從整體與局部角度進行“電路”課程教學設計的探索

張偉 韓素敏 謝東壘

摘要：“電路”是電氣信息類學科最重要的一門專業基礎課程，對學生的后續專業課程學習起著至關重要的過渡和總領作用。首先從整體與局部角度出發，梳理電路課程主要內容間的關系，并以關系圖的形式展現，便于學生從整體角度掌握各部分內容間的關系。從整體與局部關系常用的分解與合成處理方法入手，提出對電路課程可以進行簡單有趣的教學設計，通過疊加定理和非正弦周期電流電路分析兩部分重要內容具體闡述了設計過程，使難懂的電路分析問題得到清晰而簡化的表達，有助于學生掌握解決問題的方法。初步的教學嘗試表明，若能在教學過程中注重此類文理知識的相通交融，必將使老師和學生受益，獲得良好的教學效果。

關鍵詞：電路課程；教學設計；整體與局部；文理交融

作者簡介：張偉（1978-），女，遼寧鞍山人，河南理工大學電氣工程與自動化學院，副教授；韓素敏（1979-），女，河南洛陽人，河南理工大學電氣工程與自動化學院，副教授。（河南 焦作 454000）

基金項目：本文系河南理工大學教育教學改革項目（項目編號：2012JG024）、河南理工大學電氣學院教育教學改革項目（項目編號：2012DQJG05）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）06-0046-02

整體與部分（局部）是唯物辯證法揭示客觀事物整體和它的組成部分間相互關系的一對哲學范疇。[1]整體是由若干個部分組成，但非機械相加，當整體中各部分以有序、合理、優化的結構形成整體，整體功能大于各個部分功能之和，產生部分所沒有的新的功能和特性，在事物發展中起主要或決定作用。部分是整體的一個方面，一個環節，是體現整體多樣性的內容之一，對整體的發展起一定的影響作用。若用整體與局部的哲學關系分析問題，需要首先從整體上把握事物，立足整體，統籌全局，觀察整體利于看清全局與各部分間的關系；觀察局部可以幫助更好地理解整體，并使其在整體中發揮最大作用。

整體與局部的哲學關系在電路課程中也有所體現，筆者通過教學實踐，從整體與局部的哲學認識角度出發，梳理電路課程主要內容，進行積極有趣的教學設計，幫助學生更好地理解課程中的相關內容，獲得了很好的教學效果。這里僅對改革的主要方面進行闡述，目的是希望使更多的理工科老師能在教學中滲透文科思想及知識，這樣不僅對學生學習課程內容大有裨益，改變枯燥的授課方式，同時對于學生處理問題的思維能力也有所幫助。

一、電路課程主要內容的整體與局部關系

電路理論課程內容一般分為兩個大部分：電路分析和電路綜合，其關系如圖1所示。

現有教材及課程主要涉及電路分析部分，即以實際電路（主要針對集總參數電路）抽象出來的電路模型為研究對象，應用合適的分析方法對給定的電路模型進行分析，通過電路中電壓、電流、功率（能量）等主要變量分析電路工作狀態及運行特性。

由于課程內容中所講的定理、定律、方法眾多，學生在有限的課程學時內對內容的理解不深，在應用時經常在選取何種方法上難做選擇。[2]圖2給出整個課程的內容關系圖（選用教材[3]），在緒論及每章內容之前給學生一個清晰的“位置”呈現。

從整體角度看電路分析的主要內容可理解為“一個中心，三大類分析方法，三種電路類型”。“一個中心”體現了研究對象——集總參數電路必須滿足的兩大約束：整體的拓撲約束關系（即基爾霍夫電壓、電流定律）和局部的支路約束關系（即元件約束VCR）。讓學生明確這個中心是所有求解問題的歸宿點，任何所討論的問題都可以由其得出結論，同時提醒其“萬能”但并非最簡的分析方法。在這個統領中心之下便有課程內容的“三大類分析方法”：等效變換法、系統分析法、電路定理解題。他們是研究工作者經過長期研究得到的這個中心的更為具體的體現。這三大類方法以最簡單的直流電阻電路為例進行說明，但對于另外兩種電路類型，正弦穩態電路和動態電路也是相通的，只需做相應思維擴展。

這樣的一個從整體（課程的核心）到局部（具體內容和方法）的關系由圖形直觀展現，給學生一個較清晰的全局認識，在緒論和每個新章節授課前筆者都會再展示該課程圖，并向學生強調將要學習部分與整體和其他學過部分間的關系，收到了很好的教學效果。下面給出筆者在教學設計中采用的兩個整體與局部思想的較為成功的應用案例。

二、整體與局部關系在課程內容中的體現

1.疊加原理

疊加原理不僅是電路分析中的一種主要分析方法，對于線性問題的分析具有重要的意義，也是人們在處理一大類問題中應用整體與局部、分解與合成思想的成功應用范例。筆者通過一個簡單的引例進行內容的教學設計，如圖3所示首先給出兩個簡單的電阻電路，讓學生給出2歐電阻兩端電壓，如虛線框所示，再給出第三個電路圖，問此時的電壓，學生很容易得出正確結果。

教學設計中要注意關鍵的三點引導工作。引導一，指出若首先給定的電路是復雜的，則處理思路是什么？引導二，這里蘊含著整體與部分的思想，與之對應的處理方式類同于分解與合成的思路。引導三，對于線性電路，這就是疊加定理的基本內容（疊加定理闡述：對于任何線性電路，電路任意處的響應（電壓、電流）是所有激勵源單獨作用下響應的代數相加），疊加后體現了事物的整體特性。

在進行一些特殊問題時要稍做處理，利用這種先感性后理性，文理交融式的教學設計，不僅把內容興趣化，由淺入深地學習了內容，同時對學生的思維引導也是一個積極調動的過程。

2.非正弦周期電流電路分析

非正弦周期電流電路是應用廣泛的一種實用電路，如相關的諧波抑制問題、信號處理問題等都與此相關。本課程中側重于非正弦周期激勵源作用于線性電路時的一類電路分析。多年實踐教學表明，學生對此部分內容掌握經常抓不住要點。通過啟發式的教學引導，主要應用要整體與局部（其處理方式是分解與合成）的思想進行如下教學設計。

第1層引導，請學生們思考所討論的非正弦周期量與周期量的關系，由簡單直觀的一個引例配合說明，如圖4所示。指明分解是為了看清事物中每個單元的特點和作用，合成是為了表示每個單元共同作用后的整體特性。

第2層引導，非正弦周期信號能不能分解成一些正弦量的合成？在滿足狄里赫利條件下（電工中遇到的物理量一般滿足該條件）由傅立葉級數展開處理成式（1）的表達。

（1）

第3層引導，以這樣的函數作為激勵源下的線性電路分析便是課程的非正弦周期電流電路分析。其處理思路如圖5所示。

非正弦周期電流電路分析的處理方法實質依然以疊加原理為核心，也即分解與合成、整體與局部的問題處理思維，只是此時要處理兩種電路類型（直流電阻電路和正弦穩態電路）。有了這樣的感觀認識后，再輔以習題加深體會，同時做特殊強調，學生就可以較輕松地掌握處理問題的要點。

上面僅對電路課程教學中應用整體與局部思想進行教學設計的兩個案例進行說明，若教師能在教學過程中細心分析、聯系，還可以進行一些類似的教學設計，如動態電路的全響應、零狀態和零輸入響應關系等。

三、結論

在教學過程中，老師與學生若想獲得雙贏的良好結果，也要處理好部分與整體的關系。老師在教學過程中要注意抓住學生的整體水平進行教學設計，不能過高過低地評估學生能力，也就是關注了整體性，需要讓大部分學生跟上教學進度，同時也要注意個別學生的反映，通過有效手段調動他們的積極性，實現一個有效的“閉環控制”。

用整體與局部關系的哲學視角對電路課程教學問題進行思考，既對整體與局部關系的認識得以加深，理論聯系實際，又為枯燥的理工科知識注入了利于理解的人文信息，啟迪科研思路和人生。希望本文的獨特視角能提醒理工科的研究工作者在教學和科研工作能滲透人文、哲學的信息，從而可以更好地開展教學科研工作，若能將其用于理工科的教學中，必將有效提高教學質量。

參考文獻：

[1]金觀濤.整體的哲學[M].成都：四川人民出版社，1987.

[2]龔紹文，鄭君里，于歆杰.電路課程的歷史、現狀和前景[J].電氣電子教學學報，2011，33（6）：5-12，40.

[3]邱關源.電路[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.

（責任編輯：王意琴）