電路課程融合的教學方法研究

謝娜 周井泉 張宇飛

【摘 要】由于教材的分立，教師專業背景的區分，電路系列科目間往往缺乏交叉融合。在電路課程中，應該在一個較高的視角審視各科目之間的融合，融會貫通電路知識整體，才能夯實學生的基礎，從而培養出具有應用能力、創新能力的工程人才。

【關鍵詞】電路；課程融合；應用能力

1.引言

電路課程作為電子信息類的專業基礎課是極其重要的。該課起著承上啟下的作用，上承大學物理學，下啟數電、模電、信號與系統。電路課程可以說是一門將物理基礎理論過渡為工程實踐基礎的核心課程，并由此開啟了工程實踐的大門。

要能夠深入理解電路基本概念，準確把握各方法的應用條件，有必要理解其物理基礎電磁學。電路系列課程之間存在著關聯抽象，如基爾霍夫定律是麥克斯韋方程組在滿足集總參數條件下的簡化；運放電路模塊以及組合邏輯門電路都是對于一般電路的一種抽象提取。所以對于電路應用來說，強調電路基礎課程與模擬電路和數字電路的緊密關聯，可以讓學生明確把握電路的整體脈絡。做到既理解物理基礎，同時掌握實際電路連接原理，把電路知識整體從各個科目之間加以融合，融會貫通才能夯實學生的基礎，從而提高實際應用能力。

麻省理工學院首任校長威廉？羅杰斯提出，培養工程技術人才，僅僅精通技術是不夠充分的，高等教育應該使學生在數學、物理、自然科學、英語和其它現代語言以及心理學和政治學的基礎上，為學生在畢業后能適應任何領域的工作做好準備[1]。被劃分的各個科目本質上是融合的一個科學整體，由于教材的分立，教師專業背景的區分，學科間的交叉融合往往缺乏系統性。所以在電路課程中，應該在一個較高的視角審視各科目之間的融合，從而培養出具有應用能力、創新能力的工程人才。

2.電路課程的理論基礎

諾貝爾物理學獎獲得者丁肇中指出，基礎研究給我們的社會生活帶來了巨大的變化。例如，經典物理的成就帶來了蒸汽機、照相術、電子工程、收音機、電視、飛機等[2]。電子工程的產生來源于經典物理的基礎研究。對于工科學生的培養來說，要熟練運用抽象化、模塊化的基本元件來設計連接電路，這基本類似于調用計算機語言中的庫元件編程的工作。但是不能否認，扎實的理論功底對于準確把握工程實踐條件等起著至關重要的作用。

舉例來說，由麥克斯韋方程組得到基爾霍夫定律需滿足集總參數條件，從而使得麥克斯韋微積分方程簡化為代數方程。一般課本上的集總參數條件描述為，電路器件以及整個實際電路的尺寸遠小于電路最高工作頻率所對應的波長[3]。單從電路教材中對于這一條件的解釋，學生往往不是很清楚，只是死記硬背該條件。而用物理學中電磁波動方程來解釋就會很容易，滿足該條件可以讓整個電路信號的傳輸沒有延時（延時極小可忽略），這時電路各處的電流和電壓才能保持同相位，基爾霍夫定律才成立。如果不滿足該條件，只能用復雜的麥克斯韋電磁場理論去解決實際問題。顯然，在理解物理本質的基礎上分辨集總參數電路和分布參數電路會更加容易。

另外，在動態元件特性、耦合電感同名端、諧振電路等等諸多內容中，都可以通過電磁學的內容深入理解。

3.電路課程的抽象發展

以事物的內在聯系對現象做出統一的科學說明，這就是科學抽象。實際工程實踐中遇到的問題都極其復雜，從復雜的實際問題抽象出具體的理論模型，從而對其進行研究開發以及應用，是理工類學科普遍采取的方法。

比如在計算機、自動控制系統和各種通信系統中廣泛應用的多功能運算放大器，其內部結構是很復雜的，但把它抽象成一個獨立的電路元件后，忽略該元件內部電路的工作情況，只關注其外部特性及其等效電路，這樣就可以模塊化地直接利用運放的工作特性設計電路。再比如MOSFET管很容易構造出一個反相器電路，反相器就可以抽象成一個獨立的電路元件，在此基礎上構造出更多功能的電路。邏輯門電路是實現基本邏輯運算的電子電路組合，這也是對于一般電路的一種抽象數字提取。

部分高校已經開始整合電路系列課程并投入教學實踐，取得了一定成效。“在融合的整體框架中介紹從無源器件到有源器件、從線性到非線性、從直流到交流再到瞬態、從小信號到大信號、從單元電路到功能電路以及從模擬到數字邏輯，從分析到設計，節節深入，步步提高，實現了電路與電子線路概念和知識的融會貫通和理論與工程的密切結合[4]。”

4.結論

電路課程的教學內容大部分時候都比較理論化，往往學生熟練掌握某個知識點后，仍不能將其與實際應用結合，提高自己的應用和應變能力。在相對靜態的教材基礎上，教師在備課過程中應該從融合的整體開始備課，課堂上做到深入淺出，并且不斷充實即時的科技發展訊息，每一個知識點都能聯系現在熱門的技術產品，激發學生對產品進行分析和改進。

參考文獻：

[1] 何振海.美國麻省理工學院教育理念的演進及啟示.紀念教育史研究創刊二十周年論文集（18）——外國高等教育史研究，2009：1712- 1716.

[2] 丁肇中.尋找宇宙中最基本的粒子.百家講壇——物理的挑戰.

[3] 沈元隆，劉陳.電路分析基礎（第三版）[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[4] 王志功，沈永朝，趙鑫泰，徐建.“電路”與“電子線路”兩門課程的貫通教學.電氣電子教學學報，2014.2，36（1）：1- 3.

致謝

本文受南京郵電大學教學改革項目資助，項目號：JG03311J61，JG03314JX05。