论文导读:《电路》课程是高等工科院校电工电子类专业的一门专业基础课。如何保证教学效果和提高教学质量等一直是授课教员关心和探讨的热点。这些问题都对该课程的授课教员在教学方法和方式上提出了新的要求。
关键词:教学效果,电路,总体设计,教学方法,教学质量
《电路》课程是高等工科院校电工电子类专业的一门专业基础课,是电路理论的入门课,是我院电类专业必修的技术基础课程。研究对象是电网络的建模、分析、综合与设计。电路课程在教学内容上理论性强,逻辑严密,对培养学员严谨科学的思维方式,树立理论联系实际的科学观点和提高学员分析问题、解决问题的能力都有重要作用。学员能否熟练掌握电路课程的基本概念、基本分析方法将直接关系到后续课程的学习效果,能否将电路实验、仿真技能应用于实际,也关系到学员在以后的工作中解决实际问题的能力。同时受专业课程知识拓宽的需要,作为一名电路教员如何教授好电路课,如何提高学员学习积极性和兴趣,如何保证教学效果和提高教学质量等一直是授课教员关心和探讨的热点。
1 当前电路教学中存在的问题
《电路》中有许多数学知识的应用,可在授课过程中具体应用时,几乎每届学员对以前所学知识的后续应用皆有恍然大悟的感觉,在遇到应用时也存在畏惧心理。主要原因在于:一是教员引导不够。教员在教学过程中对所要引入新的知识点的背景、目的以及与后续课程的和工程实践的关系强调的不够,容易导致学员的学习积极性不高以及对所学的知识的后续应用认识不足;二是学员所学的知识都是一些零散的知识点,没有自己加以消化吸收,将所学的知识点串起来,即“知识重组”能力太差,导致综合分析具体电路的能力太弱。
电路课程的概念多,学员学习起来感觉抽象;电路课程的内容广泛,涉及的分析方法比较多,其方法与内容如何衔接学员不易掌握;学员有效而科学的学习方法正处于形成阶段,甚至部分学员学习方法很不恰当。这些问题都对该课程的授课教员在教学方法和方式上提出了新的要求。
2 教学的总体设计
2.1 区别于物理学中电路基本概念
物理学中电压u、电流i的方向都指的是实际方向,而电路理论中的u、i 在没有特别指明的情况下,皆指参考方向;物理学中电压u代表某一元件两端的电压,而电路理论中却有节点电压 、支路电压u之分;物理学中电流i多指流经某一元件的电流大小,而电路理论中却有支路电流i、网孔电流im、回路电流il;物理学中电源只有一个且多指理想独立电压源,而电路理论中独立源激励往往不止一个,且还存在某一时刻输出为确定电流值的电流源,同时介绍了以前从没接触过的受控电源等等。通过对上述一些相近内容的比较,使学员认识到,大学的电路理论不是对初中、高中及大学物理电学部分的简单重复,而是对它们的扩充和深入。
2.2 两类约束贯穿始末
基尔霍夫电流定律KCL、电压定律KVL,是集总参数电路任一时刻都遵守的两个基本定律。它们是对电路互联方式的结构约束,从数学图论的观点,只要两个电路抽象出来的电路的图相同,则列写的KCL、KVL方程就相同,与元件约束无关。因此在线性直流电路的列方程分析法中,从电路完备的数学模型2b方程法,到1b法、回路电流分析法,再到节点电压分析法,实质都离不开对KCL、KVL定律的透彻理解和熟练应用。结合电路结构组成中不同的元件的伏安关系,可以求解电路中所有的待求量。
2.3 充分利用对偶性、对应性的特点
《电路》课程有其自身的特点和规律,譬如元件间、方法间的对偶性;直流摸块、交流模块、变换域模块之间的对应性。教学过程中若能恰当的应用这些规律,可以在很大程度上帮助学员理解记忆彼此间相联系的知识。论文格式。如讲元件时,电感与电容这些对偶元件可只讲其一,利用对偶性学员很容易接受另一元件,节点法与网孔法是对偶的方法,我门只讲节点法,对偶的提出网孔法,一阶动态电路中,只讲RC电路的分析方法,对偶提出RL电路的分析方法。而且要强调电路的每一种分析方法都是建立在两类约束的基础上,对于直流模块直流分析、交流模块的相量法分析、变换域模块的运算法分析之间的对应性,在讲清它们之间共同点的基础上,重点讲它们的特殊点,不仅节省学时,而且有利于对比记忆,更有助于从总体上把握电路理论基本内容之间的联系。
3 教学实践的探讨
高等学校的教学过程是在教员的指导下学员接受知识并把知识转化为能力,形成一定观点的认识活动。在教学目标上,有明确的专业性;在教与学的关系上,学员的学习有相对的独立性。这要求教员在传授知识的同时更重要的是引导学员掌握获取知识的方法和能力。在《电路》课程的教学实践中,我们注意到该课程是一门技术基础课,教学对象又是刚刚涉及电类知识的学员,教员的“教”将起着主导性的作用。为了学员更好的“学”,教学过程中在适当地灌输知识的同时,应注意引导学员融会贯通,正确应用知识,注意学员学习方法的引导,使其具备一定的自学能力和科学的思维能力。
3.1 合理安排教学内容,优化内容体系
《电路》教学内容大致分为几个大单元如图1所示,各内容之间的相互关系如图2所示。通过这样划分,帮助学员在学习时有一条清晰的学习主线,清楚学习的重点和难点。其次,在电路内容上强调第一部分作为电路分析的实质和灵魂作用,注重电路的基本概念和基本定律在不同单元表示方法的变形,譬如基尔霍夫定律的直流表达式、相量表达式、运算表达式,突出了基尔霍夫定律是电路分析的实质和灵魂,也是贯穿整门课程的主线。在每个单元的引入和讲授中,注重教学内容的实用性和学习的必要性,提高学员的学习兴趣和学习的积极性。譬如讲解正弦稳态电路模块时,从一阶正弦交流动态电路的微分方程入手,从解方程中发现正弦交流稳态的求解很繁琐,从而引出解决的方法——相量法,自然地进入正弦稳态电路的分析;引入任意信号作用下的电路模块时,可以从一个tsinωt激励作用下的任意RLC电路着手,和正弦稳态电路一样,发现此激励作用下的微分方程很难求解,从而引出解决的方法——运算法,自然地进入变换域的分析。每一单元在整个电路中的地位以及每一单元解决问题的侧重点一目了然,而且,这种单元与单元之间环环相扣的紧密关系,可以使学员感觉到《电路》知识较强的系统性、逻辑性,利于学员从总体上把握电路课程的基本内容,便于学员理解、记忆和掌握。
3.2 注意“点”、“面”结合
为了解决学员“只抓点,不顾面”的学习现状,引导学员系统地掌握全部知识点的内部联系和逻辑关系,找出每一堂课内容的知识点,树立“点不能概面,面大于所有点之和”的观点。为此,教员讲解每一新内容时,应从每个知识点切入,逐步向外拓展,以至覆盖整个教学内容,使教学内容的安排达到最优组合。这样在教学中注意点面结合,注重电路基本概念与基本分析方法的结合,把理论教学与能力培养贯穿于教学全过程。在每个知识点的切入上,注意把讲授新知识与培养学员思考方式相结合。论文格式。如引题尽量从简单的问题着手,通过分析逐步加深;例题的选择要有代表性,且要注意培养学员分析、解决问题的基本思路。论文格式。这种从特别需求(特殊性)到问题的概括性(普遍性)的分析方法,正是现实中工程师的合理思考方式。
3.3 强调理论,注重实用
强调电路理论基础的同时还要注重实用,在讲到电路的频率特性和谐振现象时,从日常生活中的应用事例着手,譬如:收音机从多个不同频段的信号中选择所要收听的某个电台信号(选台)就是利用串联谐振电路,然后很自然地引入谐振的定义、条件等尚待解决的问题,这种将理论与实际结合的方法,恰到好处地把学员吸引到对新知识的渴求上,增强学习新知识的欲望。此外,实际中非线性电路应用广泛,在非线性直流和非线性动态电路分析过程中也适当增加应用实例,使学员掌握更多的非线性电路知识以备后用。
3.4 注重知识的传授,培养学员自学能力
教学活动是在教员引导下师生之间的共同活动。教员的教是为了学员更好地学,学员的学是在教员的引导下进行的。由于《电路》课程理论概念多,分析方法也很多,如何让学员将所学知识融会贯通,一直是教学中探讨的问题。在这方面采用循序渐进,由浅及深的办法,尽量将电路中的概念和分析讲解得浅显易懂,并注意教学内容的引申和扩展,引导学员自己去学习思考,充分调动学员自学的主动性和积极性。比如对动态电路的分析,不按教材以各种响应为主线的讲解思路,改为从学员熟悉的电容充放电入手,弱化高等数学的推导计算,注意理论和实际相结合,从电容充、放电的快慢引入时间常数的概念,并将戴维南定理再次作为实用的方法引入教学中。最后再对一阶动态电路进行理论上的扩展,介绍阶跃响应和冲激响应的概念和分析。同时,专业基础课对培养学员的自学能力和严谨的思维方法有着重要的作用。所以在教学过程中,课堂和课外的练习是必不可少的,而在布置课外作业时除了保证教学要求的基本知识点练习外,适当留几个知识扩展的练习题,让学员通过课后思考,或者到图书馆查资料解决问题,以便培养学员的自学能力。
3.5 结合多种教学手段和教学途径,提高教学效果
由于电路课程的基础课地位,使得其教学方式仍然以教员课堂讲授为主,为了缓解内容多、学时少的矛盾,充分利用现有的先进教学条件,如投影仪、多媒体教室等,将电路课程中板书多、画图多、演算繁杂等教学内容用CAI课件丰富教学手段,提高教学效果;此外注意加强理论教学与实验教学相结合的环节,注意引导学员应用理论知识指导实验、解决实验问题,培养学员自己解决问题的能力。
参考文献:
[1] 邱关源,《电路》第五版,北京,高等教育出版社
[2] J.奥马利(美).基本电路分析[M].李沐荪,张世娟,丘春玲译.北京:科学出版社,2002
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