電路分析課程教學(xué)改革的思考與實(shí)踐

汪先兵 王祥傲

【摘 要】電路分析是工科電類專業(yè)學(xué)生的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)內(nèi)容具有理論性強(qiáng)的特點(diǎn)，學(xué)生在理解時(shí)存在一定難度。本文針對(duì)教學(xué)中遇到的相關(guān)問題，采用類比、仿真等多種方法，以知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)為例，闡述了電路分析課程教學(xué)改革的具體實(shí)施方式。以上改革內(nèi)容經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐檢驗(yàn)，取得了良好的效果，對(duì)同類課程的教學(xué)改革有一定借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】電路分析;教學(xué)改革;類比;啟發(fā);仿真

【中圖分類號(hào)】TM92 ??????【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】2095-3089（2019）15-0124-01

引言

電路分析是工科電類專業(yè)學(xué)生的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，對(duì)后續(xù)電子技術(shù)等課程起到重要的支撐作用。該課程的主要授課內(nèi)容包括直流穩(wěn)態(tài)電路分析和動(dòng)態(tài)電路分析兩部分。在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，隨著應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的確立，該課程的教學(xué)課時(shí)被逐漸壓縮，繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的教學(xué)方法與應(yīng)用型的要求不符，而且，不分主次的全盤講授，看似認(rèn)真負(fù)責(zé)，實(shí)則已不能跟上教育發(fā)展的步伐。因此，針對(duì)實(shí)際教學(xué)中存在的課時(shí)少、理論性強(qiáng)等問題，開展相應(yīng)的教學(xué)改革，尋找適合當(dāng)前學(xué)生特點(diǎn)的教學(xué)模式與方法，是從事該門課程教學(xué)的教師的當(dāng)務(wù)之急。

本文以電路分析課程教學(xué)實(shí)踐為基礎(chǔ)，針對(duì)電壓和電流的參考方向、Y形與△形連接的電阻三端網(wǎng)絡(luò)、一階動(dòng)態(tài)電路的零輸入響應(yīng)三個(gè)知識(shí)點(diǎn)，分別介紹類比教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)、仿真教學(xué)三種方法的應(yīng)用。

一、課程教學(xué)方法改革實(shí)例

1.類比教學(xué)。

電壓和電流的參考方向是電路分析中一個(gè)不起眼的知識(shí)點(diǎn)，但卻非常重要。在求解電路問題的過程中，一般都會(huì)遇到電壓或電流的實(shí)際方向未知的情況，這就需要給定參考方向。對(duì)于初學(xué)者而言，由于不能深刻理解參考方向的涵義并正確使用，往往導(dǎo)致解題錯(cuò)誤。因此，教師在教學(xué)時(shí)，應(yīng)以通俗易懂的語言，使學(xué)生能夠準(zhǔn)確理解。例如，在講解二端元件的電壓和電流的關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，可以將抽象的概念與熟知的自然現(xiàn)象進(jìn)行類比，幫助學(xué)生快速準(zhǔn)確的理解并加強(qiáng)記憶。

圖1（a）是講解電壓和電流關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)使用的PPT圖片，雖然準(zhǔn)確的表示了關(guān)聯(lián)參考方向的含義，但過于抽象。圖1（b）中的瀑布是學(xué)生熟悉的自然景觀，教師在教學(xué)時(shí)可以將（a）、（b）兩幅圖相結(jié)合，將電壓與地勢(shì)、電流與水流進(jìn)行類比，并說明水從高處向地處流，恰如電流從電壓的正極流向負(fù)極。通過這種形象的展示，不僅使刻板的教學(xué)中增加了一絲親切感，更重要的是學(xué)生能夠獲得最深刻的記憶和理解，并逐漸培養(yǎng)將理論知識(shí)與實(shí)際現(xiàn)象結(jié)合思考的思維習(xí)慣。

2.啟發(fā)式教學(xué)。

教學(xué)中適當(dāng)采用啟發(fā)式教學(xué)方法可以調(diào)動(dòng)學(xué)生積極思考，活躍課堂氛圍，避免出現(xiàn)教師唱獨(dú)角戲的現(xiàn)象。

電路分析課程中在直流穩(wěn)態(tài)電路部分涉及到Y(jié)形和△形連接的電阻三端網(wǎng)絡(luò)。通常的教學(xué)過程是，先說明Y形和△形連接的含義，然后推導(dǎo)兩種電阻三端網(wǎng)絡(luò)之間相互等效的規(guī)律，進(jìn)而通過例題演示如何運(yùn)用。這樣的教學(xué)方法只能培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算能力，與應(yīng)用毫無關(guān)聯(lián)。

本文對(duì)這一知識(shí)點(diǎn)采用的是啟發(fā)式教學(xué)方法，即在講述完Y形和△形連接的含義后，將適用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，引出三相電力設(shè)備的概念，并啟發(fā)學(xué)生討論有哪些三相電力設(shè)備。學(xué)生會(huì)積極思考生活中見過的哪些電氣設(shè)備屬于三相電力設(shè)備的范疇，并給出自己的答案。待學(xué)生充分表達(dá)后，由老師進(jìn)行總結(jié)，結(jié)合PPT展示若干三相電力設(shè)備。圖2是本文作者在教學(xué)中使用的一些三相電力設(shè)備的圖片。

結(jié)合圖2所示的電力設(shè)備，進(jìn)一步闡述Y形和△形連接在實(shí)際中的應(yīng)用。通過這樣的討論和總結(jié)，學(xué)生對(duì)Y形和△形連接這一知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)知將不再局限于兩者相互等效的枯燥計(jì)算，而是將其與實(shí)際緊密結(jié)合在一起。

3.仿真教學(xué)。

將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用于電路分析課程的教學(xué)，變呆板的說教為具體生動(dòng)的演示，既能提高學(xué)生的興趣，又初步培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用仿真技術(shù)分析、設(shè)計(jì)電路的能力。

以RC一階電路的零輸入響應(yīng)為例，通常的教學(xué)方法是，首先結(jié)合電路圖展開冗長(zhǎng)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，得出電容電壓、電流的時(shí)域響應(yīng)表達(dá)式后，再繪制電壓、電流波形圖，最后總結(jié)零輸入響應(yīng)的特點(diǎn)。對(duì)于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較為薄弱的普通本科院校的學(xué)生而言，這種按部就班的教學(xué)過程一開始就使其心生膽怯和厭煩，因而教學(xué)效果得不到保障。

本文對(duì)一階電路零輸入響應(yīng)的教學(xué)思路為，利用MATLAB/Simulink軟件搭建電路模型并進(jìn)行仿真，然后引導(dǎo)學(xué)生思考仿真結(jié)果蘊(yùn)含的意義，最后進(jìn)行理論推導(dǎo)。圖3為RC一階電路仿真模型及電容電壓、電流波形。

電路仿真模型由5V電壓源、1Ω電阻、開關(guān)控制和測(cè)量單元組成。電容初始狀態(tài)為0，電容值分別為0.01F、0.1F，0.2s時(shí)開關(guān)閉合。引導(dǎo)學(xué)生觀察圖3（b）中的波形，可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)現(xiàn)象：（1）RC一階電路零輸入響應(yīng)的電容電壓、電流按指數(shù)規(guī)律變化，直到達(dá)到穩(wěn)態(tài);（2）增大電容值，電路的時(shí)間常數(shù)增大，導(dǎo)致電壓、電流的變化速率減慢。學(xué)生希望了解上述現(xiàn)象的原因，此時(shí)進(jìn)行理論推導(dǎo)，從數(shù)學(xué)角度闡述一階電路零輸入響應(yīng)的原理也就順理成章。

二、總結(jié)

本文以電路分析課程中三個(gè)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)方法為例，闡述了在當(dāng)前應(yīng)用型本科院校存在諸如學(xué)生基礎(chǔ)薄弱、課程理論性強(qiáng)等問題的情況下，開展教學(xué)改革的方向。通過積極的引導(dǎo)、合理的設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容、營(yíng)造良好的課堂氛圍，能夠改變學(xué)生長(zhǎng)期形成的被動(dòng)思維模式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)興趣和積極性，使原本枯燥乏味的課程富有吸引力和現(xiàn)實(shí)感，符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求。

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作者簡(jiǎn)介：汪先兵（1981-）男，安徽滁州人，博士后，副教授，研究方向：智能電力設(shè)備。

基金項(xiàng)目：滁州學(xué)院課程綜合改革項(xiàng)目（2017kcgg025;2016kcgg030）;校級(jí)優(yōu)質(zhì)課程（2014yzkc10）。