应用型本科电气工程专业“电路”课程的改革与实践

摘 要：“电路”课程是电气工程及其自动化专业的主要基础课,作为应用型本科院校的“电路”课程教学需达到两个教学目的：使学生获得专业应用所必需的电路基本理论知识；培养学生对电路的分析和计算能力,掌握初步的实验技能,为学生后续专业课程的学习打下必要的电路理论基础,[1]达到电气工程及其自动化专业研究生入学考试对电路知识的基本要求.针对如何在不增加教学学时的前提下,达到上述教学目的,进行了改革和实践.

关 键 词：应用型本科；电路；电气工程及其自动化专业

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1007-0079（2014）11-0071-02

目前应用型本科院校多是在原先专科基础上升格或合并的普通本科院校,且多为地方性普通教学型高校,存在师资力量薄弱、实验设备陈旧等问题.学校升格后,应用型本科教育既是本科教育,但又区别于普通本科“理论性、学术性”人才培养模式.应用型本科人才培养更要注重实践性和应用型,还要兼顾到一大批学生有考研的客观需求.“电路”课程是电气工程及其自动化专业的一门主要专业基础课,也是该专业研究生入学考试的专业基础必考课,但目前“电路”课程教学无论在教材选用、教学内容、教学方法和实验教学等方面,都难以达到上述教学目的.在“电路”课程理论教学和实践教学中创新改革,势在必行.

一、科学合理制定教学大纲,明确教学内容

教学大纲是课程教学的纲领性文件.在教学课时一定的前提下,教学大纲既要体现专业应用所必需的电路理论知识,还要考虑到电路系统相对完整,以满足学生进一步深造的客观需求.为此在制定教学大纲时进行了广泛的社会调查,听取现场工程技术人员和参加过研究生入学考试考生的意见,充分了解工程一线所需的电路知识和研究生入学考试《电路》试卷类型,让他们共同参与教学大纲的制定,有的放矢地确定“电路”课程的教学内容.

以太原理工大学阳泉学院电气工程及其自动化专业“电路”课程为例,在2011年修订“电路”教学大纲时,既要考虑太原理工大学阳泉学院煤矿特色,又要结合研究生入学《电路》试卷题型,与会人员对“电路”课程的教学大纲修订达成以下共识：一是电路元件不仅要掌握外特性（端口电压、电流关系）,还要掌握根据实际工作环境选用元器件的方法.能根据电阻体上色环,识别电阻的阻值.掌握电解电容和无极性电容用法上的区别,会根据容量和耐压值选择电容等工程应用内容.二是增加集成运放非线性应用的知识.在集成运放教学中,加入微分、积分电路和移相电路等非线性应用,以满足煤矿选择性漏电保护中经常用到的波形整形知识.三是增加二端口网络教学内容学时,并将教学时间前移,求网络参数时要侧重于用实验方法去测得端口电压和电流值,进而求得网络的参数值.这种理念既符合工程应用的要求,又是研究生入学“电路”课程考试的热点.四是增加波特图的内容,强化电路频率特性知识,为后续的“模电”和“检测技术”等课程学习打下坚实基础.五是对结点电压法、回路电流法和支路电流等电路分析方法进行整合,统一由基尔霍夫定律应用引出.六是引进相关院校的一些考研真题,以满足学生的考研需求等.限于篇幅,在此不再累赘.

二、引进立体式教学方法和教学手段,提高教学效果

从新修订的教学大纲内容可见,新大纲既要满足应用型要求,又要满足学生的考研需求,大幅增加了教学内容.在教学课时不能增加的前提下,要保证教学效果,仅靠传统“粉笔+黑板”的讲授方式,很难满足要求.

第一,概念性、基础性的知识仍然沿用传统的板书讲授方式,便于学生掌握这些基础理论知识.在讲授中,注意引导学生思考和组织学生讨论.例如在讲授正弦交流电有效值内容时,在学生掌握有效值的概念、有效值物理意义和有效值的表示公式的基础上,启发学生思考两个问题：一是若电压（电流）是非正弦周期函数,如何求电压（电流）的有效值?并举邱关源教材第十章习题13为例,引发学生思考.[2]二是若电压（电流）是多个不同频率正弦函数叠加的周期函数,又如何求电压（电流）的有效值?将教材中第十三章“非正弦周期电流电路”内容引出来,组织学生讨论.这样不仅启发了学生思考,还将书本知识前后融合、贯通,讲清了有效值公式实用的范围.指出有效值、最大值是的关系,是针对正弦交流电而非所有周期函数.

第二,对于电路大纲要求了解的数学推导和复杂电路图,为了节约时间,也可采用多媒体课件讲解.如二阶微分方程求解、傅里叶变换和拉氏变换等内容,均用多媒体课件展示.另外,事先画好一些复杂的电路图,需要在讲授中用到的,直接用多媒体课件演示即可.这样既可以让学生达到了解的教学目的,又节约了时间,避免了将电路基础课变为数学复习课、习题课变为数学解题课的问题.

第三,将EWB和MULTISIM等常用电路教学仿真软件引进课堂教学,将便于仿真的案例在课堂上进行仿真演示,使教师和学生置身模拟现实的环境中,教师边讲解边实验,将实验结果直观显示,理论计算结果与仿真实验结果加以比对,激发学生的思考,利于与学生的良性互动,以取得良好的教学效果.

三、选用案例教学,增强学生应用实践能力

为达到应用型本科电路教学的双重教学的目的,仅仅局限于某版本教材是不现实的,至少当前是这样.必须在考虑专业特色的基础上,强化应用技术的应用.用成型的电路、实际的课题和实用的小制作为教学案例,广泛搜集材料,以取得良好教学效果.如讲到集成运放非线性应用时,以煤矿选择性漏电保护中常用的零序电压移相电路加以讲解为例,电路如图1所示.[4]

由电路理论知识,可推导得：

u0与ui的相位差为：

当调节R3从0到∞变换时,φ实现了从180°到0°移位.图2、图3分别是R3为0和R3为10K时,C1取0.33uF,w取314rad/s,用EWB仿真所得结果的波形图,理论推导与实践仿真结合,取得了很好的教学效果.工程上这样的案例很多,如50HZ滤波的双T型网络、相序指示仪等,这些实用的电路需在平时加强搜集.一些“电路”课程的考研真题,也可作为案例教学的实例,通过多媒体课件展示,以扩大学生的知识面.

四、改革实验教学,加强创新能力培养

应用型本科以培养应用型人才为主要目标,要把教学实践环节和实践能力培养放在更加突出的位置,注重培养学生的实践和创新能力.传统的“电路”实验是基于实验箱的验证性实验,学生被动完成实验内容,无法满足创新能力培养的需求.[3]目前信息工程系已对“电路”实验先行进行教学改革,总的思路是减少验证性实验,增加设计性和综合性实验.鼓励学生自主设计实验,先用仿真软件对实验构想做仿真.仿真通过后,提出实验方案,经实验指导教师同意后,购写电路实验所需的电路元件搭接实验电路,观察实验现象,分析实验结果,进而写出实验报告.为此重新设置实验报告格式,将电路实验独立设课,单独考核.此种做法极大地启发了学生的创新思维,加强了学生创新能力的培养.尽管此种做法因购写器件经费报销问题还未能大面积推广,但小比例的尝试已经取得可喜成绩.

五、鼓励学生学以致用,积极参加职业资格考试和各种比赛

职业资格证书是就业的凭证和通行证,学校以推行双证书制度作为切入点,将职业资格证书引入人才培养方案中,明确要求学生须取得相关行业的两个资格证书,方可毕业.学校的实验实训中心和山西省职业技能鉴定中心合作,负责对学生进行职业技能鉴定考核.同时鼓励学生参加全国大学生电子设计竞赛和全国大学生“挑战杯”等六大竞赛,目前多人参与山西省创新性实验项目研究,电气专业学生曾获得全国大学生电子设计竞赛山西省赛区一等奖,多次获全国大学生数学建模国家级和省级一、二、三等奖的好成绩.为了鼓励更多学生参与,校学生会和校团委还在推优评先、入党等方面,对积极参加比赛并取得优秀成绩的学生给予照顾.

六、结论

通过近几年对应用型本科电路的教学内容、教学方法和手段、实践教学等方面的改革与实践,在太原理工大学阳泉学院已取得较好的效果,学生对电路理论知识的应用能力显著提高,学生考研人数也大幅上升.但是在当前“电路”课程的教学和实验中,仍存在着教学制度不够健全、教学手段不太完善、立体化教材急需编写、教学案例尚需扩充等问题,相信通过不断的教学改革和实践,充分挖掘教师和学生的潜力,一定能达到应用型本科“电路”课程的教学目的.