唐鶯　陳棣湘　潘孟春

[摘 要]卓越工程師教育培養(yǎng)計劃對電工與電路基礎(chǔ)課程有了新的要求。在教學(xué)活動中，應(yīng)該以提高學(xué)生工程素養(yǎng)和創(chuàng)新動手能力為目標(biāo)，深入進行教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式的改革，提出具體的教學(xué)改革措施。

[關(guān)鍵詞]電工與電路基礎(chǔ)；卓越工程師；教學(xué)改革；教學(xué)方法

[中圖分類號] G642.0 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）03-0133-02

卓越工程師教育培養(yǎng)計劃（簡稱卓越計劃）是教育部于2010年為落實國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要而推出的高等教育重大改革計劃，其目標(biāo)是培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才。[1]

課程作為大學(xué)教育的主要載體，是提高人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)，是學(xué)生獲得知識、發(fā)展創(chuàng)新能力、提高素質(zhì)的主要途徑，歷來為中外高校所重視。

電工與電路基礎(chǔ)課程（以下簡稱電路課程）是面向我校各工科專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在卓越計劃中具有一定的指標(biāo)性。通過對本門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以獲得電工與電路方面必要的基本理論、基本分析方法和基本技能，同時培養(yǎng)分析和解決與電學(xué)有關(guān)的實際問題的能力，使其具有一定的工程素養(yǎng)，建立科學(xué)的思維能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)以及從事與本課程有關(guān)的工程技術(shù)、科學(xué)研究、裝備維護工作打下堅實的基礎(chǔ)。

為了適應(yīng)卓越計劃的要求以及相關(guān)領(lǐng)域迅速發(fā)展的新形勢，近年來，秉承以“能力立意”為指導(dǎo)思想，將知識、能力與素質(zhì)融為一體，以全面提升學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)、創(chuàng)新能力為目標(biāo)，我校對電路課程進行了一系列的教學(xué)改革。

本文就教學(xué)改革思路、內(nèi)容、教學(xué)方法、評價體系環(huán)節(jié)的改革進行了探討。

一、改革思路

培養(yǎng)大學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、綜合創(chuàng)新能力以及工程問題的求解能力是卓越計劃的教學(xué)目標(biāo)，而電路課程作為“電”領(lǐng)域的入門課程，是學(xué)生接觸到的第一門工程類課程，對于學(xué)生建立工程概念有著十分重要的作用。而教學(xué)內(nèi)容是課程之根本，所有教育思想、教學(xué)理念需通過教學(xué)內(nèi)容的改革得以實現(xiàn)。過去的幾十年，電力、電子、計算機的飛速發(fā)展使得各種實際電路發(fā)生重大改變，因此需要更新教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生接觸到當(dāng)代最常用的基本元件，引領(lǐng)學(xué)生在工程背景下掌握元件建模的思想，弱化解題技巧和有關(guān)公式記憶。

David A.Sousa經(jīng)研究，人體大腦工作有著自身的規(guī)律特點，被動式學(xué)習(xí)如閱讀、聽講等，在學(xué)習(xí)24小時之后知識的保持率不到30%，而主動式學(xué)習(xí)如學(xué)生演講、分組討論、演示以及動手實踐等，可以將知識保持率提高到70%～90%。[2]進行教學(xué)手段和實踐教學(xué)的改革，要在課堂教學(xué)中引入適當(dāng)?shù)难菔緦嶒灪蛯嵨镎故荆趯嵺`環(huán)節(jié)強調(diào)課前的預(yù)習(xí)和仿真實驗，課后突出分組總結(jié)討論。

電路課程本身的分析方法具有辯證唯物主義的特點，比如我們在分析具體工程實際問題時常常要建立模型，它首先由具體抽象為一個電路模型，然后變成數(shù)學(xué)模型進行分析求解。最為簡單的就是手電筒照明電路，它由電池、連線和燈泡組成，我們在對其進行建模時將實際電器元件如電池等抽象為理想電路元件，得到由電源、理想導(dǎo)線和電阻組成的電路模型。模型法的本質(zhì)就是忽略次要矛盾抓住主要矛盾，把主要矛盾解決后再考慮一個次要矛盾，再考慮下一個次要矛盾，這實際是相對真理的絕對應(yīng)用，事實上絕對真理是永遠(yuǎn)達(dá)不到的。再比如串聯(lián)電路和并聯(lián)電路具有對偶性，串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路同樣可以采用對偶性進行分析。因此，在本課程的教學(xué)方法上，要實施案例教學(xué)、研究型教學(xué)等多種教學(xué)方法相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生舉一反三、歸納總結(jié)的能力以及科學(xué)思維的能力。

二、教學(xué)內(nèi)容改革

電路課程是實現(xiàn)科學(xué)教育與工程教育有機銜接的一門重要課程。在學(xué)習(xí)本課程之前，學(xué)生主要接受的是科學(xué)知識（高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理是其先修課程）；它又是電子技術(shù)、計算機硬件電路、傳感器與測試技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)課程的先導(dǎo)課程，教學(xué)內(nèi)容更接近工程實踐。因此，電路課程在課程體系中具有承上啟下的作用，是本科生由科學(xué)教育邁向工程教育的橋梁，本課程的學(xué)習(xí)對培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)有著十分重要的作用。

保持教學(xué)主體即電路定律和集總參數(shù)、電阻電路分析、動態(tài)電路的暫態(tài)分析以及正弦穩(wěn)態(tài)電路分析構(gòu)成電路基本不變，將二極管作為非線性元件，晶體三極管和場效應(yīng)管作為雙端口網(wǎng)絡(luò)，運算放大器以及“與”、“或”、“非”基本邏輯門作為元件等引入電路課程進行介紹，使得電路課程教學(xué)突破僅僅限于理想電阻、電容、電感、獨立源和受控源等理想電路元件構(gòu)成電路的分析計算，打通電路基本原理、定理與實際元件電路的橋梁，使得電路課程與實際電路建立一定聯(lián)系，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，也有助于與后續(xù)課程“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”、“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程內(nèi)容的合理銜接。

與此同時，二極管、晶體三極管在不同工程背景下需要建立不同的等效模型，這有利于學(xué)生理解和掌握電路中的建模思想。

引入大量工程實例，包括：警示燈電路，波形變換電路，汽車點火電路，MOSFET構(gòu)成的常用邏輯門電路，CMOS門電路的靜電保護與過流保護原理，萬用表分壓分流電路，家用有害氣體報警電路，二極管整流電路、限幅電路、穩(wěn)壓電路，同相程控增益放大電路，溫度測量與控制電路，高壓開關(guān)滅弧性能試驗電路，移相器電路，電視機聲像信號分離電路，互感線圈同名端測量電路，電功率表與線圈參數(shù)三表法測量電路，三相電路的功率測量等。這些工程實例既緊密結(jié)合電路的知識點，即電路的能量處理和信號處理兩個方面，又涉及后續(xù)課程模擬電子電路和數(shù)字電子電路，充分地體現(xiàn)電路的工程應(yīng)用性，也有助于培養(yǎng)交叉學(xué)科人才的應(yīng)有的創(chuàng)造性。

三、改進教學(xué)方法

教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等是教學(xué)實踐活動的幾大要素。教學(xué)內(nèi)容要想有效地啟發(fā)學(xué)生，需采取行之有效的教學(xué)方法和教學(xué)手段。基于以學(xué)生為主體、教員為主導(dǎo)的教學(xué)理念，以案例式教學(xué)法為核心，綜合運用對比分析、交互討論等多種教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)、舉一反三、觸類旁通的能力，尤其是科學(xué)思維的能力。以諧振電路為例，由一個演示實驗引入課程內(nèi)容：采用200W燈泡模擬電阻元件，將燈泡、電感元件和電容元件串聯(lián)構(gòu)成RLC串聯(lián)電路，改變電容值，設(shè)計電容值由小到大變化，引導(dǎo)學(xué)生觀察燈泡的明暗程度并思考：燈泡為什么先由暗到亮再變暗？問題的實質(zhì)是什么？什么條件下燈泡最亮？最亮?xí)r燈泡工作在什么狀態(tài)？學(xué)生們探究這些問題的過程就是培養(yǎng)科學(xué)思維的過程，他們已有的知識、信息和經(jīng)驗等會被喚醒：燈泡的亮暗反映了流過電流的大小，而電流的大小又與電路的阻抗有關(guān)，由此可以得出串聯(lián)諧振的條件，總結(jié)歸納串聯(lián)諧振電路的特點；引導(dǎo)學(xué)生利用對比分析方法，自行分析RLC并聯(lián)諧振電路特點，得出諧振電路的共性；可以實現(xiàn)對源的放大，再引入具體實例，如收音機電路以及科研案例懸臂梁結(jié)構(gòu)，加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解。

又比如，一階電路的響應(yīng)，在分析基本概念、電路特性基礎(chǔ)上，分析時間常數(shù)的物理意義，引入閃光燈電路、汽車點火電路等具體案例，步步深入，既能激發(fā)學(xué)生的興趣，又能讓學(xué)生學(xué)以致用。

四、評價體系環(huán)節(jié)改革

學(xué)生成績的評定是重要的教學(xué)環(huán)節(jié)之一。為了能夠客觀、全方位地對學(xué)生的綜合能力和素質(zhì)進行評定，需要拓展傳統(tǒng)的考核方式方法，實施以全面衡量學(xué)員能力為前提的課程全程跟蹤式多種考核方式的有效結(jié)合。根據(jù)電工與電路基礎(chǔ)課程理論性和實踐型強的特點，改革課程閉卷考試試題內(nèi)容，以突出考查學(xué)員分析問題、解決電路實際綜合應(yīng)用能力；實施隨堂測試和階段性考試相結(jié)合，學(xué)生最終成績由30%的平時成績和70%的期末筆試成績組成。平時成績是課堂測驗和課后作業(yè)的綜合體現(xiàn)，包括學(xué)生平時課堂表現(xiàn)，如回答問題、參與課堂討論、完成作業(yè)任務(wù)等的評價。

課堂學(xué)習(xí)的時間是一定的，學(xué)生的能力與素質(zhì)能否得到一定的提高，關(guān)鍵在課外。秉承這一理念，在一些課后大作業(yè)的布置和專題研討內(nèi)容的安排上，需要學(xué)生進行自主設(shè)計，以及進行文獻調(diào)研，撰寫學(xué)習(xí)報告，非常有利于訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維能力，有利于考查學(xué)生對于問題的理解能力。例如，在學(xué)習(xí)諧振電路這部分內(nèi)容時，布置課后訓(xùn)練題有：1.包含兩個頻率分量ω1、ω2（ω1<ω2）的激勵u1（t）：u1（t）=u11（ω1）+u12（ω2），要求響應(yīng)uo（t）只含有ω2頻率分量，如何實現(xiàn)？2.諧振電路其他一些實際應(yīng)用，或自行設(shè)計電路（無論可以實現(xiàn)什么，重要的是設(shè)計具有獨創(chuàng)性、可行性），諧振電路又有哪些危害？3.對于低內(nèi)阻和高內(nèi)阻激勵源，如何選取諧振電路？課后作業(yè)的布置體現(xiàn)出自主性和一定程度的開放性。

五、結(jié)束語

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，大學(xué)教育到底應(yīng)該教給學(xué)生什么，如何教？這是所有高校教師都應(yīng)該思考的問題。目前，我們就學(xué)校的公共基礎(chǔ)課程電工與電路基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等的改革進行了初步探索，實施時間不長，還處于摸索階段。面對卓越計劃的目標(biāo)和要求，以提高學(xué)生的自學(xué)能力、工程素養(yǎng)和創(chuàng)新動手能力為首要任務(wù)，如何進一步改革教學(xué)方法、如何加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)等，還有待下一步的思考和實踐。

[ 注 釋 ]

[1] 劉浩，楊上河，尚建華，等.面向卓越計劃的“電路與模擬電子”的教學(xué)改革[J].計算機教育，2012（1）.

[2] David A.Sousa.How the Brain Learns[M].Corwin Press Inc（3rd Revised edition），2006.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]