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電路課程理論課工程案例教學(xué)探討摘要：電路課程應(yīng)用的工程案例教學(xué)法與其他課程不同，需要將工程案例的教學(xué)理念與理論教學(xué)深度融合，教學(xué)中要注重課程講授知識(shí)的發(fā)現(xiàn)、應(yīng)用和關(guān)聯(lián)，選用的工程案例不僅要在工程上具有典型意義，而且要與理論課的教學(xué)內(nèi)容完全耦合。經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐驗(yàn)證，工程案例教學(xué)法在教學(xué)過(guò)程中有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高了課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，促進(jìn)了學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：工程案例教學(xué)法；電路教學(xué)；理論教學(xué)

近年來(lái)我國(guó)高等教育深入開(kāi)展工程教育教學(xué)改革，一流院校和專業(yè)率先開(kāi)展了工程教育專業(yè)認(rèn)證，在教學(xué)中積極落實(shí)卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃。2018年11月，教育部高等教育司司長(zhǎng)吳巖在第十一屆大學(xué)教學(xué)論壇提出了“兩性一度”的中國(guó)“金課”建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，其中高階性要求課程將知識(shí)、能力、素質(zhì)有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力和高級(jí)思維。因此，在課程教學(xué)中加強(qiáng)本科生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)，促進(jìn)工程教育質(zhì)量提高，具有重要意義。在理論課程教學(xué)中，工程案例教學(xué)法是促進(jìn)工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的最有效方法[1-2]，但是目前存在工程案例教學(xué)法應(yīng)用范圍不廣、程度不深、與理論知識(shí)結(jié)合不緊密等問(wèn)題。一些高校將工程案例教學(xué)形式化，導(dǎo)致案例教學(xué)不僅沒(méi)能起到促進(jìn)學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的作用，反而因?yàn)閿D占了課內(nèi)學(xué)時(shí)，減弱了理論課程的授課時(shí)間。從理論課程教學(xué)的角度來(lái)看，與理論課程內(nèi)容關(guān)聯(lián)松散的案例沖蝕了理論知識(shí)，不利于學(xué)生將理論知識(shí)內(nèi)化和建立知識(shí)結(jié)構(gòu)，甚至有可能嚴(yán)重影響學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量。電路課程是一門(mén)理論性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課。筆者在理論課教學(xué)過(guò)程中，將工程案例的教學(xué)理念與理論教學(xué)深度融合，并結(jié)合課程內(nèi)容與實(shí)際的工程電路應(yīng)用，設(shè)計(jì)了一些成功應(yīng)用于教學(xué)的工程案例，取得了很好的教學(xué)效果。

1電路課程開(kāi)展案例教學(xué)的現(xiàn)狀

電路課程是北航自動(dòng)化學(xué)院學(xué)生的一門(mén)重要的必修課，共64學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)較少，課程內(nèi)容較多[3]，邏輯性強(qiáng)。課程考核對(duì)學(xué)生知識(shí)掌握的要求高，電路求解要應(yīng)用數(shù)學(xué)分析和積分變換等復(fù)雜數(shù)學(xué)計(jì)算，因此成為一門(mén)教學(xué)難度大、學(xué)生學(xué)習(xí)困難的課程，學(xué)生不及格率較高，2019年學(xué)生總評(píng)成績(jī)不及格率高達(dá)30%，課程教學(xué)改革勢(shì)在必行。電路課程重點(diǎn)研究電路模型的分析計(jì)算方法，電路模型是實(shí)際電路電磁特性的理想化，本課程就是理論課，課程知識(shí)較少能獨(dú)立應(yīng)用于工程實(shí)際電路，與模擬電路和數(shù)字電路等課程相比，課程內(nèi)容與工程實(shí)際差距較大。因此，多數(shù)院校的電路課程以理論教學(xué)為主，教學(xué)中很少采用工程案例教學(xué)法，相反，模擬電路和數(shù)字電路等課程教學(xué)中工程案例教學(xué)法的應(yīng)用卻非常廣泛。

2將工程案例教學(xué)法融入課程教學(xué)

電路課程雖然是一門(mén)理論課，但是電路元件是實(shí)際元件電磁特性的理想化模型，課程進(jìn)行工程案例教學(xué)具有先天的優(yōu)勢(shì)。電路課程應(yīng)用的工程案例教學(xué)法，與一般理論課的案例教學(xué)方法不同[3]。教師要樹(shù)立正確的工程案例教學(xué)理念，并將其深度融入課程的理論教學(xué)之中，將課程內(nèi)容的工程應(yīng)用背景深度融入理論教學(xué)實(shí)踐之中，使工程案例教學(xué)成為理論教學(xué)的有機(jī)組成部分。在教學(xué)中要注重電路知識(shí)的發(fā)現(xiàn)、應(yīng)用與關(guān)聯(lián)，凸顯電路理論知識(shí)的核心內(nèi)容和重要知識(shí)點(diǎn)，著重培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

2.1注重知識(shí)的發(fā)現(xiàn)

注重電路理論和電路分析方法的引導(dǎo)教學(xué)。電路課程的定理、定律和分析方法多數(shù)來(lái)源于工程實(shí)際問(wèn)題，是科學(xué)家對(duì)實(shí)際電路或問(wèn)題模型化后歸納總結(jié)得到的理論和方法，學(xué)生從中可以學(xué)習(xí)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、獲取知識(shí)的過(guò)程。教師在授課時(shí)要注重用問(wèn)題進(jìn)行引導(dǎo)[4]，讓學(xué)生了解電路分析方法是如何提出的，以及是針對(duì)哪類電路問(wèn)題的分析求解。在理論教學(xué)中，用三言兩語(yǔ)講清楚問(wèn)題的來(lái)龍去脈，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在學(xué)習(xí)電路知識(shí)的同時(shí)，也能學(xué)會(huì)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的思路和方法。進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維方法，使其逐漸熟悉從工程實(shí)際問(wèn)題中凝練科學(xué)問(wèn)題、尋找解決方法，再應(yīng)用到工程實(shí)際中的思路和過(guò)程，達(dá)到對(duì)所學(xué)知識(shí)不僅知其然，而且知其所以然的高階性教學(xué)要求。

2.2注重知識(shí)的應(yīng)用

注重實(shí)際電路中常見(jiàn)電路知識(shí)的典型工程應(yīng)用。集總參數(shù)電路都要遵循電路課程的定理和定律，一般實(shí)際電路規(guī)模龐大且功能復(fù)雜，雖然電路課程的知識(shí)不能完全詮釋實(shí)際電路的工作原理，但是實(shí)際電路中包含了大量電路知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。此時(shí)教師無(wú)須完整分析具體實(shí)際電路的特性，僅需指出其中電路知識(shí)實(shí)際應(yīng)用的原理和作用，點(diǎn)到為止即可。無(wú)須展開(kāi)，電路知識(shí)就從課堂的PPT和書(shū)本的鉛字，走進(jìn)了鮮活的工程實(shí)際，助力學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

2.3注重知識(shí)的關(guān)聯(lián)

注重電路課程知識(shí)在其他課程應(yīng)用與關(guān)聯(lián)的案例教學(xué)。電路課程是一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，課程知識(shí)與多門(mén)課程關(guān)聯(lián)。例如，分析求解要用到微分方程、復(fù)數(shù)、拉氏變換和反變換等數(shù)學(xué)知識(shí)，涉及數(shù)學(xué)分析和積分變換課程；電路課程中分析的一階電路與二階電路的階躍響應(yīng)、沖激響應(yīng)、頻率特性等關(guān)聯(lián)自動(dòng)控制原理課程中一階系統(tǒng)與二階系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)域特性和頻域特性等。教師在授課時(shí)要注意講解知識(shí)之間的關(guān)系，做好知識(shí)內(nèi)容的“二傳手”，幫助學(xué)生構(gòu)建自己的知識(shí)體系，內(nèi)化知識(shí)。

3電路課程工程案例教學(xué)法的實(shí)際應(yīng)用

電路課程可以采用具體的工程案例用于教學(xué)[5]，選擇的工程案例要與課程內(nèi)容密切關(guān)聯(lián)，要具有典型性，內(nèi)容要新穎有趣，與課程內(nèi)容深度融合，既不能稀釋理論課程的理論深度，也不能擠占理論課程的授課學(xué)時(shí)。工程案例教學(xué)法在應(yīng)用時(shí)要適時(shí)、適度、適量，不能生搬硬套，電路課程工程案例教學(xué)有自己的特點(diǎn)。下邊列舉三個(gè)在教學(xué)中實(shí)際應(yīng)用的工程案例。

3.1電橋電路的工程應(yīng)用案例

如圖1所示，筆者在講解電橋電路的計(jì)算和特性分析時(shí)，將數(shù)據(jù)手套指關(guān)節(jié)位置電橋測(cè)量電路的分析作為例題，雖然還是電橋電路，但是電橋輸出的是數(shù)據(jù)手套的關(guān)節(jié)位置。通過(guò)例題，學(xué)生不僅掌握了電橋電路的分析方法，而且新穎的教學(xué)內(nèi)容將理論知識(shí)關(guān)聯(lián)到實(shí)際電路，很好地聯(lián)系了工程實(shí)際，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。

3.2含理想運(yùn)算放大器電路工程案例

如圖2所示，筆者在講解運(yùn)用理想運(yùn)算放大器“虛短”“虛斷”規(guī)則分析電路特性時(shí)，選擇熱電阻溫度傳感器常用的雙運(yùn)放恒流源電路為例題，該電路工作原理與運(yùn)算放大器的“虛短”“虛斷”特性緊密關(guān)聯(lián)，用于“虛短”“虛斷”規(guī)則的教學(xué)能夠取得事半功倍的效果。

3.3三要素法工程案例

RC一階電路的時(shí)間常數(shù)為τ=RC，電路動(dòng)態(tài)特性變化的快慢取決于時(shí)間常數(shù)。RC一階電路的時(shí)間常數(shù)在工程上有兩種不同的典型應(yīng)用，一是照相機(jī)的閃光燈，閃光燈使用后需要間隔一段時(shí)間，待電容充電完成才可以再次使用，此時(shí)時(shí)間常數(shù)要小；二是警示閃光燈電路，如天線塔、建筑工地等處的閃光燈，其工作時(shí)需要閃爍，閃爍的快慢取決于時(shí)間常數(shù)，不能太慢也不能太快，閃爍的快慢要足以引起人們的警示。通過(guò)這兩個(gè)工程案例能夠加深學(xué)生對(duì)一階電路時(shí)間常數(shù)的認(rèn)知，并將該參數(shù)與實(shí)際電路的功能聯(lián)系起來(lái)。

4結(jié)語(yǔ)

在“金課”和新工科建設(shè)背景下，電路課程在理論教學(xué)中深度融合工程案例的教學(xué)理念，在教學(xué)中注重電路知識(shí)的發(fā)現(xiàn)、應(yīng)用和關(guān)聯(lián)，并將典型工程案例用于課程的例題，實(shí)現(xiàn)了理論教學(xué)與工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的無(wú)縫銜接。工程案例教學(xué)法在我校推廣兩年來(lái)，較好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、知識(shí)應(yīng)用能力的培養(yǎng)，提高了課程的教學(xué)質(zhì)量，學(xué)生總評(píng)成績(jī)優(yōu)良率穩(wěn)步提升，不及格率逐年下降，期末卷面平均成績(jī)逐年提高。

參考文獻(xiàn)

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作者:閆蓓 單位:北京航空航天大學(xué)自動(dòng)化科學(xué)與電氣工程學(xué)院