引入思政元素的“電路理論”課程教學探討

陳寧 胡燕瑜 王一軍

［摘 要］ “電路理論”是電氣工程及其自動化等專業的重要專業基礎課程，是學生學習后續專業知識的入門課，具有非常重要的地位。怎樣根據教育部的要求，挖掘本課程的思政元素，把思想政治教育貫穿人才培養體系是這門課程教師面臨的重要課題。根據“電路理論”課程的知識體系和特點，提出融入思政元素的課程教學，同時根據“電路理論”的基礎地位，找出該課程與其他課程的關聯，引出關聯課程的思政點，并將其融入教學實踐，用于塑造大學生的世界觀、人生觀和價值觀，以期為高校課程教學改革與實踐提供參考與借鑒。

［關鍵詞］ 思政元素；教學改革；教學實踐

［基金項目］ 2021年度中南大學課程思政建設研究項目“大自動化類電類基礎課程‘電路課程思政研究與實踐”（2021KCSZ037）

［作者簡介］ 陳 寧（1970—），女，湖南長沙人，工學博士，中南大學自動化學院教授，主要從事電路理論教育研究；胡燕瑜（1968—），男，湖南安化人，工學碩士，中南大學自動化學院副教授，主要從事電路理論教育研究；王一軍（1963—），男，遼寧臺安人，工學博士，中南大學自動化學院教授，主要從事交通領域信息技術方向教育研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2023）25-0132-04 ［收稿日期］ 2022-08-23

為了提高高校人才培養質量，充分發揮好課程的育人作用，2020年5月，教育部印發了《高等學校課程思政建設指導綱要》，要求高校全面推進高校課程思政建設，把思想政治教育貫穿人才培養體系［1］。“電路理論”課程作為一門非常重要的專業基礎課程，在眾多工科類學科中廣泛開設。“電路理論”課程體系嚴謹、理論性強，是后續“數字電子技術”“模擬電子技術”“自動控制原理”“數字信號處理”“傳感器與檢測技術”和“電力系統”等相關專業課程的重要基礎。如何挖掘“電路理論”中的思政元素，將這門課程的思想政治教育與知識培養體系貫穿、滲透、融合，實現潛移默化、潤物無聲的教學效果，同時，將相關的后續專業課程做適當引入，調動學生學習的積極性，實現學生能力培養與價值引導的有機統一，成為當前“電路理論”課程教師所面臨的重要研究課題。

一、“電路理論”課程的體系分析

“電路理論”課程的主要內容是研究電路的模型、電路的基本定律和定理，討論電路的各種分析方法。“電路理論”課程可以分成四個模塊：直流電路、交流電路、過渡過程電路、二端口網絡與集成電阻電路。直流電路的理論體系和分析方法貫穿整個課程的教學過程，是中學物理和大學物理電學部分在加入高等數學知識的基礎上進行的擴展和深入。交流電路是與生活和工程密切相關的實用知識體系，其與直流電路的基本原理一脈相承，但三相電路自成體系，采用相量分析法與直流分析手段有根本的區別。過渡過程電路則是在直流電路和交流電路的基礎上更進一步，討論儲能元件能量變化時電路中相關電量由一種穩態到另一種穩態的變化規律。二端口網絡與集成電阻電路則把復雜電路簡單化，變成理想化電路模型，將整個電路的知識體系外延［2］。

二、融入思政元素的“電路理論”課程的教學

將思政元素融入每一門學科，是課程思政改革的要求，挖掘“電路理論”課程中蘊含的思政元素，融入日常教學，突出愛國情懷、職業素養和終身學習，是“電路理論”課程的改革目標。

（一）引導學生立志，把科學探索當作一生的追求

直流電路接觸到的第一個重要定理——基爾霍夫定律，是年僅21歲的基爾霍夫讀大學期間提出的，對解決重大電學難題起著關鍵的理論指引作用。他在光譜分析法和基爾霍夫衍射積分方面也做出了重大貢獻。物理學家高錕說過：“做事固執、冥頑不化，可能不是好品質，但所有的科學家都應該固執己見，一旦認準的路，就要百折不回走到底，撞上南墻也不回頭，否則的話，永遠不會成功。”有志不在年高，大學生正值青春年華，潛心專注自己感興趣的研究，并且持之以恒，將來才有機會在自己從事的行業開拓出一片天地。

（二）國家命運與個人前途休戚相關，需要團結努力

國家興亡，匹夫有責。世界的競爭越來越激烈，競爭的本質是科技的競爭，當前某些西方國家對我國科技進行全面的圍追堵截，由此可激發大學生的使命感、緊迫感，將國家發展與中華民族偉大復興的中國夢和實現自我價值相結合，從而產生勢不可當的“合力”［3］。

疊加原理的學習過程充分體現了“人多力齊推山倒，眾人拾柴火焰高”的哲學道理。電路的疊加原理指出支路的響應等于每個獨立源單獨作用時響應的代數和，此物理現象可以類比國家作為一個整體的發展離不開每個公民貢獻的合力，用以鼓勵大學生將個人命運與國家發展緊密結合，培養學生的奉獻精神和家國情懷。

又如正弦工頻信號，是學習交流電路的起點，而目前以G赫茲為頻率的5G通信已經深入現實生活和工作中。其中，相控陣雷達是5G通信重要的組成部分，它們既能發射雷達波，又能接收雷達波信號。一個相控陣雷達由無數個小單元的天線組成，每一個陣元都是相對獨立的，如果把機械掃描比喻為“個體戶”，相控陣雷達就是“合作社”。成千上萬個陣元協同工作，可以大大提高雷達波的可靠性和效率。在社會中每個人的作用不同，但為了共同的目標，需要協同和協作，才能更好地完成社會賦予每個人的任務，實現個人價值與社會價值的統一。天生我材必有用，做到人盡其才，物盡其用，每個人都應該充分發揮才能，各種事物都應該充分發揮功用。正如我國古典名著《道德經》的記載：“善行無轍跡；善言無瑕謫；善數不用籌策；善閉無關楗而不可開；善結無繩約而不可解。”

（三）堅定制度自信，培養工匠精神

我國電力系統在國際上一直處于領先地位，整體的裝機量和發電量穩居世界第一，特高壓輸電技術的國際標準就是由我國主導制定的。我國建成了葛洲壩至上海±500 kv直流線路，實現了華中、華東聯網超高壓1 000 kv交流傳輸，特高壓電網將東北、西北、南方電網形成互聯。正是有了這樣強大的基礎設施和通信網絡，才能在新冠病毒感染嚴重的情況下，保證線上課堂的順利展開。我國的華能核電技術的研發、北斗三號導航組網的成功、高鐵網的建成，完全能使同學們堅定制度自信，為自己能成長在這樣的國家深感自豪［4］。

在高頻振蕩電路設計中，諧振頻率的確定是一個重要的環節，不同形狀、大小的波導其截止波數不同，能夠傳播的波的模式、頻率也不相同。工程項目中會根據項目需要，設計波導尺寸。波導尺寸通常較小，在設計或制造過程中，誤差超過1厘米，就會造成工作頻率和波導模式發生變化，出現“差之毫厘，謬以千里”的情況。測量、設計的每個環節都要體現嚴謹認真的工匠精神，追求工匠精神對于個人價值和社會價值的實現能發揮重要作用。

（四）把握當今，開拓未來

在對動態電路進行分析時，要清楚動態和穩態的概念。神舟飛船在返回地球過程中，進入大氣層后，由于飛船外罩與大氣產生劇烈摩擦，形成局部高溫，產生一段與外界聯絡完全中斷的“黑暗”時間，就是一種典型的動態過程［5］。理解動態是絕對的、穩態是相對的辯證觀點，即無論直流或者交流，真正的穩態其實是不存在的。就如我們的人生，需要終身學習、不斷進步，每實現一個目標，就是下一個目標的起點。人是發展的主體，既是發展的目的又是發展的動力，需要每個人都自強不息、努力奮斗，以發展的眼光直面自己的人生。

萬事萬物都有一個發展的過程，動態電路分析策略發展到現在，凝聚了眾多學者的智慧。動態電路分析策略主要有經典微積分法和拉普拉斯分析方法：經典微積分法存在高階微分方程求解困難的問題，借用拉普拉斯變換和反變換，把求解高階微分方程變為求解代數方程，這與相量分析法有異曲同工之妙。后續課程“數字信號處理”和“計算控制系統”將連續信號通過Z變換后進行處理，使分析過程大大簡化，這些處理思路考慮的不僅僅是數學問題，更加體現了動態變化的思維。人生的道路不是一帆風順的，科學的道路也不是坦途，“窮則變，變則通”，正如宋代改革家王安石在《游褒禪山記》所述：“夫夷以近，則游者眾；險以遠，則至者少。而世之奇偉、瑰怪，非常之觀，常在于險遠，而人之所罕至焉，故非有志者不能至也。”

三、“電路理論”課程外延到其他相關專業課程中的思政元素分析

“電路理論”作為基礎課程，理論性強，很多學生覺得這門課程很難，而且離實際應用較遠，所以缺少學習興趣。實際上，“電路理論”中的知識體系與后續的很多專業課程密切關聯，這些關聯知識點也隱藏著不少思政元素，通過挖掘、分析和學習，不僅可以提升學生理論知識的應用能力，還能讓學生感受基礎課和專業課程的深層次關聯。

（一）理想與現實，有舍才有得

關于電阻的模型，根據電阻的計算公式，電阻與電導率、導線的長度成正比，與導線的截面積成反比，這是每個學過“電路理論”課程的同學都知道的基本知識。在一般的電路中直接忽略導線的電阻，將導線看作理想元件，把它的電阻視為零，這是常見的導線處理方法。但在“傳感器與檢測技術”的電路設計中，平衡橋測電阻、應變、位移以及熱電偶測量溫度時，必須考慮導線電阻會對測量結果帶來的嚴重誤差。同樣，在相關的多匝線圈構成的電感電路中，線圈的電阻也必須考慮。在高精度功率控制系統中，粗電纜的電阻也必須進行分析計算。這些都體現了理論與實際之間存在差異，以及當考慮問題的角度不同時，所需考慮的要素也不同。“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”，那么如何體現這般道理呢？在“電路理論”課程中，需將理論知識運用到實踐中，如在電熱水器的“防電墻”設計中，水路經過兩個“螺旋形”結構“旋進”“旋出”，實現水路的延長，正是利用了電阻的計算公式；在收音機的接收電路中，計算Q值的時候，必須考慮到線圈自身的電阻，才能達到理想的設計效果。

“電路理論”中最基本的概念電阻，可以延伸到眾多專業學科的具體應用中。可以將“理想”看作電路模型，“現實”則是概念電阻的取舍，即知悉什么時候需要考慮導線的電阻，什么時候可以忽略，充分體現了“理想與現實”“舍與得”的哲理。一方面，想要成功，需要有長遠的眼光，舍棄當前的某些誘惑；另一方面，細節決定成敗，需要不斷尋找某些被忽略掉的因素，并找到突破。

（二）“1”和“1”不同，但一個都不能少

在T型電路分析過程中，由每經過一級“T”，電流就會縮小到前一級一半的特點，引入數字電路中不同位置“1”有不同的“權值”的概念，以此構建一個D/A轉換電路，實現數模轉換。通過電路學習，可以認識到二進制權值的意義，為將來“數字電子技術”的學習做鋪墊。以上淺顯的例子告訴我們，人在社會中的分工不同，起的作用也不同，發揮自身特長，準確定位自己，才能找出自身的社會價值。D/A轉換電路中的輸出，離不開每個位置“1”的共同作用，需要有大局觀，依靠團隊協作的力量才能取得成功。擁有這種大格局，才能有“行到水窮處，坐看云起時”的豁達與坦然［6］。

（三）靈活運用所學知識，“它”未必是“它”

研究RC過渡過程，可以實現對輸入信號的微分和積分等“硬”處理，RC電路也可以變成低通或高通濾波電路，如果加上采樣開關，RC電路成了將連續信號變成離散信號的采樣保持電路。用RC電路，還可以作為555定時器脈沖輸出頻率的控制電路，作為“模擬電子技術”中正弦信號發生器的選頻電路。運用仿真分析，可以將脈沖輸出波形分解成不同頻率的正弦波疊加，用示波器觀察方波是不同頻率的正弦信號疊加而成的動態效應。

RC電路看似簡單，應用卻千差萬別，測量、設計的每個環節都要認真嚴謹，分清“它”和“它”的區別，并把這種認真嚴謹的工匠精神作為畢生的追求。

（四）設計負電阻，開拓新境界，化不可能為可能

在教授運算放大器的基本知識時，通常不需要對運算放大器內部的復雜模型進行講解，僅需要開設“電路實驗”課程讓學生用真實的硬件電路直觀地學習信號之間的加減等簡單運算關系，從而激發學生做科研和手工小制作的興趣。“模擬電路”“數字信號處理”中就用到了這些知識點，同時與二端口網絡中的負阻抗變換器進行理論和實踐的關聯，讓學生增強對“負電阻”的認識。在非線性電路中，電流增加，電壓會減少，也會出現“負電阻”。

利用這種“負電阻”的概念，從點到線、從線到面，從不可能到可能，使學生明白每個學習階段就是一個個的階梯，只有夯實基礎才有可能攀登上科學的高峰。

結語

在“電路理論”課程中全面引入思政元素，使得該門課程能很好地與后續相關專業課程實現內容上的銜接，課程知識也變得淺顯易懂。思政元素的引入還能促進學生對核心理念與知識點進行深入探討，在教學實踐中不斷改進，挖掘新的嵌入點，將思政教育貫穿于整個專業技術人才的培養過程中，探索新的教學方式，實現全方位育人，滿足新工科要求下應用型人才的質量要求。在教學中引入思政元素，將價值引導、知識傳授、能力培養三者有機統一，有助于更新教學觀念，豐富教學內容，充實教學方法，給“古典”的教學手段和內容帶來新的氣象。

（課題組成員：陳寧，胡燕瑜，王一軍，李中華，熊莎，陳明義）

參考文獻

［1］教育部關于印發《高等學校課程思政建設指導綱要》的通知：教高〔2020〕3號［A/OL］.（2020-05-28）［2022-07-21］.https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-06/06/content_5517606.htm.

［2］孫娜，王業琴，張敏，等.新工科背景下電路理論課程思政教學改革研究［J］.科教導刊-電子版（上旬），2020（9）：197-198.

［3］張健，李煥洲，唐彰國.新工科背景下“電路原理”課程教學實踐與思考［J］.教育教學論壇，2020（7）：323-325.

［4］成桂英.推動“課程思政”教學改革的三個著力點［J］.思想理論教育導刊，2018（9）：67-70.

［5］沈貴鵬.心理學視域中泛課程思政的特點詮釋［J］.思想理論教育，2018（9）：66-71.

［6］肖香龍，朱珠.“大思政”格局下課程思政的探索與實踐［J］.思想理論教育導刊，2018（10）：133-135.

Abstract： Circuit Theory is an important professional foundation course for electrical engineering and its automation and other majors， and it is an introductory course for students to learn subsequent professional courses， which has a very important status. According to the requirements of the Ministry of Education， how to explore the ideological and political elements of this course and integrate them into the talent training system is an important issue the teachers of this course face. In this paper， according to the knowledge system and characteristics of the circuit theory， a course that integrates ideological and political elements is proposed. At the same time， according to the basic status of circuit theory， the connection between this course and other courses is revealed， and the ideological and political elements points of the connected courses are drawn， which are integrated into the teaching practice and used to shape the world view， life view， and values of college students， thus achieving the significance of learning from and promoting to the society.

Key words： ideological and political elements; teaching reform; teaching practice