电路分析基础教学改革探索
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）31-0102-02
电路分析基础课程是我院电类相关专业的专业基础课。通过本课程的学习，可以使学生掌握电路的基本概念、基本理论、基本分析方法以及基本实践技能，在为后续基础教学（如模拟电子技术、数字电子技术、高频电子电路、信号与系统等）和专业教学（如装备电气系统、雷达原理等）打下基础的同时，着力培养学生科学思维能力、分析计算能力、归纳总结能力、研究创新能力。随着教学改革的深入，教学时数逐渐减少，如何保证教学质量和教学效果，是教师需要直面的问题。
一、优化教学内容，构建知识体系
电路分析基础课程面向我院电类直通车学生开设，这些学生所学专业门类复杂多样，在后续的专业课中所学的装备也不同，它们所需的专业基础知识也就各有不同，侧重点也不一样，因此需要认真分析传授的内容与专业需要是否匹配，通过在主要内容上合理地分配学时，加深学生对主要知识点的把握。因此将课程内容模块化，主要包括：直流线性电路模块、交流线性电路模块和非线性电路模块[1]，每一个模块又分为若干小模块。例如，直流线性电路模块又分为电路基础模块、RS电路模块、RLCS电路模块；交流线性电路模块又分为正弦稳态电路模块、三相电路模块、非周期电源电路模块、耦合电路模块等。在讲授时，通过将课程内容的灵活组合，对模块和知识点进行适当调整，就可适应不同专业需求。
在教学内容安排上，按照电路组成元件的种类和数量由简到繁的原则，依据电源元件的时域特性和频域特性，按照先易后难的认知规律进行讲授。例如在讲授直流线性电路模块时，首先讲授电路基础模块，其中主要讲授电路中的四类基本元件――电源、电阻、电感、电容的特性和伏安关系，在此基础上，讲授单类电路元件的电路分析，然后讲授具有两类电路元件的电路分析（包括RS电路、RL电路和RC电路），再讲授具有三类电路元件的电路分析（包括RLS电路和RCS电路），最后讲授具有四类电路元件的电路分析（RLCS电路）。在讲授完直流线性电路模块后，以其为基础，通过引入Z元件（阻抗元件）和S元件（运算阻抗元件），将正弦稳态电路分析和线性电路复频域分析归为直流线性电路分析方法的应用。在讲授过程中，要紧紧抓住“两类约束”（即元件约束――元件的伏安关系，拓扑约束――基尔霍夫定律）在电路分析中的具体运用，让学生了解电路分析中的许多方法都是在这两类约束具体应用的基础上演变而来的，让学生知道各种分析方法的来龙去脉，做到不但知其然，而且知其所以然，以加深对各种分析方法的理解。这样的教学内容安排，内容更加简洁，条理更加清晰，结构更加合理，便于学生对知识的掌握。
二、改进教学方法，提高教学效果
在电路分析基础课程教学改革过程中，由于课时数减少，如何在较短的时间内使学生掌握知识，提高授课效果，是值得思考的问题。在授课过程中除采用传统的启发式、研讨式等传统教学方法外，还尝试采用工程案例式、比照推演式等教学方法，着力培养学生的工程实践能力和敛散思维。
1.工程案例式教学培养学生工程实践能力。工程案例式教学是在教师的指导下，根据教学目的的要求，组织学生通过对案例的阅读、思考、分析、讨论和交流等活动，引导学生把案例与理论相结合，运用所学知识对案例进行分析和探讨，从中得出经验和教训，从而使学生更深切地理解理论的真谛，训练学生分析问题和解决问题的实际能力，从而加深他们对基本原理和概念理解[2]。例如在讲授最大功率传输定理时，可以以晶体管收音机为例进行讲解。首先简单给学生介绍一下收音机电路的组成和工作原理，然后提出“如何才能使得扬声器发出的声音最大？”这一问题，引导学生思考、讨论、相互交流，经过充分思考、讨论之后，将收音机电路中原有的扬声器去掉，换接几个不同阻值的扬声器进行实验，发现扬声器的阻值不同，其发出的最大声音也不一样。接下来继续探讨问题的成因，将除扬声器以外的电路看成一个含源二端网络，将含源二端网络运用刚刚讲过的戴维南定理进行等效，通过极值定理的条件，可以得出只有当扬声器的阻值与戴维南定理的等效电阻相等时，扬声器上得到的功率最大，声音也就最响，从而使学生了解最大功率传输定理的内容和本质。
2.比照推演式教学方法培养学生敛散思维。比照推演式教学方法就是通过与学生已熟悉知识的对比，引出新的教学内容，从而使得学生听得懂、学得明白[3]。在“电路分析基础”课程中，很多知识点（如电路与磁路、直流电路与交流电路、正弦周期电路和非正弦周期电路等）都可以采用比照推演式教学方法来讲授，使学生将不同知识点比照学习，在已知知识的基础上通过进一步探讨，就可以获得新知识，达到事半功倍的效果。例如，在直流电阻电路中，欧姆定律和基尔霍夫定律是分析电路的基础，通过这两个定律可以引出支路电流法、节点电压法、网孔电流法等分析方法，因为这些方法就是这两个定律的具体应用，只不过是针对于不同的电路拓扑而推导出的相对简单的解题方法而已。如果将直流电阻电路中的电源变成正弦交流电，将电阻元件（R元件）变为阻抗元件（Z元件），将各物理量变为相量，则正弦交流电路的分析方法与直流电阻电路的分析方法相类似，只不过是将欧姆定律、基尔霍夫定律转化为了相量形式，而支路电流法、节点电压法、网孔电流法等分析方法仍然适用。这样，在学生具有直流电阻电路相关知识的基础上，只需把正弦交流电的特性、阻抗元件的变换、物理量的相量表示讲清楚，正弦交流电路的求解也就迎刃而解。
三、完善教学手段，培养创新能力 电路分析基础课程内容理论性和实践性都很强，如果只靠课堂讲授的办法很难激发学生的学习兴趣，因此需要采用多种教学手段，来激发学生学习兴趣，培养学生的创新能力和探索精神。
1.现代化教学激发学生兴趣。在课堂教学中，传统的教学方法主要以教师讲授基本理论和方法为重点，尤其对于一些理论性强、与现实生活联系不紧密的内容，单纯采用讲授的方法效果往往不佳。而对于多媒体技术，可以借助动画、短视频、微课等多种表现形式辅助讲解，从而使学生的注意力、观察力、想象力等智力因素积极参与，提高学习的成效。针对课程内容理论性强的特点，引入MATLAB、EWB等计算机辅助分析与仿真手段[4]，使电路理论分析计算与计算机仿真技术有机结合起来，为学生呈现一种更为直观的电路工作状态和结果，将看不见摸不着的理论分析转化为实际电路，对学生更有说服力，可极大激发学生的学习兴趣，有效提高学习效果。
2.实验教学培养学生动手能力。针对课程实践性强的特点，充分利用线上和线下的资源提高学生的动手能力。线上资源主要依托校园网的网络教学平台网上实验室来进行，线下资源主要依托电工电子实验中心的开放性基础教学实验室来完成。在设计实验时，根据实验的类型和特点，分为验证性实验、综合性实验和设计性实验[5]。验证性实验的主要目的是使学生加深对理论知识的理解和掌握，强化基础实验技能；综合性实验的主要目的是使学生综合运用所学知识来解决实际问题，利用新技术、新方法拓宽学生思维，提高综合应用知识的能力；设计性实验的主要目的是使学生自行设计内容并完成相关实验，锻炼学生独立思考的能力和创新能力。通过实验分级可以使学生完成知识消化、知识拓展和知识创新的过程。
3.开辟第二课堂培养探索精神。高校第二课堂作为培养学生创新能力和提升综合素质的重要载体，能有效激发学生的学习兴趣[6]，提高学生独立研究问题与解决问题的能力，培养学生的探索精神。因此，依托电工电子实验中心的创新实验室和相关专业实验室，每年组织学生积极参加学院组织的“创新杯”科技制作竞赛活动，在此基础上选择优秀项目参加全国大学生电子设计竞赛，一方面可以充分展示学生的想象力和创造力，开拓学生的视野，培养学生探索精神，另一方面在增强学生的自学能力、独立思考能力、团队合作能力等方面也具有显著的促进作用。
四、结束语
电路分析基础课程教学改革是一个不断探索和不断创新的过程，除课程本身的教学内容、教学方法需要不断优化、改进外，教师在教学理念上也要与时俱进，采用多种教学手段充分调动学生的积极性和主动性，让学生真正参与到实际教学当中，实现教与学的有机融合，为把学生培养成为厚基础、宽口径、强实践的复合型创新人才打下坚实的基础。
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