王志功，沈永朝，趙鑫泰，徐 建

(東南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)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(xué)體系基本上是以當(dāng)時(shí)歐美發(fā)達(dá)國家的教學(xué)成果為基礎(chǔ)，經(jīng)國內(nèi)學(xué)者消化吸收而逐步建立發(fā)展起來的。建國初期，“電路”課程的教學(xué)開始沿襲前蘇聯(lián)的模式。由于當(dāng)時(shí)以半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的電子線路技術(shù)還處在萌芽階段，因此國內(nèi)的“電子線路”課程教材仍然以電子管及其電路為主要教學(xué)內(nèi)容。到了上世紀(jì)七十年代，由于半導(dǎo)體技術(shù)源自美國，電子線路的教學(xué)體系又基本上沿襲了美國的科技教育成果。由于形成時(shí)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(gè)體系。

老一輩電路與電子線路領(lǐng)域教育家對國外教學(xué)成果的中國化做出了重要貢獻(xiàn)。電路理論形成獨(dú)立的課程已有60年以上的歷史，已有多種經(jīng)典教材在國內(nèi)廣泛應(yīng)用。其中包括西安交通大學(xué)邱關(guān)源教授的《電路》和北京工業(yè)大學(xué)李瀚蓀教授的《電路分析基礎(chǔ)》等［1，2］?！半娮泳€路”課程的獨(dú)立教學(xué)可以追溯到上世紀(jì)70年代，其中，東南大學(xué)謝嘉奎教授的《電子線路》和華中科技大學(xué)康華光教授的《電子技術(shù)基礎(chǔ)》等教材及相關(guān)教學(xué)成果在高等教育教學(xué)實(shí)踐過程中取得了顯著效果，因而得到社會(huì)各界的普遍認(rèn)同［3，5］。

在新的歷史條件下，已有教學(xué)體系已難以滿足工業(yè)界對高等教育的需求，這幾乎已經(jīng)成為教育界和工業(yè)界的共識(shí)。國際知名高校如美國麻省理工學(xué)院在上世紀(jì)末便開始進(jìn)行了兩門課程貫通教學(xué)的實(shí)踐。而本文第二作者早在九十年代初就撰寫了數(shù)百頁貫通教學(xué)講義，在我校無線電系進(jìn)行過兩輪教學(xué)嘗試。2007年秋，本文第一作者應(yīng)邀承擔(dān)我校“高等理工實(shí)驗(yàn)班”電子信息基礎(chǔ)課程的改革工作，并擔(dān)任“電路”與“電子線路”兩門課程的主講。當(dāng)時(shí)面臨的問題是如何使兩門基礎(chǔ)課程的教學(xué)適應(yīng)當(dāng)代電子信息技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要，實(shí)現(xiàn)貫通教學(xué)，形成全新的知識(shí)結(jié)構(gòu)和教材體系。

我們在九十年代初撰寫的講義基礎(chǔ)上開始工作，傳承了教學(xué)改革的事業(yè);自2003年始，筆者擔(dān)任教育部高等學(xué)校電子電氣基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)主任委員，組織了電子電氣基礎(chǔ)課程5個(gè)方向12門課程“教學(xué)基本要求”的制訂工作。已制訂的這兩門課程的“教學(xué)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(píng)選工作。數(shù)門“電路”與“電子線路”方面的國家精品課程為準(zhǔn)備《電路與電子線路基礎(chǔ)》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(shè)計(jì)方面的專著和教科書，為這套《電路與電子線路基礎(chǔ)》教材的編寫奠定了基礎(chǔ)，以上這些都為我們開展新課程的建設(shè)提供了前提和基礎(chǔ)。這些文獻(xiàn)、資料和圖片在因特網(wǎng)上可供參考和選用。

此項(xiàng)教學(xué)改革首先要實(shí)現(xiàn)“電路”與“電子線路”兩門課程的貫通教學(xué)，使其內(nèi)在理論體系的一致性能更好地在教學(xué)過程中發(fā)揮作用;其次要使教學(xué)與產(chǎn)業(yè)實(shí)際接軌，使學(xué)生切實(shí)掌握實(shí)踐知識(shí)和培養(yǎng)工程能力［8］。

1 兩門課程貫通教學(xué)改革方案

1.1 實(shí)現(xiàn)“電路”與“電子線路”的貫通

傳統(tǒng)“電路”與“電子線路”教學(xué)將原本為一脈相承的知識(shí)體系按兩門獨(dú)立的課程講授。事實(shí)上，這種教育模式會(huì)使學(xué)生在認(rèn)知和應(yīng)用相關(guān)知識(shí)時(shí)產(chǎn)生了隔膜。這種隔膜感會(huì)對學(xué)生的思考力和創(chuàng)造力產(chǎn)生潛移默化的消解作用，不利于知識(shí)的融會(huì)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(fā)展歷史，使學(xué)生對該領(lǐng)域及該課程的總體結(jié)構(gòu)和脈絡(luò)有清晰的認(rèn)知;然后以當(dāng)代電子線路分析與設(shè)計(jì)的國際標(biāo)準(zhǔn)方法和SPICE軟件工具為主線，依次引入電源、電信號(hào)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(yīng)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(shè)計(jì)思路。該結(jié)構(gòu)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(tài)、從小信號(hào)到大信號(hào)、從單元電路到功能電路以及從模擬到數(shù)字邏輯，從分析到設(shè)計(jì)，節(jié)節(jié)深入，步步提高，實(shí)現(xiàn)了電路與電子線路概念和知識(shí)的融會(huì)貫通和理論與工程的密切結(jié)合。此外，本課程統(tǒng)一了電流和電壓等符號(hào)，如:傳統(tǒng)電路課程采用u代表電壓，而傳統(tǒng)電子線路教材采用v代表電壓，新教材統(tǒng)一用v表示電壓，從細(xì)節(jié)上實(shí)現(xiàn)兩門課程的一致貫通。

1.2 強(qiáng)調(diào)學(xué)以致用

傳統(tǒng)電路與電子線路方面的教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)踐距離較遠(yuǎn)。特別是傳統(tǒng)的“電路”課程似乎更像是一門物理課，理論知識(shí)很多，缺乏實(shí)踐知識(shí)。例如，傳統(tǒng)電路教材中，學(xué)生學(xué)完電阻后，對電阻的認(rèn)識(shí)僅停留在一個(gè)矩形符號(hào)、歐姆定律以及一系列計(jì)算方法上。學(xué)生對于電阻的種類和容差，其與實(shí)際應(yīng)用相關(guān)的概念均一無所知，而這些恰恰是生產(chǎn)實(shí)踐中更為重要的知識(shí)。

本教改項(xiàng)目在教材和教學(xué)實(shí)踐中增加了大量與工業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的知識(shí)，使學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)能夠基本滿足當(dāng)前工程應(yīng)用的需要。例如，在本課程講述電阻時(shí)，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(shí)際應(yīng)用密切相關(guān)的知識(shí)。此外，我們開發(fā)了一套博物實(shí)驗(yàn)板，按教學(xué)進(jìn)度展示各類電阻、電容和電感等元器件。該博物實(shí)驗(yàn)板還能夠?qū)崿F(xiàn)對相應(yīng)電路功能的測試，這使學(xué)生能夠零距離的體會(huì)電路與電子線路的基本理論和實(shí)際應(yīng)用。

1.3 重視設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)“電路”與“電子線路”的教學(xué)重分析輕設(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)電路，而設(shè)計(jì)與分析本身是有很大區(qū)別的，設(shè)計(jì)的教學(xué)是無法被分析的教學(xué)所取代的。

根據(jù)這份報(bào)告，75%的癡呆癥患者和64%的家庭護(hù)理人員認(rèn)為他們遭受到“負(fù)面的聯(lián)想”;40%的癡呆癥患者稱被排除在日常生活以外。在報(bào)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(lǐng)導(dǎo)我有阿爾茨海默病，不然的話我的處境將會(huì)更加困難?！?/p>

我們編寫的教材介紹了大量與電路設(shè)計(jì)相關(guān)的知識(shí)，此外，在每冊的最后一章都專門安排了對電路設(shè)計(jì)的講述，這使學(xué)生能夠?qū)﹄娐吩O(shè)計(jì)應(yīng)用有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，為以后的實(shí)際工作奠定基礎(chǔ)。

2 貫通教學(xué)取得的成果

本教改項(xiàng)目自2008年1月啟動(dòng)至今，已在我校吳健雄學(xué)院“高等理工實(shí)驗(yàn)班”進(jìn)行了五輪全面的教學(xué)實(shí)踐，成效顯著。具有如下主要教學(xué)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(chǔ)(電路部分)》共14章，52萬字。全書內(nèi)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(shù)到分布參數(shù);③從單端口、二端口到多端口網(wǎng)絡(luò);④從直流靜態(tài)、交流穩(wěn)態(tài)到瞬態(tài);⑤從線性到簡單的非線性;⑥從分析到初步設(shè)計(jì)。

本教材出版一年多時(shí)間，已被多所高校采用。

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

這套教材整個(gè)教學(xué)體系真正實(shí)現(xiàn)了從學(xué)生已有的基本電路知識(shí)到實(shí)用電子線路分析和設(shè)計(jì)的跨越。為了實(shí)現(xiàn)漢英雙語專業(yè)詞匯對照教學(xué)，基本專業(yè)術(shù)語在本教材第一次出現(xiàn)時(shí)都給出了其英文術(shù)語，且在書后按漢語拼音順序給出了匯總，以便于學(xué)生日后寫英文論文時(shí)查閱。本套教材已入選“教育部高等學(xué)校電子電氣基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)推薦教材”。

2)研制出電路和電子線路教學(xué)博物實(shí)驗(yàn)板

電路部分的教學(xué)博物實(shí)驗(yàn)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(xué)博物實(shí)驗(yàn)板

電子線路部分的教學(xué)博物實(shí)驗(yàn)板也即將推出。這兩種博物實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)理念、實(shí)現(xiàn)、課堂及課外應(yīng)用方法將另文介紹。

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

4)編寫習(xí)題集一套:為教材提供足夠數(shù)量和難度適中的課后練習(xí)題。

5)編寫Cadence配套教材一本(含教學(xué)軟件一套):為計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)提供配套教材。

3 結(jié)語

“電路”和“電子線路”作為電子信息類專業(yè)基礎(chǔ)課，需要關(guān)注的是其專業(yè)性和基礎(chǔ)性。其中，專業(yè)性必須首先得到足夠的體現(xiàn)，即其知識(shí)體系和能力培養(yǎng)必須能夠與當(dāng)前的產(chǎn)業(yè)實(shí)踐相契合。這種契合不僅僅是要在原有理論知識(shí)的基礎(chǔ)上引入與實(shí)踐相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，更重要的是要在原有理論思維方式的基礎(chǔ)上引入與實(shí)踐相關(guān)的思維方式，這就需要將諸多專業(yè)知識(shí)點(diǎn)及其內(nèi)在的邏輯關(guān)系以學(xué)生能夠接受的方式呈現(xiàn)出來。本教改項(xiàng)目正是本著以上原則，對“電路”與“電子線路”兩門課程進(jìn)行了貫通。我們在引入大量相關(guān)實(shí)踐知識(shí)的基礎(chǔ)上努力體現(xiàn)電路與電子線路各知識(shí)點(diǎn)之間內(nèi)在的邏輯關(guān)系，力爭使學(xué)生在理解掌握諸多電子元器件和電路工作原理的基礎(chǔ)上，逐步培養(yǎng)工程思維模式，適應(yīng)未來工業(yè)界的生產(chǎn)實(shí)踐需要。

［1］ 邱關(guān)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(chǔ)［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(shù)基礎(chǔ)(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(chǔ)(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(chǔ)(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(shí)訓(xùn)教程［M］，北京:高等教育出版社，2013