電工電子教學實驗中心在開展國家工科基礎課程電工電子教學基地、國家級電工電子實驗教學示范中心和“電工電子技術(電工學)”國家精品課程建設工作的基礎上,依據教育部制定的工科高?！半姽る娮蛹夹g”課程教學基本要求,為適應高等學校工科非電類專業“電工電子技術”課程改革的需要而編寫的。通過《電工電子技術》課程的學習使學生獲得電工技術和電子技術必要的基本理論、基本知識和基本技能,了解電工技術和電子技術的應用及發展,為學習后續課程以及從事與專業有關的工程技術等工作打下一定的基礎。本文作者作為《電工電子技術》課程的主講教師,又作為《電工技術》教材和《電子技術》教材的編者,組織領導和積極實踐了課程改革全過程。

當今社會正在向知識經濟發展,而知識經濟的核心是人才,人才在于教育與培養。主動適應社會對人才的需要是教育的本質決定的,也是高校人才培養工作的出發點和落腳點,準確把握時代發展的脈搏和特征是教學工作的基本依據。《電工技術》教材和《電子技術》教材建設的指導思想是:堅持西安交通大學“基礎厚、要求嚴、重實踐”的優良傳統,以轉變教育思想和更新教育觀念為先導,加強基礎、銳意創新為理念,課程體系和教學內容改革為主線,學科為依托,建設在教學全過程中體現“研究、實踐、創新”特色的電工電子基礎課程教材。

1 關于《電工技術》教材

《電工技術》教材的封面如圖1所示,其內容包括電路的基本概念和基本定理、電路的分析方法、正弦交流電路、供配電技術基礎、電路的暫態分析、磁路與變壓器、電機、繼電接觸器控制、可編程序控制器、電氣測量共10章內容。基于課程改革要求,教材具有以下特點:

(1)電工技術是研究物質的電磁客觀規律并用于實踐的科學技術。教材體現我校電工電子技術課程教學“?；A、重實踐、少而精”的傳統,教學內容緊扣教學大綱,在介紹基本概念、基本原理、基本分析方法的基礎上加強和突出工程應用,滿足較少學時教學的需要。

(2)整合課程內容,注重系統概念和系統特性的介紹和論述?！半姽る娮蛹夹g”課程的教學時數有限,又要不斷引入新的教學內容,當然存在教學體系中有限課程容量與無限膨脹的課程內容之間的尖銳矛盾。教材在編寫中,從課程內容系統的觀點出發,重視外部特性,重視應用技術;基礎知識的引出“重神輕形”,力求理論形象直觀。

(3)電磁現象的普遍性決定了電氣工程學科與其它學科之間存在著廣泛的、必然的和內在的聯系,電工技術具有基礎性,同時具有極強的交叉性和滲透性。為了滿足不同專業學生利用與電氣工程學科交叉、滲透、融合來促進其本身學科的學習和開拓新學科領域的需要,教材在發展上下工夫,內容涵蓋了電氣工程學科的大多數研究領域。例如:電路與系統、電機與電器、電力系統、供電與用電、測量技術、控制技術等。

(4)力求反映電氣工程學科的新成就和新進展。為了適應電工技術的迅猛發展,課程的教學內容要努力把握學科發展的脈搏和特征,力求反映學科前沿和具有時代特征。教材論述了各種電機的應用領域和發展方向,基于S7-200系列可編程序控制器介紹可編程序控制器的應用方法,引入了PSpice通用電路分析軟件、電力系統中性點的運行方式、光學電流互感器、軟測量技術、虛擬儀器、模糊傳感器等發展和探索性的內容。

2 關于《電子技術》教材

《電子技術》教材的封面如圖2所示,其內容包括半導體器件、基本放大電路、集成運算放大器、電力電子技術、集成邏輯門和組合邏輯電路、集成觸發器和時序邏輯電路、信號的產生和變換電路、數模和模數轉換器、存儲器與可編程邏輯器件共9章內容。基于課程改革要求,教材具有以下特點:

(1)體現我校電工電子技術課程教學“保基礎、重實踐、少而精”的傳統。教學內容緊扣教學大綱,在介紹基本概念、基本原理、基本分析方法的基礎上加強和突出工程應用,滿足較少學時教學的需要。

(2)重視電子器件和集成電路的外特性,通過具有典型意義的分立元件電路介紹電子電路的基本分析方法。

(3)加強對集成電路應用的論述。在模擬電路部分,重點討論了集成運算放大器的分析和應用;在數字電路部分則直接由小規模集成電路入門,重點討論中規模集成電路的應用。

(4)反映電子技術的新技術和發展方向。教材介紹了光電耦合器件、可編程邏輯器件等,將迅速發展的電力電子技術單獨作為一章內容加以闡述,引入了PSpice仿真軟件,便于學生了解電子技術的新發展。

圖1 《電工技術》封面

圖 2 《電子技術》封面

3 兩個模塊電路分析方法的不一致性

“電工電子技術”課程的兩個部分各自自成體系,兩個部分的特點有很大的不同:電路理論模塊理論性強,推導嚴密,一絲不茍;而電子技術模塊更注重采用工程觀點。從而導致了兩個部分電路分析方法的不一致性。教學實踐表明,如果不能充分注意和正確處理這一重要問題,不會取得好的教學效果。

在工程實際中為了分析問題的方便,往往將次要因素忽略掉,而只考慮主要的因素,這樣使得復雜的問題簡單化,提高解決問題的效率,只要所產生的誤差是在允許的范圍內該方法就是可行的,這就是工程上的近似分析方法。在電子技術模塊中,小到元器件,大到復雜電路,它們的分析方法幾乎都離不開近似分析法。例如:三極管發射結導通壓降的規定,放大電路微變等效電路的獲得,負反饋放大電路閉環增益的計算等。

在電路理論模塊的教學中,電路元件如果不加特別強調則是線性的;而在電子技術模塊中的半導體元件本質是非線性的。這要求教師和學生在教、學電路理論和電子技術兩個部分時采用不同的電路分析和處理方法。實際上,元件的線性性質或非線性性質是用伏安特性表示的,而伏安特性是固有的,并不因為與外電路的不同連接方式而改變,把握了這一點將十分有利于問題的分析和解決。

4 結語

《電工電子技術》教材采用“基礎知識(經典內容)–先進技術(提高內容)–應用能力(實用內容)”的體系組織教材。從適應素質教育的需要和培養創新意識、創新精神和創新能力的目標出發進行組織和編寫,緊緊把握專業發展方向,采用富有彈性的模塊式結構,對知識與能力進行有目的地綜合、融合和整合。采用現代媒體與傳統媒體有機結合的教學方法,解決課時少與知識更新快、教學內容多以及學生接觸工程實際相對較少的矛盾,促進課程教學質量的提高。

在教材內容上力求豐富、在結構上力求創新,關注授課對象專業領域的發展趨勢,努力使教材反映時代發展,具有鮮明的時代特征,具有體現現代科技與生產的發展變化和基礎知識相結合的開放性特點。強調理論教學和實驗教材的銜接,使理論知識體系與實踐技能體系有機地結合起來。教材在滿足教學基本要求的前提下,充分總結和反映了西安交通大學在電工電子技術基礎課程教學和教材建設的特色。

[1]劉曄.電工技術(電工學Ⅰ).北京:電子工業出版社,2010

[2]王建華.電子技術(電工學Ⅱ).北京:電子工業出版社,2010

[3]劉曄,唐勝安,甫拉提·阿不力米提,等.計算機、軟件類專業《電路與電子學》課程的建設.電工電子課程報告論壇論文集2007,北京:高等教育出版社,2008

[4]馬西奎,楊拴科,劉曄.銳意改革,不斷創新,建設一流的國家級電工電子實驗教學示范中心.第4屆全國高校電氣工程及其自動化專業教學改革研討會論文集,北京:華北電力大學,2007

[5]劉曄,楊振坤,王建華,李瑞程.彰顯特色,不斷創新,推進《電工電子技術》國家精品課程的建設.第5屆全國高校電氣工程及其自動化專業教學改革研討會論文集,西安:西安交通大學,2008

[6]劉曄,馬西奎,楊拴科.努力推進國家級電工電子實驗教學示范中心的建設和持續發展.高等工程教育研究,2009,增刊:49-52

[7]劉曄,甫拉提·阿不力米提,唐勝安.《電路與電子學基礎》教材的編寫思想.第6屆全國高校電氣工程及其自動化專業教學改革研討會論文集,哈爾濱:黑龍江科技學院,2009