電路分析基礎教學改革探索

陳永利 劉金寧 張晨光

摘要：本文針對電路分析基礎課程知識面寬、理論性強、概念抽象、難教難學的特點，在有效梳理課程教學內容，建立知識體系的基礎上，綜合運用多種教學方法和教學手段，充分調動學生的學習積極性，使學生加深了對理論知識的理解，提高了分析問題和解決問題的能力，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：教學內容；教學方法；教學手段

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）31-0102-02

電路分析基礎課程是我院電類相關專業的專業基礎課。通過本課程的學習，可以使學生掌握電路的基本概念、基本理論、基本分析方法以及基本實踐技能，在為后續基礎教學（如模擬電子技術、數字電子技術、高頻電子電路、信號與系統等）和專業教學（如裝備電氣系統、雷達原理等）打下基礎的同時，著力培養學生科學思維能力、分析計算能力、歸納總結能力、研究創新能力。隨著教學改革的深入，教學時數逐漸減少，如何保證教學質量和教學效果，是教師需要直面的問題。

一、優化教學內容，構建知識體系

電路分析基礎課程面向我院電類直通車學生開設，這些學生所學專業門類復雜多樣，在后續的專業課中所學的裝備也不同，它們所需的專業基礎知識也就各有不同，側重點也不一樣，因此需要認真分析傳授的內容與專業需要是否匹配，通過在主要內容上合理地分配學時，加深學生對主要知識點的把握。因此將課程內容模塊化，主要包括：直流線性電路模塊、交流線性電路模塊和非線性電路模塊[1]，每一個模塊又分為若干小模塊。例如，直流線性電路模塊又分為電路基礎模塊、RS電路模塊、RLCS電路模塊；交流線性電路模塊又分為正弦穩態電路模塊、三相電路模塊、非周期電源電路模塊、耦合電路模塊等。在講授時，通過將課程內容的靈活組合，對模塊和知識點進行適當調整，就可適應不同專業需求。

在教學內容安排上，按照電路組成元件的種類和數量由簡到繁的原則，依據電源元件的時域特性和頻域特性，按照先易后難的認知規律進行講授。例如在講授直流線性電路模塊時，首先講授電路基礎模塊，其中主要講授電路中的四類基本元件——電源、電阻、電感、電容的特性和伏安關系，在此基礎上，講授單類電路元件的電路分析，然后講授具有兩類電路元件的電路分析（包括RS電路、RL電路和RC電路），再講授具有三類電路元件的電路分析（包括RLS電路和RCS電路），最后講授具有四類電路元件的電路分析（RLCS電路）。在講授完直流線性電路模塊后，以其為基礎，通過引入Z元件（阻抗元件）和S元件（運算阻抗元件），將正弦穩態電路分析和線性電路復頻域分析歸為直流線性電路分析方法的應用。在講授過程中，要緊緊抓住“兩類約束”（即元件約束——元件的伏安關系，拓撲約束——基爾霍夫定律）在電路分析中的具體運用，讓學生了解電路分析中的許多方法都是在這兩類約束具體應用的基礎上演變而來的，讓學生知道各種分析方法的來龍去脈，做到不但知其然，而且知其所以然，以加深對各種分析方法的理解。這樣的教學內容安排，內容更加簡潔，條理更加清晰，結構更加合理，便于學生對知識的掌握。

二、改進教學方法，提高教學效果

在電路分析基礎課程教學改革過程中，由于課時數減少，如何在較短的時間內使學生掌握知識，提高授課效果，是值得思考的問題。在授課過程中除采用傳統的啟發式、研討式等傳統教學方法外，還嘗試采用工程案例式、比照推演式等教學方法，著力培養學生的工程實踐能力和斂散思維。

1.工程案例式教學培養學生工程實踐能力。工程案例式教學是在教師的指導下，根據教學目的的要求，組織學生通過對案例的閱讀、思考、分析、討論和交流等活動，引導學生把案例與理論相結合，運用所學知識對案例進行分析和探討，從中得出經驗和教訓，從而使學生更深切地理解理論的真諦，訓練學生分析問題和解決問題的實際能力，從而加深他們對基本原理和概念理解[2]。例如在講授最大功率傳輸定理時，可以以晶體管收音機為例進行講解。首先簡單給學生介紹一下收音機電路的組成和工作原理，然后提出“如何才能使得揚聲器發出的聲音最大？”這一問題，引導學生思考、討論、相互交流，經過充分思考、討論之后，將收音機電路中原有的揚聲器去掉，換接幾個不同阻值的揚聲器進行實驗，發現揚聲器的阻值不同，其發出的最大聲音也不一樣。接下來繼續探討問題的成因，將除揚聲器以外的電路看成一個含源二端網絡，將含源二端網絡運用剛剛講過的戴維南定理進行等效，通過極值定理的條件，可以得出只有當揚聲器的阻值與戴維南定理的等效電阻相等時，揚聲器上得到的功率最大，聲音也就最響，從而使學生了解最大功率傳輸定理的內容和本質。

2.比照推演式教學方法培養學生斂散思維。比照推演式教學方法就是通過與學生已熟悉知識的對比，引出新的教學內容，從而使得學生聽得懂、學得明白[3]。在“電路分析基礎”課程中，很多知識點（如電路與磁路、直流電路與交流電路、正弦周期電路和非正弦周期電路等）都可以采用比照推演式教學方法來講授，使學生將不同知識點比照學習，在已知知識的基礎上通過進一步探討，就可以獲得新知識，達到事半功倍的效果。例如，在直流電阻電路中，歐姆定律和基爾霍夫定律是分析電路的基礎，通過這兩個定律可以引出支路電流法、節點電壓法、網孔電流法等分析方法，因為這些方法就是這兩個定律的具體應用，只不過是針對于不同的電路拓撲而推導出的相對簡單的解題方法而已。如果將直流電阻電路中的電源變成正弦交流電，將電阻元件（R元件）變為阻抗元件（Z元件），將各物理量變為相量，則正弦交流電路的分析方法與直流電阻電路的分析方法相類似，只不過是將歐姆定律、基爾霍夫定律轉化為了相量形式，而支路電流法、節點電壓法、網孔電流法等分析方法仍然適用。這樣，在學生具有直流電阻電路相關知識的基礎上，只需把正弦交流電的特性、阻抗元件的變換、物理量的相量表示講清楚，正弦交流電路的求解也就迎刃而解。

三、完善教學手段，培養創新能力

電路分析基礎課程內容理論性和實踐性都很強，如果只靠課堂講授的辦法很難激發學生的學習興趣，因此需要采用多種教學手段，來激發學生學習興趣，培養學生的創新能力和探索精神。

1.現代化教學激發學生興趣。在課堂教學中，傳統的教學方法主要以教師講授基本理論和方法為重點，尤其對于一些理論性強、與現實生活聯系不緊密的內容，單純采用講授的方法效果往往不佳。而對于多媒體技術，可以借助動畫、短視頻、微課等多種表現形式輔助講解，從而使學生的注意力、觀察力、想象力等智力因素積極參與，提高學習的成效。針對課程內容理論性強的特點，引入MATLAB、EWB等計算機輔助分析與仿真手段[4]，使電路理論分析計算與計算機仿真技術有機結合起來，為學生呈現一種更為直觀的電路工作狀態和結果，將看不見摸不著的理論分析轉化為實際電路，對學生更有說服力，可極大激發學生的學習興趣，有效提高學習效果。

2.實驗教學培養學生動手能力。針對課程實踐性強的特點，充分利用線上和線下的資源提高學生的動手能力。線上資源主要依托校園網的網絡教學平臺網上實驗室來進行，線下資源主要依托電工電子實驗中心的開放性基礎教學實驗室來完成。在設計實驗時，根據實驗的類型和特點，分為驗證性實驗、綜合性實驗和設計性實驗[5]。驗證性實驗的主要目的是使學生加深對理論知識的理解和掌握，強化基礎實驗技能；綜合性實驗的主要目的是使學生綜合運用所學知識來解決實際問題，利用新技術、新方法拓寬學生思維，提高綜合應用知識的能力；設計性實驗的主要目的是使學生自行設計內容并完成相關實驗，鍛煉學生獨立思考的能力和創新能力。通過實驗分級可以使學生完成知識消化、知識拓展和知識創新的過程。

3.開辟第二課堂培養探索精神。高校第二課堂作為培養學生創新能力和提升綜合素質的重要載體，能有效激發學生的學習興趣[6]，提高學生獨立研究問題與解決問題的能力，培養學生的探索精神。因此，依托電工電子實驗中心的創新實驗室和相關專業實驗室，每年組織學生積極參加學院組織的“創新杯”科技制作競賽活動，在此基礎上選擇優秀項目參加全國大學生電子設計競賽，一方面可以充分展示學生的想象力和創造力，開拓學生的視野，培養學生探索精神，另一方面在增強學生的自學能力、獨立思考能力、團隊合作能力等方面也具有顯著的促進作用。

四、結束語

電路分析基礎課程教學改革是一個不斷探索和不斷創新的過程，除課程本身的教學內容、教學方法需要不斷優化、改進外，教師在教學理念上也要與時俱進，采用多種教學手段充分調動學生的積極性和主動性，讓學生真正參與到實際教學當中，實現教與學的有機融合，為把學生培養成為厚基礎、寬口徑、強實踐的復合型創新人才打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]朱長青，邢婭浪.電路分析基礎[M].北京：科學出版社，2015.

[2]經柏龍，羅巖.論案例教學及其運用[J].沈陽師范大學學報（社會科學版），2006，（1）：38-41.

[3]徐華平.比照推演式教學方法在工科“隨機過程理論”課的應用[J].高教論壇，2011，（11）：42-43.

[4]張小梅，江雪梅，婁平.淺談“電路分析基礎”課程的教學改革方法[J].教育教學論壇，2015，（21）：180-181.

[5]謝迎娟，張金波，林善明.“電路實驗”課程的教學改革探討[J].電氣電子教學學報，2005，（4）：23-26.

[6]李冰燕，童建.第二課堂是培養大學生創造性思維的重要形式[J].烏魯木齊成人教育學院學報，2004，（4）：46-48.