《電路分析》課程的解析和融合

李頌戰(zhàn)+楊艷芹+劉豐+孫運(yùn)周+張珩

摘 要 針對(duì)《電路分析》課程的教學(xué)現(xiàn)狀，分析了目前所存在的問題，對(duì)課程內(nèi)容和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深度的解析，具體的提出了知識(shí)和方法融合的策略。

關(guān)鍵詞 電路分析課程 知識(shí)結(jié)構(gòu)解析 知識(shí)和方法融合

中圖分類號(hào)：TP311.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一切與電相關(guān)的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，都需要電路理論分析作為其技術(shù)的根基。《電路分析》課程尤其是電類專業(yè)本科生接觸到的第一門專業(yè)課，所以該門課程起著引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)的理解以及未來(lái)的發(fā)展起到重要的作用。然而，隨著國(guó)家大力推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)的比重，使得《電路分析》課程的理論教學(xué)課時(shí)減少，但又要保證教學(xué)質(zhì)量不斷提高的情況下，十分有必要對(duì)《電路分析》課程進(jìn)行深度的解析和有機(jī)的融合。

1教學(xué)目標(biāo)和定位

通過《電路分析》的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)扎實(shí)掌握電路的基本概念、定理和經(jīng)典的電路分析方法，并加以正確運(yùn)用和正確分析計(jì)算電路參數(shù)，同時(shí)為后續(xù)課程中涉及的電路知識(shí)的內(nèi)容學(xué)習(xí)做必要的前期準(zhǔn)備。這門課程的本科教學(xué)階段的定位是以電路概念和定律為基礎(chǔ)，結(jié)合電路分析方法，達(dá)到能對(duì)電路模型進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和計(jì)算。

2存在的問題

2.1“三多二雜一少”特點(diǎn)

即課程內(nèi)容多、概念多、定理多、數(shù)學(xué)推導(dǎo)復(fù)雜、分析方法混雜，外加課時(shí)少。電路分析課程的內(nèi)容相對(duì)而言較為成熟和完善，呈現(xiàn)循序漸進(jìn)的知識(shí)梯度延伸。在出現(xiàn)電路分析方法的變換和各大電路定律時(shí)，就略有壓力，復(fù)雜又枯燥的理論推導(dǎo)出現(xiàn)了。然而我們的理論課時(shí)也在教學(xué)改革的大潮中被大幅削減，更對(duì)《電路分析》課程的教學(xué)提出了更大的挑戰(zhàn)。

2.2教學(xué)方法過于單調(diào)

《電路分析》這門課目前主要是以多媒體放映的方式進(jìn)行，這種教學(xué)模式就是老師灌輸知識(shí)給學(xué)生，學(xué)生被動(dòng)地接受知識(shí)，講到哪里，學(xué)到哪里，難以對(duì)這門課有一個(gè)較全面的了解和認(rèn)識(shí)，同時(shí)過于注重具體內(nèi)容。重點(diǎn)和難點(diǎn)不突出，知識(shí)結(jié)構(gòu)混雜，并缺乏應(yīng)用性，導(dǎo)致對(duì)知識(shí)的掌握不牢固，更談不上知識(shí)的應(yīng)用。

2.3理論與實(shí)驗(yàn)課時(shí)比重不合理

國(guó)內(nèi)很多高校的教學(xué)計(jì)劃中理論教學(xué)課時(shí)比較多，實(shí)驗(yàn)課時(shí)往往被忽視——大大低于15%的占比。較多的傾注于理論教學(xué)，忽視了實(shí)踐教學(xué)的重要性，對(duì)于這門課中枯燥而繁雜的理論部分，漸漸對(duì)學(xué)生失去了學(xué)習(xí)的吸引力，學(xué)生也會(huì)迷失了方向、喪失學(xué)習(xí)的動(dòng)力，最后更別談創(chuàng)新型思維和能力的提高與培養(yǎng)了。

2.4跟不上時(shí)代的腳步

在當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)+的時(shí)代，課程的教學(xué)依舊局限于課堂的板書和幻燈片演示對(duì)教科書上內(nèi)容進(jìn)行轉(zhuǎn)述。缺乏功能完善、結(jié)構(gòu)完整、內(nèi)容豐富的網(wǎng)絡(luò)視屏課程和微課平臺(tái)。課程的教學(xué)方法和手段缺少新穎性，激發(fā)不了學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。

3課程內(nèi)容和結(jié)構(gòu)的解析

整個(gè)《電路分析》課程主要分為三個(gè)階段，每個(gè)階段之間是層層遞進(jìn)的關(guān)系。第一階段是電阻電路分析，可以形象地概括為“一個(gè)基本點(diǎn)、兩個(gè)約束、三種方法、四個(gè)定理”。“一個(gè)基本點(diǎn)”是電路的參考方向。“兩個(gè)約束”即是基爾霍夫定律和電路元件的VCR關(guān)系。“三種方法”是分析電路的支路電流法、回路電流法和結(jié)點(diǎn)電壓法。“四個(gè)定理”是疊加定理、替代定理、戴維南定理和諾頓定理。

第二階段是相量法及正弦穩(wěn)態(tài)電路。無(wú)論是在實(shí)際應(yīng)用中還是理論分析中，正弦電路的穩(wěn)態(tài)分析非常重要。相量法是分析正弦穩(wěn)態(tài)電路的便捷方法。用相量法將用來(lái)描述正弦穩(wěn)態(tài)電路的微分方程（或積分方程）轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)代數(shù)方程，能大大的化簡(jiǎn)電路的計(jì)算過程。

第三階段是動(dòng)態(tài)電路的復(fù)頻域分析。對(duì)于一階電路和二階電路，依據(jù)元件的電壓電流關(guān)系（VCR）和基爾霍夫定律（KCL、KVL）列出電路微分方程，再依據(jù)換路定則確定環(huán)路后動(dòng)態(tài)元件的初值，進(jìn)而求解微分方程，用經(jīng)典的微分方程法在求解過程中經(jīng)常遇到困難。拉普拉斯變換法是數(shù)學(xué)上的積分變換方法，其可以把時(shí)域的高階微分方程轉(zhuǎn)換成復(fù)頻域的代數(shù)方程進(jìn)行求解。通過拉氏變換和拉氏反變換方法可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電路的時(shí)域解的求解，如圖1所示。

在具體求解過程中往往采用運(yùn)算電路法分析動(dòng)態(tài)電路的過程。其分析的步驟是：由換路前的電路計(jì)算出uc（0-）、iL（0-），畫出換路后的運(yùn)算電路圖，應(yīng)用電路分析方法建立電路方程，求解電路方程的象函數(shù)，拉普拉斯反變換求解出原函數(shù)（即待求的未知量）。

4方法和知識(shí)的融合

4.1方法融合

4.1.1功能多媒體與課堂教學(xué)相結(jié)合

在課堂授課方式上，將功能多媒體與板書演算教學(xué)相互組合，尤其是在講解例題和習(xí)題的時(shí)候?qū)﹃P(guān)鍵步驟進(jìn)行詳細(xì)分解，可以取得良好的教學(xué)效果。

4.1.2啟發(fā)類比式教學(xué)方法的運(yùn)用

所謂類比式啟發(fā)教學(xué)即是在學(xué)生所學(xué)過的課程基礎(chǔ)上結(jié)合日常生活中的常識(shí)，把課堂中抽象、復(fù)雜的概念和方法進(jìn)行類比和分解，激發(fā)學(xué)生的聯(lián)想思維，加固學(xué)生對(duì)復(fù)雜、抽象知識(shí)點(diǎn)的掌握和理解。

4.1.3網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)

在互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)是必然的趨勢(shì)，是課堂教學(xué)的外延和拓展。建立網(wǎng)上教學(xué)資源為學(xué)生提供課堂之外的自主學(xué)習(xí)平臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源可以涵蓋教學(xué)大綱、重難點(diǎn)剖析、教學(xué)課件、習(xí)題解答等。師生之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互動(dòng)，極大的發(fā)掘?qū)W習(xí)的主觀能動(dòng)性。

4.2知識(shí)融合

將電阻電路的分析方法、兩類約束關(guān)系的基本思想和精髓運(yùn)用到正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析，以及動(dòng)態(tài)電路的復(fù)頻域分析中，最終就發(fā)現(xiàn)任何繁雜的電路都可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的模型或者是若干個(gè)模型的組合。

例如圖2所示電路，要求解電路中的電流響應(yīng)i。

這一道題所涵蓋的知識(shí)點(diǎn)有：動(dòng)態(tài)元件、受控源、電路的換路定則、電路的狀態(tài)變化、以及建立電路方程的方法（回路電流法、結(jié)點(diǎn)電壓法）和求解方法（動(dòng)態(tài)電路微分方程法、相量模型法、運(yùn)算模型法）的選擇。

4.3課程融合

《電路分析》與《信號(hào)與系統(tǒng)》課程進(jìn)行融合：一階電路和二階電路的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)的概念，及動(dòng)態(tài)電路的時(shí)域分析；拉普拉斯變換分析和動(dòng)態(tài)電路的復(fù)頻域分析；以及網(wǎng)絡(luò)函數(shù)、頻率響應(yīng)等概念方面兩門課程的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行一下互補(bǔ)和兼并。

《電路分析》與《模擬電子線路》融合：三極管放大電路、受控源電路、電路諧振的概念和諧振特性、運(yùn)算放大器電路、以及電路頻率響應(yīng)。

《電路分析》與《電力電子技術(shù)》的融合：三相電路的概念、功率的概念、三相電路的分析和功率因數(shù)提高、互感電路與變壓器模型。

參考文獻(xiàn)

[1] 邱關(guān)源，羅先覺.電路[M].北京：高等教育出版社， 2006.

[2] 曹路.Matlab 在《電路分析》課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)， 2012，12（09）：170-172.endprint