电路课程融合的教学方法研究

谢娜 周井泉 张宇飞

【摘 要】由于教材的分立，教师专业背景的区分，电路系列科目间往往缺乏交叉融合。在电路课程中，应该在一个较高的视角审视各科目之间的融合，融会贯通电路知识整体，才能夯实学生的基础，从而培养出具有应用能力、创新能力的工程人才。

【关键词】电路；课程融合；应用能力

1.引言

电路课程作为电子信息类的专业基础课是极其重要的。该课起着承上启下的作用，上承大学物理学，下启数电、模电、信号与系统。电路课程可以说是一门将物理基础理论过渡为工程实践基础的核心课程，并由此开启了工程实践的大门。

要能够深入理解电路基本概念，准确把握各方法的应用条件，有必要理解其物理基础电磁学。电路系列课程之间存在着关联抽象，如基尔霍夫定律是麦克斯韦方程组在满足集总参数条件下的简化；运放电路模块以及组合逻辑门电路都是对于一般电路的一种抽象提取。所以对于电路应用来说，强调电路基础课程与模拟电路和数字电路的紧密关联，可以让学生明确把握电路的整体脉络。做到既理解物理基础，同时掌握实际电路连接原理，把电路知识整体从各个科目之间加以融合，融会贯通才能夯实学生的基础，从而提高实际应用能力。

麻省理工学院首任校长威廉？罗杰斯提出，培养工程技术人才，仅仅精通技术是不够充分的，高等教育应该使学生在数学、物理、自然科学、英语和其它现代语言以及心理学和政治学的基础上，为学生在毕业后能适应任何领域的工作做好准备[1]。被划分的各个科目本质上是融合的一个科学整体，由于教材的分立，教师专业背景的区分，学科间的交叉融合往往缺乏系统性。所以在电路课程中，应该在一个较高的视角审视各科目之间的融合，从而培养出具有应用能力、创新能力的工程人才。

2.电路课程的理论基础

诺贝尔物理学奖获得者丁肇中指出，基础研究给我们的社会生活带来了巨大的变化。例如，经典物理的成就带来了蒸汽机、照相术、电子工程、收音机、电视、飞机等[2]。电子工程的产生来源于经典物理的基础研究。对于工科学生的培养来说，要熟练运用抽象化、模块化的基本元件来设计连接电路，这基本类似于调用计算机语言中的库元件编程的工作。但是不能否认，扎实的理论功底对于准确把握工程实践条件等起着至关重要的作用。

举例来说，由麦克斯韦方程组得到基尔霍夫定律需满足集总参数条件，从而使得麦克斯韦微积分方程简化为代数方程。一般课本上的集总参数条件描述为，电路器件以及整个实际电路的尺寸远小于电路最高工作频率所对应的波长[3]。单从电路教材中对于这一条件的解释，学生往往不是很清楚，只是死记硬背该条件。而用物理学中电磁波动方程来解释就会很容易，满足该条件可以让整个电路信号的传输没有延时（延时极小可忽略），这时电路各处的电流和电压才能保持同相位，基尔霍夫定律才成立。如果不满足该条件，只能用复杂的麦克斯韦电磁场理论去解决实际问题。显然，在理解物理本质的基础上分辨集总参数电路和分布参数电路会更加容易。

另外，在动态元件特性、耦合电感同名端、谐振电路等等诸多内容中，都可以通过电磁学的内容深入理解。

3.电路课程的抽象发展

以事物的内在联系对现象做出统一的科学说明，这就是科学抽象。实际工程實践中遇到的问题都极其复杂，从复杂的实际问题抽象出具体的理论模型，从而对其进行研究开发以及应用，是理工类学科普遍采取的方法。

比如在计算机、自动控制系统和各种通信系统中广泛应用的多功能运算放大器，其内部结构是很复杂的，但把它抽象成一个独立的电路元件后，忽略该元件内部电路的工作情况，只关注其外部特性及其等效电路，这样就可以模块化地直接利用运放的工作特性设计电路。再比如MOSFET管很容易构造出一个反相器电路，反相器就可以抽象成一个独立的电路元件，在此基础上构造出更多功能的电路。逻辑门电路是实现基本逻辑运算的电子电路组合，这也是对于一般电路的一种抽象数字提取。

部分高校已经开始整合电路系列课程并投入教学实践，取得了一定成效。“在融合的整体框架中介绍从无源器件到有源器件、从线性到非线性、从直流到交流再到瞬态、从小信号到大信号、从单元电路到功能电路以及从模拟到数字逻辑，从分析到设计，节节深入，步步提高，实现了电路与电子线路概念和知识的融会贯通和理论与工程的密切结合[4]。”

4.结论

电路课程的教学内容大部分时候都比较理论化，往往学生熟练掌握某个知识点后，仍不能将其与实际应用结合，提高自己的应用和应变能力。在相对静态的教材基础上，教师在备课过程中应该从融合的整体开始备课，课堂上做到深入浅出，并且不断充实即时的科技发展讯息，每一个知识点都能联系现在热门的技术产品，激发学生对产品进行分析和改进。

参考文献：

[1] 何振海.美国麻省理工学院教育理念的演进及启示.纪念教育史研究创刊二十周年论文集（18）——外国高等教育史研究，2009：1712- 1716.

[2] 丁肇中.寻找宇宙中最基本的粒子.百家讲坛——物理的挑战.

[3] 沈元隆，刘陈.电路分析基础（第三版）[M].北京：人民邮电出版社，2008.

[4] 王志功，沈永朝，赵鑫泰，徐建.“电路”与“电子线路”两门课程的贯通教学.电气电子教学学报，2014.2，36（1）：1- 3.

致谢

本文受南京邮电大学教学改革项目资助，项目号：JG03311J61，JG03314JX05。