“電路”與“電子線路”兩門課程的貫通教學

王志功，沈永朝，趙鑫泰，徐 建

(東南大學信息科學與工程學院，江蘇南京 210096)

0 引言

我國早期高校的“電路”與“電子線路”課程的教學體系基本上是以當時歐美發達國家的教學成果為基礎，經國內學者消化吸收而逐步建立發展起來的。建國初期，“電路”課程的教學開始沿襲前蘇聯的模式。由于當時以半導體為基礎的電子線路技術還處在萌芽階段，因此國內的“電子線路”課程教材仍然以電子管及其電路為主要教學內容。到了上世紀七十年代，由于半導體技術源自美國，電子線路的教學體系又基本上沿襲了美國的科技教育成果。由于形成時間的差異，我國“電路”和“電子線路”兩門課程的教材便被人為地劃分為兩個體系。

老一輩電路與電子線路領域教育家對國外教學成果的中國化做出了重要貢獻。電路理論形成獨立的課程已有60年以上的歷史，已有多種經典教材在國內廣泛應用。其中包括西安交通大學邱關源教授的《電路》和北京工業大學李瀚蓀教授的《電路分析基礎》等［1，2］?！半娮泳€路”課程的獨立教學可以追溯到上世紀70年代，其中，東南大學謝嘉奎教授的《電子線路》和華中科技大學康華光教授的《電子技術基礎》等教材及相關教學成果在高等教育教學實踐過程中取得了顯著效果，因而得到社會各界的普遍認同［3，5］。

在新的歷史條件下，已有教學體系已難以滿足工業界對高等教育的需求，這幾乎已經成為教育界和工業界的共識。國際知名高校如美國麻省理工學院在上世紀末便開始進行了兩門課程貫通教學的實踐。而本文第二作者早在九十年代初就撰寫了數百頁貫通教學講義，在我校無線電系進行過兩輪教學嘗試。2007年秋，本文第一作者應邀承擔我?！案叩壤砉嶒灠唷彪娮有畔⒒A課程的改革工作，并擔任“電路”與“電子線路”兩門課程的主講。當時面臨的問題是如何使兩門基礎課程的教學適應當代電子信息技術與產業的發展需要，實現貫通教學，形成全新的知識結構和教材體系。

我們在九十年代初撰寫的講義基礎上開始工作，傳承了教學改革的事業;自2003年始，筆者擔任教育部高等學校電子電氣基礎課程教學指導分委員會主任委員，組織了電子電氣基礎課程5個方向12門課程“教學基本要求”的制訂工作。已制訂的這兩門課程的“教學基本要求”成為組織新課程和編寫新教材的指南;從2004年開始，筆者參加了一年一度的“國家精品課程”的評選工作。數門“電路”與“電子線路”方面的國家精品課程為準備《電路與電子線路基礎》成套教材提供了借鑒［6，7］。10年以來，筆者主編和翻譯的20余部集成電路設計方面的專著和教科書，為這套《電路與電子線路基礎》教材的編寫奠定了基礎，以上這些都為我們開展新課程的建設提供了前提和基礎。這些文獻、資料和圖片在因特網上可供參考和選用。

此項教學改革首先要實現“電路”與“電子線路”兩門課程的貫通教學，使其內在理論體系的一致性能更好地在教學過程中發揮作用;其次要使教學與產業實際接軌，使學生切實掌握實踐知識和培養工程能力［8］。

1 兩門課程貫通教學改革方案

1.1 實現“電路”與“電子線路”的貫通

傳統“電路”與“電子線路”教學將原本為一脈相承的知識體系按兩門獨立的課程講授。事實上，這種教育模式會使學生在認知和應用相關知識時產生了隔膜。這種隔膜感會對學生的思考力和創造力產生潛移默化的消解作用，不利于知識的融會貫通和金字塔式積累。

貫通后的新課程開篇介紹電路與電子線路的發展歷史，使學生對該領域及該課程的總體結構和脈絡有清晰的認知;然后以當代電子線路分析與設計的國際標準方法和SPICE軟件工具為主線，依次引入電源、電信號源、電阻、電容、電感、互感、傳輸線、二極管、雙極型三極管和各種場效應管;并在最后初步講述由上述器件組成的電子線路的總體設計思路。該結構凸顯了電路部分與電子線路部分的貫通一致性。

本課程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。此外，本課程統一了電流和電壓等符號，如:傳統電路課程采用u代表電壓，而傳統電子線路教材采用v代表電壓，新教材統一用v表示電壓，從細節上實現兩門課程的一致貫通。

1.2 強調學以致用

傳統電路與電子線路方面的教學與生產實踐距離較遠。特別是傳統的“電路”課程似乎更像是一門物理課，理論知識很多，缺乏實踐知識。例如，傳統電路教材中，學生學完電阻后，對電阻的認識僅停留在一個矩形符號、歐姆定律以及一系列計算方法上。學生對于電阻的種類和容差，其與實際應用相關的概念均一無所知，而這些恰恰是生產實踐中更為重要的知識。

本教改項目在教材和教學實踐中增加了大量與工業生產相關的知識，使學生的知識結構能夠基本滿足當前工程應用的需要。例如，在本課程講述電阻時，不僅給出歐姆定律和基爾霍夫定律等一系列理論分析工具，還介紹了電阻的種類和容差等與實際應用密切相關的知識。此外，我們開發了一套博物實驗板，按教學進度展示各類電阻、電容和電感等元器件。該博物實驗板還能夠實現對相應電路功能的測試，這使學生能夠零距離的體會電路與電子線路的基本理論和實際應用。

1.3 重視設計

傳統“電路”與“電子線路”的教學重分析輕設計。在很多電路與電子線路教材中，電路分析占了絕大部分篇幅。但是我們未來的工作是設計電路，而設計與分析本身是有很大區別的，設計的教學是無法被分析的教學所取代的。

根據這份報告，75%的癡呆癥患者和64%的家庭護理人員認為他們遭受到“負面的聯想”;40%的癡呆癥患者稱被排除在日常生活以外。在報告中，多名來自中國的受訪者表露了心聲，其中一位患者說，“我不敢告訴鄰居和領導我有阿爾茨海默病，不然的話我的處境將會更加困難?！?/p>

我們編寫的教材介紹了大量與電路設計相關的知識，此外，在每冊的最后一章都專門安排了對電路設計的講述，這使學生能夠對電路設計應用有一個初步的認識，為以后的實際工作奠定基礎。

2 貫通教學取得的成果

本教改項目自2008年1月啟動至今，已在我校吳健雄學院“高等理工實驗班”進行了五輪全面的教學實踐，成效顯著。具有如下主要教學成果。

1)出版了教材一套(兩冊)

2012年出版的《電路與電子線路基礎(電路部分)》共14章，52萬字。全書內容安排按照下列6條線索相互穿插:①從電源、電阻、電容、電感、互感、變壓器到互連及傳輸線;②從集總參數到分布參數;③從單端口、二端口到多端口網絡;④從直流靜態、交流穩態到瞬態;⑤從線性到簡單的非線性;⑥從分析到初步設計。

本教材出版一年多時間，已被多所高校采用。

2013年出版的《電路與電子線路基礎(電子線路部分)》共15章，67萬字。全書內容安排是:從簡單元件到實際器件，從簡單電路到復雜電路，從直流到時變，從線性到非線性，從模擬到數字邏輯和從分析到設計。

這套教材整個教學體系真正實現了從學生已有的基本電路知識到實用電子線路分析和設計的跨越。為了實現漢英雙語專業詞匯對照教學，基本專業術語在本教材第一次出現時都給出了其英文術語，且在書后按漢語拼音順序給出了匯總，以便于學生日后寫英文論文時查閱。本套教材已入選“教育部高等學校電子電氣基礎課程教學指導分委員會推薦教材”。

2)研制出電路和電子線路教學博物實驗板

電路部分的教學博物實驗板共有6塊，分別為電池、電阻、電容、電感和變壓器、傳輸線和濾波器等，如圖1所示。

圖1 電路部分的教學博物實驗板

電子線路部分的教學博物實驗板也即將推出。這兩種博物實驗板的設計理念、實現、課堂及課外應用方法將另文介紹。

3)制作PPT教學課件一套:為教師提供全套教材共29章內容，方便其備課和授課。

4)編寫習題集一套:為教材提供足夠數量和難度適中的課后練習題。

5)編寫Cadence配套教材一本(含教學軟件一套):為計算機仿真實驗提供配套教材。

3 結語

“電路”和“電子線路”作為電子信息類專業基礎課，需要關注的是其專業性和基礎性。其中，專業性必須首先得到足夠的體現，即其知識體系和能力培養必須能夠與當前的產業實踐相契合。這種契合不僅僅是要在原有理論知識的基礎上引入與實踐相關的專業知識，更重要的是要在原有理論思維方式的基礎上引入與實踐相關的思維方式，這就需要將諸多專業知識點及其內在的邏輯關系以學生能夠接受的方式呈現出來。本教改項目正是本著以上原則，對“電路”與“電子線路”兩門課程進行了貫通。我們在引入大量相關實踐知識的基礎上努力體現電路與電子線路各知識點之間內在的邏輯關系，力爭使學生在理解掌握諸多電子元器件和電路工作原理的基礎上，逐步培養工程思維模式，適應未來工業界的生產實踐需要。

［1］ 邱關源原著，羅先覺主編.電路［M］(第五版)，北京:高等教育出版社，2006

［2］ 李瀚蓀主編.電路分析基礎［M］(第四版)，北京:高等教育出版社，2006

［3］ 謝嘉奎主編，宣月清，馮軍.電子線路(線性部分)［M］，北京:高等教育出版社，1999

［4］ 謝嘉奎，電子線路(非線性部分)［M］，北京:高等教育出版社，1999

［5］ 康華光，電子技術基礎(模擬部分)(第五版)［M］，北京:高等教育出版社，2006

［6］ 王志功，沈永朝.電路與電子線路基礎(電路部分)［M］，北京:高等教育出版社，2012

［7］ 王志功，沈永朝.電路與電子線路基礎(電子線路部分)［M］，北京:高等教育出版社，2013

［8］ 孫玲，包志華，張威.電路PSpice仿真實訓教程［M］，北京:高等教育出版社，2013