獨立學院“電路”課程教學改革與實踐研究

摘要：首先對“電路”課程的性質及其重要性進行了闡述，結合獨立學院現狀提出改革研究的必要性，然后就教學方法、教學手段及實踐環節等三個方面進行了較為深入的探討，最后談及了教學改革的部分成效和心得體會。

關鍵詞：獨立學院；電路；教學改革

作者簡介：龔偉（1976-），女，湖南益陽人，湖南文理學院物理與電子科學學院，講師；熊振國（1963-），男，湖南常德人，湖南文理學院芙蓉學院，副教授。（湖南 常德 415000）

基金項目：本文系湖南文理學院芙蓉學院教改課題（課題編號：FRjg1223）、湖南文理學院優秀青年項目（項目編號：YXQN201103）研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）23-0060-02

“電路”是電子信息類專業當中最重要的一門專業基礎課，[1]其理論分析嚴謹、內容涉及廣泛、實踐性很強。通過學習該課程，學生可獲得電工技術必要的基本理論、知識和技能，為學習后續有關的專業課程打下良好基礎。結合獨立學院實際狀況[2，3]以及多位專任教師授課經驗，一致認為“電路”作為電類專業學生專業素質形成的核心課程之一，其教學質量直接關系到畢業生的質量，并進一步影響到他們的就業和考研。因此在有限的課時數條件下，既要順利完成教學大綱上的內容講授又要取得較為滿意的教學效果，這使得對“電路”課程教學方法、手段和實踐環節等方面的改革與研究勢在必行。

一、教學方法

湖南文理學院獨立學院生源參差不齊，對知識的理解、接受能力差異較大，學習習慣和思維方式呈現多樣性等特點，這給教學工作帶來了難度，為此需要面對現實，因材實施，尋求認可度高、富有成效且切實可行的教學方法。下面結合教學實踐，以提問和解答相照應的案例形式，探究有關教學方法的一些改革策略和思路。

1.橫向聯系，對比記憶

問題：電阻電路的一般分析方法有多種，當電路規模較大時選哪一種為宜，怎樣記憶？

電阻電路的一般分析方法有支路電流法、網孔電流法、回路電流法和結點電壓法。對于具有n個結點、b條支路的電路，解題時該選哪一種？先鼓勵學生們展開討論，然后教師進行歸納總結：這要視電路的規模來選，對于支路電流法因其以各支路電流作為變量列方程，當電路規模較大時，與支路數相關的方程將隨之增多，故不宜采用?；芈冯娏鞣ㄒ约傧氲幕芈冯娏鳛樽兞浚袑懙莫毩VL方程數較支路電流法少了n-1個方程，可見規模越大后者相對于前者的優勢就越發明顯。此外，回路電流法當中有一個特例那就是網孔電流法，如何加以區別？這將再次考查學生們對于圖論中網孔及回路等概念的認識。對于平面電路而言，一般會優先選擇網孔作為回路來列方程，這樣回路電流法就直接演變成了網孔電流法。但如果是非平面電路，網孔電流法則不再適用，這時選擇的回路就要選用單連支回路或基本回路來分析。相對而言，結點電壓法因只對n-1獨立結點列KCL方程，結點電壓容易選擇且不存在選取獨立回路的問題，故實施較為方便。所以當電路規模較大時，可考慮選擇結點電壓法或回路電流法進行分析。很多學生對于方程的列寫形式不容易記住經常搞混，這里建議將自阻與自導、互阻與互導、回路電流與結點電壓、回路電壓源與結點注入電流源相比照，通過對比加深學生們的正確理解和記憶。在這個環節中可考慮布置兩道綜合題，先由教師帶領學生經歷其中一道題的完整求解過程，然后將學生進行分組，要求每組應用不同的分析方法解答剩下的那道題，看誰做得又快又好，最后展開小組間討論，總結各方法的優缺點和應用心得。通過這樣講練結合的方式，可以讓授課教師第一時間了解學生們對知識的課堂掌握程度；而“教師引領，學生跟進，最后共同總結”的步驟不僅充分調動起學生的積極性和參與性，更有效加深和鞏固了他們對所學內容的理解和記憶。

2.縱向聯系，串聯知識

問題：等效（輸入）電阻的求解方法及應用情況。

譬如：在學習求一端口的等效（輸入）電阻時，對于純電阻電路，通用的方法是應用電阻的串并聯或Y-Δ變換；若含受控源時該如何處理？這時可提問并引導答案——應用“外施電壓源求電流”法或“外施電流源求電壓”法；如果電路中還含有獨立電源該如何處置？（再次設問），這里可以提前將后面章節中的戴維寧定理預先穿插進來，并點出在求包含獨立電源、線性電阻和受控源的一端口的等效（輸入）電阻時，所有的獨立源都要置零，這是第三種方法了，可以進一步提問還有無其他方法并讓學生通過自學或討論的形式找出答案。帶著這一提問，在后面的教學中，學生會接觸到還有一種方法，那就是“開路電壓、短路電流”法，當講授到這一知識點時要指出，應用此法時獨立源不能置零，因為這一方法與前面提到的第三種方法在處理獨立源問題上容易產生混淆，學生容易憑經驗主義辦事，所以需特別強調。

上述談到了知識縱向關聯性的問題，下面講知識用到了哪里，這是將知識串起來的重要步驟。學會了求等效電阻，那么在講到一階動態電路的RC或RL時間常數時，都涵蓋有對R的計算，這里的R不可一味認為是單個電阻，而應把它看成一個等效以后的Req，這時Req的計算要用到前述求一端口等效（輸入）電阻的一系列方法。另外，在求解有源一端口網絡的最大功率傳輸問題時，在尋求負載可獲得最大功率的匹配條件Rl=Req時，Req的計算也需要用上述方法。這樣通過縱向聯系，求解方法不斷拓展最后得到了歸攏，通過“相關性應用”，各知識點被有機串聯起來，學生們不再覺得學習是一個個孤立、靜態的知識點的灌輸。

3.提問式和啟發式相結合

問題：理想變壓器除了變壓、變流的作用外，還有其他作用嗎？若有，則有何實際應用？

眾所周知，在中學階段教師就講授過變壓器既能改變電壓又能改變電流，進入大學學習電路課程，教師還會介紹另一種變法，那就是阻抗變換。阻抗變換在哪些方面有應用？縱觀課本，通過啟發，學生們會逐步聯想到最大功率的傳輸問題。如何從給定的信號源處獲得最大功率？理論上講必須滿足負載Rl與含源一端口網絡的等效輸入電阻Req要相等的條件，即Rl=Req。若實際負載Rl與Req不滿足功率匹配條件，那么有沒有辦法改變這一情形進而獲得最大功率？這時可以巧妙地將變壓器的阻抗變換作用引入進來。

問題：為什么“電容隔直通交，電感隔交通直”？如何加以理解。

在中學階段學生常被教授這樣一句順口溜“電容隔直通交，電感隔交通直”，很多學生進入大學后當再被提及這樣的問題時，往往能背但卻不真正理解。所以有必要提問“為何電感和電容的特性相反”，并啟迪學生在書中找尋相應理論依據。根據阻抗的定義，得到電容的阻抗公式：ZC=1/jωC，當ω=0（即直流）時，ZC=∞，當ω增大時，ZC隨之變小，這反映了電容隔直通交的情形；又據電感阻抗公式：ZL=jωL，當ω=0（即直流）時，ZL=0，當ω增大時，ZL卻隨之增大，這說明電感隔交通直的特性。

結合以上兩個例子，通過提問式和啟發式相結合，學生不僅融會貫通各知識點，而且找到了理論支撐，這樣的環節對于培養學生的知識遷移能力和發散性思維能起到非常積極的效果。

二、教學手段

1.多媒體的引入

PPT電子教案以及Flash動畫等多媒體教學手段[4]的適時運用，將費力又費時的板書內容以色彩豐富的圖形或動畫形式呈現出來，將電路教學中的不可見變為可見，平面變為立體，抽象變為直觀，讓學生的學習從枯燥的背記形式轉換為更為生動和活潑的理解形式。比如：在講解疊加定理時，可以通過線條的明暗來表示各獨立源的作用情況，用不同顏色的標識和參考方向來表示各獨立源單獨作用時所產生的各分響應等。

2.電子類仿真軟件的應用

結合湖南文理學院獨立學院的實際授課現狀，實踐環節普遍是繼理論課之后，經過一段時間才集中開展，這個間隙學生很容易對已學知識產生概念模糊甚至遺忘。而現在在課堂教學過程中適時應用電子類仿真軟件（如：MATLAB、Multisim或LabVIEW虛擬軟件等）進行小規模的設計與仿真實驗，能有效克服長期以來理論教學與實驗不同步的弊端，通過趁熱打鐵讓學生們在課堂上就能身臨其境地感受理論與實踐相結合的應用情況。另外，學生借助于這些軟件可以自行開展一些設計，這樣可對自己將要搭建的實際電路有一個預先的總體認識，而不必受限于實驗時間和場地，不必拘泥于現有的硬件條件。

三、實踐方面

目前，大多數學校傳統實驗的最大弊病就是開設大量僅為教學服務的驗證性實驗，[5]缺乏培養工程應用能力的實驗，這樣的實驗往往停留在照圖連線、裝配及按照實驗講義所給步驟進行測量等方面，不能鍛煉和培養學生解決問題的能力，更談不上對其創新能力的培養。為充分發揮實驗教學在培養學生實踐能力和創新意識方面的作用，推進實驗教學改革、提高實驗教學質量，有必要合理刪減驗證性實驗的數量，適當增設和推廣三性實驗（即：設計性、綜合性和研究創新性）。

設計性實驗是指學生在教師的指導下，根據給定的實驗目的和實驗條件，自己設計實驗方案、確定實驗方法、選擇實驗器材、擬定實驗操作程序，自己加以實現并對實驗結果進行分析處理的實驗。例如：正弦穩態電路中有關功率因數的提高可列入設計性實驗，應用感性負載并聯電容的方法來提高功率因數，通過設計電路研究不同電容值對功率因數的影響。

綜合性實驗是指實驗內容涉及本課程的綜合知識或與本課程相關課程知識（包括運用綜合的實驗方法、實驗手段等），有利于學生知識、能力、素質形成的實驗。例如：可以考慮將數字萬用表等的組裝列入綜合性實驗的范疇。

研究創新性實驗是指學生在教師指導下，在自己的研究領域或教師選定的學科方向，針對某一或某些選定的研究目標所進行的具有研究、探索性質的實驗項目，是學生早期參加科學研究、教學科研早期相結合的一種重要形式。例如：對無源濾波器特性的研究可列入研究創新性實驗，讓學生掌握相應的原理并進行電路設計，通過改變元件參數實測濾波性能，鼓勵學生對實驗結果的不確定性和多樣性做出分析和總結。

四、結束語

經過近幾年對湖南文理學院獨立學院——芙蓉學院2010級-2011級電信專業數百人的教學改革實踐，課堂教學不再是沉悶、乏味的單向講授，而成了生動、有趣的雙向互動過程。近兩年電路實驗教學中“三性”實驗比例已超出實驗總項目的70%以上，有效帶動了學生的學習熱情。另外，我們還開辟了創新實驗室，旨在讓學生的腦子真正從課堂走向課外，從理論走向實踐。結合日常生活的觀察與調研，布置與實際生活、生產密切相關的一些電子產品的小發明和小制作，一方面讓學生在應用知識的同時增進對已學知識的理解和消化；另一方面通過面向生活、生產實際需求，有針對性地學習、應用與設計，不僅開拓了學生的視野，培養了他們發現問題、解決問題的能力，更激發他們的設計靈感和創新意識。

參考方獻：

[1]邱關源.電路[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.

[2]唐向宏.獨立學院實驗教學中心的建設與實踐[J].武漢大學學報（理學版），2012，（S2）.

[3]林雪明.獨立學院大學生就業力的若干思考[J].教育理論與實踐，2012，（24）.

[4]汪杰君，周巧臨.電路分析教學思考[J].陜西師范大學學報，

2008，（S1）.

[5]陳語林.創新型“三性”實驗教學模式的探索與實踐[J].黑龍江高教研究，2005，（1）.

（責任編輯：劉輝）