基于譜圖理論的電工電子技術(shù)課程知識(shí)體系構(gòu)建

陳垚 何建強(qiáng)

摘要：電工電子技術(shù)課程教學(xué)中涉及講授的類型較多，這些結(jié)構(gòu)在實(shí)際中的應(yīng)也有所不同，為此結(jié)合功能設(shè)計(jì)需求提出對(duì)教學(xué)內(nèi)容設(shè)置的優(yōu)化方案。文章首先總結(jié)歸納了電工電子技術(shù)構(gòu)件的功能并以此進(jìn)行分類；其次結(jié)合實(shí)際中不同設(shè)計(jì)方案建立電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)譜圖；最后針對(duì)譜圖在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用程度實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)內(nèi)容及知識(shí)的體系化構(gòu)建。以面向電路設(shè)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)而提出的結(jié)構(gòu)譜圖方法將梳理在實(shí)際教學(xué)中電工電子技術(shù)授課的側(cè)重性并有助于指導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程的過(guò)程中積累更多的關(guān)于電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)配置的基礎(chǔ)知識(shí)。

關(guān)鍵詞：電工電子技術(shù)；教學(xué)方法；電路設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)譜圖

現(xiàn)代電路設(shè)計(jì)是功能驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)，在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中存在知識(shí)的流動(dòng)，而基礎(chǔ)的電路結(jié)構(gòu)中的原理知識(shí)多數(shù)來(lái)自對(duì)已有的專業(yè)課程學(xué)習(xí)[1]。已有的研究中對(duì)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置主要是從創(chuàng)新設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐應(yīng)用、實(shí)踐教學(xué)方法改進(jìn)等方面談及的，缺少結(jié)合具體的電路設(shè)計(jì)應(yīng)用這些原理方法及其對(duì)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)作用角度的教學(xué)設(shè)置和知識(shí)體系[2]，為此本文擬提出結(jié)構(gòu)譜圖的電路設(shè)計(jì)方法分析，并以此來(lái)對(duì)電工電子技術(shù)的教學(xué)知識(shí)體系進(jìn)行梳理和歸納，以更好地提高教學(xué)效率和產(chǎn)生好的教學(xué)結(jié)果。

1 結(jié)構(gòu)譜圖的電路設(shè)計(jì)方法

電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖譜必須具備的要素為功能、屬性及關(guān)聯(lián)；其中功能和屬性定義出構(gòu)件在圖譜中的位置，關(guān)聯(lián)則給出了構(gòu)件與構(gòu)件之間的關(guān)系。因?yàn)樵陔娐吩O(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)于構(gòu)件的選擇，最重要的是設(shè)計(jì)者要知道其所能發(fā)揮的功能及其在電路系統(tǒng)內(nèi)的各種特性，才能選擇正確適合的構(gòu)件，而關(guān)聯(lián)則是在組合各構(gòu)件時(shí)的必要關(guān)系，掌握了構(gòu)件間的關(guān)聯(lián)才能正確地組合所有的構(gòu)件，所以在電路設(shè)計(jì)圖譜之中，必須明確地將此3種性質(zhì)表現(xiàn)出來(lái)，以幫助設(shè)計(jì)者獲得所需要的信息。

電路結(jié)構(gòu)圖譜的設(shè)計(jì)方法核心為構(gòu)建該譜圖（見(jiàn)圖1），其步驟如下。

1.1 決定構(gòu)件分類

為了將具體的電路構(gòu)件抽象化以表現(xiàn)在電路設(shè)計(jì)圖譜上，以取代繁多的電路構(gòu)件，需要先決定電路構(gòu)件的類別。決定類別的方式，需考慮在概念設(shè)計(jì)時(shí)間，對(duì)建立功能結(jié)構(gòu)的需求，因此需要以功能作為構(gòu)件的類別，將電路構(gòu)件依功能分類，把同樣功能的構(gòu)件集合在一起，以一個(gè)功能類別來(lái)代表。

1.2 選擇構(gòu)件屬性

在被歸類到同樣功能的構(gòu)件中，由于其使用的工作場(chǎng)合不同，仍存在一些差異，為此為了讓設(shè)計(jì)者辨別，也為了提供設(shè)計(jì)者在使用此類構(gòu)件時(shí)，需要被考慮的項(xiàng)目，所以必須依照此類構(gòu)件的特性與設(shè)計(jì)參數(shù)，定義出屬于這一功能類別構(gòu)件的屬性，不同功能類別的構(gòu)件就具備不同的屬性。

1.3 分析構(gòu)件關(guān)聯(lián)

電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電路設(shè)計(jì)圖譜不只是一堆構(gòu)件的集合，更具有構(gòu)件之間的關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)是將結(jié)構(gòu)的形式外顯的重要因素。在建立構(gòu)件的功能類別與屬性之后，便要對(duì)既有的電路系統(tǒng)做關(guān)聯(lián)的分析，尋找存在電路系統(tǒng)中普遍性的構(gòu)件關(guān)聯(lián)。電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)發(fā)展至今，大部分電路構(gòu)件已相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定而完整，構(gòu)件的種類與組合也趨于穩(wěn)定，只要分析足夠的電路系統(tǒng)，可以找出大多數(shù)構(gòu)件關(guān)聯(lián)的形式。

1.4 排列類別位置

為了讓電路設(shè)計(jì)圖譜能清楚地表現(xiàn)構(gòu)件的功能類別與關(guān)聯(lián)，類別與關(guān)聯(lián)必須經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)呐帕校寖烧呖梢郧宄乇憩F(xiàn)在二維的平面上，構(gòu)成能簡(jiǎn)單使用的電路設(shè)計(jì)圖譜。從之前的關(guān)聯(lián)分析可以知道哪些功能類別的構(gòu)件之間具有較高的相關(guān)性。

根據(jù)以上4個(gè)步驟，完成由功能類別圖標(biāo)組成的電路設(shè)計(jì)圖譜，將組件以抽象化的功能類別代表，并且保存熟練設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，這樣有利于兼顧設(shè)計(jì)的普遍性與指導(dǎo)設(shè)計(jì)的實(shí)用性。

本文中為便于設(shè)計(jì)者從概念設(shè)計(jì)時(shí)間就能運(yùn)用電路設(shè)計(jì)圖譜，基于電路結(jié)構(gòu)圖譜的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)所用圖譜由兩個(gè)部分組成，第一部分是“功能類別關(guān)聯(lián)圖”，第二部分則包含了“功能類別構(gòu)件與屬性表”和“同功能構(gòu)件屬性比較表”。而設(shè)計(jì)者則可利用圖譜以及其中的數(shù)據(jù)建立設(shè)計(jì)工作所需要的“需求功能打樣圖”及“需求構(gòu)件打樣圖”。

圖1就是電路設(shè)計(jì)圖譜建立與應(yīng)用程序，圖中可以看出各階段所產(chǎn)生的圖示，以及設(shè)計(jì)者在任一階段應(yīng)該采取的執(zhí)行步驟。對(duì)于結(jié)構(gòu)圖譜的構(gòu)造首先需要對(duì)構(gòu)件的功能分解要合理準(zhǔn)確，為此首先完成對(duì)構(gòu)件的分類。

2 電工電子技術(shù)功能構(gòu)件分類

本文提出的電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖譜中對(duì)構(gòu)件的分類原則為：標(biāo)題所示的是主功能類別，而次一級(jí)的標(biāo)題則是次功能類別。總結(jié)電工電子技術(shù)構(gòu)建將其分為如下幾類。

如表1所示，其英文名稱是一般常用的名詞，而主功能類別的代碼是取英文名稱之第一個(gè)字母的大寫來(lái)表示，次功能類別的代碼是以小寫的字母，并加上其主功能類別的大寫字母代碼而成。

3 功能構(gòu)件屬性分析及其標(biāo)準(zhǔn)化

在確定各功能類別中的構(gòu)件之后，在同功能的構(gòu)件之間，必定存在著不同的特性，本研究將其定為構(gòu)件的“屬性”，并以屬性將功能構(gòu)件再進(jìn)一步的細(xì)分。屬性代表了此類構(gòu)件在選用時(shí)，設(shè)計(jì)者對(duì)其性能的要求，因?yàn)樵O(shè)計(jì)者無(wú)法直接從功能上決定選用的構(gòu)件，所以需要由其他性能上的不同來(lái)選擇，屬性的產(chǎn)生就是為了提供設(shè)計(jì)者選擇構(gòu)件時(shí)的參考依據(jù)。至于各功能構(gòu)件的屬性如何決定，就要視其使用的場(chǎng)合與特殊的需求，以下各功能類別的屬性是參考丁鎮(zhèn)生主編的《電子電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)》后決定的，這些屬性在電路設(shè)計(jì)手冊(cè)中大多有相關(guān)的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)以提供比較時(shí)的依據(jù)。

在進(jìn)行屬性比較之前，部分的功能類別中的構(gòu)件需要再加以細(xì)分，因?yàn)樵谑褂眠@些類別的構(gòu)件時(shí)，某一個(gè)特別重要的屬性必定會(huì)優(yōu)先被考慮，所以必須依據(jù)此重要屬性將構(gòu)件先行細(xì)分。由于要進(jìn)行屬性比較的構(gòu)件是表1所列出的范圍，每一個(gè)屬性根據(jù)二元對(duì)立的概念，一定有兩極的狀態(tài)。

進(jìn)行所有組件之各種屬性的比較后，將所得的結(jié)果列成“同功能組件屬性比較表”，讓設(shè)計(jì)者在設(shè)定屬性的重要性順序后，可直接查表得知組件的表現(xiàn)，進(jìn)而挑選最適合設(shè)計(jì)所需的組件。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)電工電子技術(shù)課程教學(xué)中涉及講授的機(jī)構(gòu)類型較多，對(duì)電路設(shè)計(jì)這些機(jī)構(gòu)在實(shí)際中的應(yīng)也有所不同，為此構(gòu)建了基于圖譜結(jié)構(gòu)的電工電子技術(shù)構(gòu)件的知識(shí)體系。文章總結(jié)歸納了電工電子技術(shù)構(gòu)件的功能并以此進(jìn)行分類，按功能形成了結(jié)構(gòu)圖譜，并形成了以功能為目標(biāo)的譜圖知識(shí)體系。以面向電路設(shè)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)而提出的結(jié)構(gòu)譜圖方法將指導(dǎo)實(shí)際教學(xué)中電工電子技術(shù)授課的側(cè)重性并有助于學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程的過(guò)程中積累更多的關(guān)于電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)配置的基礎(chǔ)知識(shí)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]謝友柏.設(shè)計(jì)科學(xué)的爭(zhēng)論和設(shè)計(jì)競(jìng)爭(zhēng)力[J].中國(guó)工程科學(xué)，2014（8）：4-13.

[2]朱桂萍，于音杰，陸文娟.“電工電子技術(shù)”課程深度改革的理念探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2013（35）：1-5.