电路课程教学内容的改革与

摘 要 ：电路是电类专业第一门重要的专业基础课,在整个课程体系中起到承上启下的作用.从教学内容入手,讨论了对电路课程进行改革的必要性,明确了不仅要学好电路,更要用好电路,以强调电路课程工程概念的培养.讨论了电路课程与后续课程交叉的主要内容,便于学生对后续课程的学习,有利于充分调动学生学习的积极性,不断提高教学质量.

关 键 词 ：电路；教学内容；教学改革

作者简介：张宇飞（1961-）,女,江苏丹阳人,南京邮电大学电子科学与工程学院,副教授；史学军（1967-）,女,江苏宜兴人,南京邮电大学电子科学与工程学院,讲师.（江苏 南京 210023）

基金项目：本文系南京邮电大学教学改革项目（项目编号：JG03311J61）的研究成果.

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）16-0080-02

随着电子信息技术的快速发展,新知识和新技术的不断涌现,电路作为电类本科生必修的专业基础课,改革教学内容势在必行.在南京邮电大学（以下简称“我校”）,培养高素质创新型人才的需求成为该课程改革的强大推动力.本文讨论了电路课程体系,强调了电路理论的应用,阐述了电路和信号与系统、模拟电子技术、数字电路、通信电路、电力电子技术课程的一些关联内容,对教学内容进行了重组,引导学生通过电路课程的学习,充分了解电路知识体系构架,为学生后续专业课的学习确立明确的方向和目标.

一、对电路教学内容改革的认识

目前,在我校自动化、电气工程及其自动化、测控等电气工程类各专业所开设的电路课程,内容主要涵盖直流电路、动态电路和正弦稳态电路的分析,理论教学64学时.为适应该类专业的要求,通过调整增加了正弦稳态电路、三相电路部分的课时,以加强交流部分内容；通过调整部分例题内容,加强了能量传输的概念；为引用工程应用的实例,增加了运算放大器的内容,通过补充介绍应用实例,以强调工程概念的培养.并尝试在教学中予以实施.通过几届学生的教学实践,也取得了初步的成效,在改革的过程中也看到了目前电路课程仍存在的不足以及和兄弟院校的差距.根据我校培养高素质创新型人才的需求,通过对兄弟院校教学的考察和调研,电路教学组深入研究了我校学生现状,提出应着重从以下几个方面进行改革.

1.学好电路、用好电路

传统的电路课程只研究基于电路模型的分析,不讨论实际电路元件的建模背景；只研究模拟电路,不讨论数字电路.其结果使学生学完电路后甚至不知道受控源为何物,往往是考试成绩很好,遇到问题却不知如何下手.随着电子信息技术的快速发展,超大规模集成电路和数字系统得到广泛应用,新知识越来越多,而学时是有限的,这些都给电路教学带来了新的挑战.一些新的知识应在电路课程中体现,电路理论的应用也应该在课堂加以讨论.学习电路不应当立足于只会解电路题,要会用电路所学知识解决实际问题.使学生进一步明确学习电路的目的,体会到要用好电路,必须要学好电路.因此电路教学应当教什么,怎么教,是任课教师迫切需要研究和解决的问题.

2.电路与后续课程的联系

任课教师在授课过程总是会强调电路课是本科生必修的专业基础课、是后续专业课程的重要基础,如何让学生在学习电路这门课的过程中真正体会到电路课的基础性和桥梁作用,正是我们需要探讨和解决的问题.应提炼出与后续课程关联的电路教学的具体内容,使学生切实感受到各门课程之间不是相互独立的,而是相互关联的,也就自然体现出了电路课的基础性和重要性.如果在电路课程的学习中打下了良好的基础,将有利于学生进入后续课程的学习或将来进入其他领域的进一步深造.因此,迫切需要适当调整教学内容,使学生在有限的课时内不仅掌握好基本概念、基本理论和基本的分析方法,也能通过对基本电路理论的应用,使学生真正感受到一些知识点在实际中的应用和后续课程中的延深,深刻感受到电路课程承上启下的作用,充分调动学生学好电路课的积极性.

二、与相关课程交叉的主要内容

我校电路课程在大一下学期开设,电路是第一门具有工程色彩的专业基础课,这时的学生并不清楚电路与自己所学的专业有多大关系以及它的重要性.不能等学生把四年大学读完了,才知道一些知识点的重要性,这就会使学生失去主动学习的积极性.教师有责任在授课过程中梳理出电路和后续相关课程的内在关系,引导学生尽早对本专业课程体系、知识体系、研究对象和发展方向等有所了解,使学生早日认识本领域研究内容的宏观面貌,这将有助于学生主动的有目标的学习.基于此,笔者梳理了电路和信号与系统、模拟电子技术、数字电路、通信电路教学的一些关联内容,为电路课程内容的重组奠定了基础.

1.与信号与系统交叉内容

电路课程在正弦稳态电路的分析中,专门介绍了非正弦周期电路的稳态分析,讨论这一问题,是因为工程实际中经常遇到的是激励为非正弦的周期信号,比如自动控制和计算机领域常用的脉冲信号就是典型的非正弦周期信号,对于这类信号,利用傅里叶变换将信号分解为一系列不同频率的正弦量,然后根据叠加定理就可以求出电路的响应.在后续的信号与系统课程中,对连续信号与系统的频域分析做了详细的讨论,同样以傅里叶变换理论为工具,将信号从时间域映射到频率域,进一步揭示了信号内在的频率特性以及信号时间特性与频率特性之间的对应关系,才有了信号和系统的频谱、带宽及无失真传输等重要概念.在对信号有了全面认识的基础上,就有可能对实际工程问题进行准确的分析,并解决实际中关于电信号的处理问题.可见信号与系统中的傅里叶变换是电路课程相关内容的延伸.

2.与模拟电子技术交叉内容

在电路课程中,大量的篇幅都是针对由理想电路元件（线性元件）构成的模型电路的分析,关于非线性电阻电路的分段线性化、小信号分析法以及含有二极管的电阻电路分析,往往不作为重点内容讲解.而模拟电子技术中所用到的电路主元件都是非线性元件,比如二极管、三极管、场效应管等,小信号分析法就是工程上的近似方法,在模拟电子技术课程中用于解决放大器的交流等效电路问题,将非线性电路在一定条件下线性化,这才有可能对放大器构成的电路进行解析分析.电路课程关于非线性电阻电路的分析是模拟电子技术中放大器交流等效电路分析的基础. 3.与数字电路交叉内容

虽然电路课程只研究模拟电路,不讨论数字电路,但当今数字系统的广泛应用,促使教师在电路课程中有责任引入数字电路的一些基本概念.在使用数字计算机控制的工业生产自动化系统中需要把模拟量转为数字量,即模数转换（A/D）,如果要用计算结果去控制工业对象,又需要把数字量转换为模拟量,即数模转换（D/A）.计算机为一个二进制系统,因此可以方便地和逻辑系统结合起来,且在物理上实现具有两个稳态值的数字系统也比较容易.在电路课程中,当学习了电路的基本概念以及叠加定理后,就可以讲解由直流电源和电阻元件构成D/A解码网络、实现D/A转换的内容,可以让学生在电路课程中就能学习到数字电路的一些基本概念,以便于在以后的数字电路学习中能够与电路的相关内容融会贯通,从不同角度全面深入掌握重要的知识点.应当将电路学习阶段已经涉及到的数字电路的基本概念介绍给学生,帮助学生及时掌握所需的基础知识,让学生带着探究的心态进入到后续课程的学习.

4.与通信电路交叉内容

通信电路中无线通信系统的各个重要部分都需要由具有特定功能的电路来实现,建立这一系统的目的是做好信号的产生、传输和处理,也是电路用于信号处理的典型应用.电路课程中关于电路的频率特性和L、C谐振电路的分析等内容都是通信电路中的重要电路部分.

5.与电力电子技术交叉内容

电力电子技术中发电系统的各个重要部分都需要由具有特定功能的电路来实现,这一系统是电路用于能量处理的典型应用.电路中有关三相电路的基本概念、基本分析方法以及三相电路功率的计算,是电力电子技术课程中三相整流电路、逆变电路的基础.即电路课程中关于三相电路分析的基本概念和基本理论都是发电系统的重要基础内容.

三、教学内容的重组

在电路教学中,教师应当下工夫、花时间提炼出经典内容并不断总结教学经验,将基本内容和重点内容以更简明、更容易被学生接受的方式传授给学生,不失时机地讲解与知识点相关的新知识及实际应用,同时要注意到电路与后续课程相关内容的讲授,使学生在电路这门课程的学习中能对本专业的知识体系结构有一个全面的认识,切实感受到各门课程之间不是相互独立的,而是相互关联的,以便于学生针对自己将来的发展方向,积极主动学习相关课程.基于以上的思考,对电路教学内容进行了重组.

1.电阻电路部分

网络定理讲解之后,引入例题D/A解码网络,通过电路实现D/A转换,引导学生建立数字电路的基本概念；将二端口网络内容提前,强调二端口网络端口的u、i关系,运算放大器就是一个典型的二端口网络,实际使用时只需关注其端子上的u、i关系,即端子效应.这种抽象观点是今后分析和设计复杂电路所必须具备的.这一内容是模拟电子技术和数字电路分析的基础.

2.动态电路部分

在电路课程中,对零输入响应、零状态响应、全响应的内容应当从概念上扩展到非直流激励的响应问题,引导学生提出这个问题,关注在信号与系统中的解决方法；强调动态电路阶跃响应的概念及重要性,增加介绍阶跃响应和电路系统响应之间关系的内容.这样极大地增强了学生的探究意识,有利于学生带着问题进入到信号与系统课程的学习中.

3.正弦稳态电路部分

正弦稳态电路中的频率特性和L、C谐振电路的分析等内容都是通信电路中的重要电路部分,为此应当把一个完整的无线电发射、接收系统介绍给学生,让学生深刻领会电路的基础作用,基础打好了,在通信电路中才能掌握好这部分内容.而三相电路分析的基本概念和基本理论都是电力电子技术中的重要电路部分,是发电系统的重要基础内容,为此应当把整流电路、逆变电路的概念介绍给学生,引导学生早点接触本专业所研究的基本内容,激发学生学习的积极性,便于学生自主学习.

四、总结

在电路教学中,对教学内容的改革进行了探讨,阐述了电路和信号与系统、模拟电子技术、数字电路、通信电路、电力电子技术等课程相关联的教学内容,对教学内容进行了重组,引导学生通过电路课程的学习,充分了解电路知识体系构架以及所学专业的研究对象、发展方向,对激发他们的学习兴趣和热情、学习后续专业课起到了积极的作用.