电气基础课程群建设实施细节

郑丽丹

青岛理工大学琴岛学院 山东青岛 266106

“课程群”的概念自从1990年由北京理工大学王嘉才等提出后，经过多年的发展，已经成为国内各高校课程建设改革的发展趋势。然而，早在2007年，有文献对此趋势提出了质疑[1]。文章提出应该从课程群建设的意义、效率、效益以及可行性诸多方面综合评价，而不应该盲目跟风。

近年来，我院专科招生方式有了重大变革，出现了大类招生、文理兼招等现象，招生方式的变革对学校和学生总的效果是好的，但同时也带来了一些问题。其一是导致我系专科生中存在一部分文科生，文科生学习电气类专业没有物理做基础，学习起来有难度可想而知。其二，学生在初学专业课时，由于对以后所学专业还有选择的余地，往往抱着盲目观望的态度，喜欢就学，不喜欢就换专业。总结起来，如今的专科生主要存在基础较差并且学习热情不高的问题。本文的课程群建设，就选择我院2017自动化类学生作为项目实施对象。

针对受教育对象的特点，在授课过程中，秉承提高学生工程应用能力、创新能力，充分调动学生学习兴趣，培养学生自主学习能力的理念，介绍在课程群建设中经过预先计划、具体实施、分段总结改进等过程，最终得出的对于教学效果确实有一定好处的方案。摆脱“空想型”的课程群建设，以实例说明建设过程中的细节问题，希望可以达到抛砖引玉的效果。

本文的课程群是将电路、模拟电子技术、数字电子技术3门课程整合，形成课程群。纵观3门课的内容，无非是各种电子元器件以及电子元器件在电路中具体应用的研究。其中，电子元器件包括电路中的电阻、电容、电感、电压源、电流源、受控源、三相电源，模拟电子技术中的二极管、三极管、集成运放，数字电子技术中的门电路、存储电路。众所周知，现实中的任何一个实用电路几乎都会同时包含分别属于3门课程中的元器件，基于此，将3门课程的内容重新融合再分解。总体按照先元器件、再典型电路、工程应用的顺序讲解，在具体授课过程中，跟以往相比，做了如下改革。

1 整合教学内容

在教学内容方面，基本的思想是弱化知识点的理论性，以实际应用为第一出发点进行改革，使用研究型教学方式[2]，采用启发式教育方法，引导学生通过自己的思考和总结掌握相关的定理和分析方法，避免死记硬背。以电路原理中的电阻电路的一般分析方法为例，摒弃电路的图的相关概念，利用学生新近学习的线性代数的相关理论，即可合理解释支路电流法、网孔电流法、节点电压法等各种分析方法中关于未知数数量、方程数量以及如何列方程能够最方便地保证方程的独立性。

下面以支路电流法为例说明。

图1的典型电路中有4个结点，6条支路。其中i1～i6为各支路电流，即为本题目中的未知量。

图1 典型电路

支路电流法，简单说就是以支路电流作为未知量列出独立的KCL和KVL方程。

每个结点均可列出一个KCL方程，如果与某结点相连的支路至少有一个未被其他方程用过，则称此结点为独立结点，对应的为独立的KCL方程。而独立的KCL方程的总个数以所有支路电流都出现作为终结。

对结点①列KCL方程：－i1+ i2+ i6=0

方程中包含i1，i2，i6三个支路电流；

对结点②列KCL方程：－i2+ i3+ i4=0

上述两个方程中包含i1，i2，i3，i4，i6五个支路电流；

对结点③列KCL方程：－i4+i5－i6=0

上述3个方程中包含i1，i2，i3，i4，i5，i6六个支路电流，至此，所有独立的KCL方程已全部列完，可以证明，含有n个结点的电路，可以列出n-1个独立的KCL方程。

每个闭合回路均可列出一个KVL方程。如果某回路至少有一个支路未被其他方程用过，则称此回路为独立回路，对应的为独立的KVL方程。而独立的KVL方程的总个数以所有支路都被列进方程作为终结。验证过程从略。

综上所述，在利用支路电流法时，学生只需注意以下两点便可顺利列出独立的KCL和KVL方程。

(1)为了保证独立性，后列出的KCL方程需要包含至少一个没有出现的支路电流，后列出的KVL方程需要包含至少一个没有出现过的支路。

(2)KCL方程以所有支路电流都被列进方程至少一次作为终结，KVL方程以所有支路都被列进方程至少一次作为终结。

上述方法可以直接用于后续的网孔电流法等其他电路分析方法，可以让学生避免死记硬背，训练学生独立思考、分析的能力。

2 教学方式的变革

主要用于认识元器件，以讲解半导体器件为例，将半导体基础知识全部删除，通过实验的方式直接得出二极管、三极管等的相关特性，以二极管电路为例，授课过程中引入Mulitsim仿真软件，课堂上直接演示仿真过程。

图2 二极管接正向电压

图3 二极管接反向电压

通过图2、图3中的数据，可以容易地得出结论，二极管具有单向导电性，该方法直观、容易接受。除了单向导电性以外，通过引导，学生还可以观察到下列情况。

(1)二极管加正向电压时，如果忽略二极管的影响，回路中的电流应为12/200=0.06 A，而实际测量电流值为0.055 A，由此可以得出结论，二极管在加正向电压导通时有较小的正向压降。

(2)二极管加反向电压时，回路电流为7.105 μA，该电流很小，通常可以近似认为二极管截止，但是，需要注意的是，此时的截止与真正意义的断开有一定的区别。

经过上述的分析，接下来可以直接引入二极管的伏安关系曲线，利用这种方法，学生可以非常容易地接受新知识。“听到的会忘掉，看到的能记住，做过的才真正明白。”除了教师做实验给学生看以外，还安排学生上机亲自连接电路，观察仿真结果，课后学生普遍反映效果良好。

3 引入工程应用

为了扩展学生的知识面、激发学生学习兴趣，将任务驱动教学法引入教学中，例如在讲授元器件及其基本电路的作用时，引入简单的实用电路，如图4所示的监测报警电路就涉及包括由电阻连接的电桥、二极管、三极管组成的声光报警电路以及集成运放组成的运算电路和电压比较电路。采用从整体到局部的方式，利用仿真软件，首先向学生展示成品电路的功能，同时，举耳熟能详的例子，激发学生兴趣，创建教学情境，使学生带着真实的任务在探索中学习；然后帮助学生采用分解的方式将整个电路划分为若干部分，逐个部分分析、理解其工作原理，在这个过程中，学生还会不断地获得成就感，可以更大地激发学生的求知欲望，逐步形成一个感知心智活动的良性循环；最后，还要求学生更改部分电路，从而实现更高层次的要求，培养学生独立探索、勇于开拓进取的精神[3-6]。

图4 监测报警电路

4 结语

本文主要从教学方面实施课程群建设，经过一年的建设，绝大多数学生对于课程均表示出兴趣，另有数名学生积极参与到院系的电子竞赛小组，渴望继续深入研究电子电路。相比较其余的课程群研究，本文详细讲述了实施的过程，希望对他人有所助益，但是，受时间和师资配置的局限，未能全方位开展实施本项目，以后，将继续从教材建设以及师资队伍建设方面研究。