面向工程的《电路》课程教学改革
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摘要：根据信息类工科专业的实际特点，对《电路》课程进行面向工程实际应用的教学改革与探索。通过面向工程的教学改革，不但可以创新教学方法、改革教学手段、丰富教学内容，而且可以引导学生在具体的工程应用中学习《电路》课程。从而以多样性的实践教学方法提高《电路》课程的教学质量，培养学生的工程实践能力。
关键词：《电路》课程； 工程应用； 教学改革
中图分类号：G424 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）02-0146-03
Abstract： According to the practical characteristics of information engineering disciplines， the "circuit" course should be reformed and explored by engineering application. Through engineering oriented teaching reform， not only can rich innovation teaching methods， reform teaching methods and teaching content， but guide students to study "circuit" knowledge in a specific engineering methods. Thus， the teaching quality of circuit course is improved and the students' engineering practical ability is cultivated by diversity of practice teaching methods.
Key words： Circuit course； engineering application； teaching reform
随着信息化与工业化的进程，皖西北的经济发展在一定程度上受到信息技术滞后的影响，受到懂得电子、通讯、机械电子和自动控制等信息类相关领域人才缺乏的制约，这些对师范类信息化专业《电路》课程提出了更新、更高的要求。
目前师范类高校信息类专业人才培养模式已经不能胜任当前信息化发展的需要，因此需要加快推进应用型，面向工程应用的工科教学改革。《电路》课程是电子信息工程、计算机科学与技术、工业电气自动化等信息类专业的一门重要专业基础课程[1]。电路课程不仅具有严密的逻辑、严谨的方法、科学的理论，并且还具有系统灵活性和广阔的工程应用背景[2，3]。但是，在长期的教学实践过程中，《电路》课程存在一些普遍性问题：缺少工程应用背景、教学方法单一、学生感觉枯燥乏味、教师讲授得不到学生的欢迎等现实问题，从而使该课程的教学质量和教学效果受到影响，并且进一步影响学生后续课程的学习和教师的教学[4-8]。因此，针对师范院校信息类专业特点，根据工科专业《电路》课程的教学大纲，从工程实际应用出发，进行《电路》课程的教学改革，塑造学生的
工程应用能力，培养学生逻辑思维和综合素质，激发学生的学习兴趣，注重课堂上教学互动，通过对《电路》课程基本理论和基础概念的学习，再回归到工程实际应用，注重知性合一。这种教学改革不仅对于培养精通信息处理、电路分析、系统设计和科技创新的高级工程应用型专门人才，而且也为地方经济的经济发展提供必要的人力资源。
1 传统《电路》课程教学中存在的主要问题
《电路》课程的主要特点是知识面广泛、基础理论和基本概念繁杂、重点和难点众多、与《高等数学》和《大学物理》等课程相互交织。《电路》课程不仅是信息类专业的专业基础课程，而且所涉及的基本原理和分析计算方法为后续的专业课程的学习起着至关重要的作用。在《电路》课程的长期教学实践中可以感觉到大一学生普遍对该课程厌学、没有积极性和主动性、缺乏电路的基本分析和计算方法、理论与实践相互脱节、没有把电路原理运用到工程实际应用中等众多问题，因此存在着“学生难学，教师难教”的现象，并且直接影响到《电路》课程的实际教学效果和教学目标。对于以上问题，经过认真分析大致可以归纳为以下几个方面。
1） 课程所涉及的知识面广泛
《电路》课程不仅涉及直流电路，而且还涉及交流电路；不仅涉及静态电阻电路的计算，而且还涉及动态一阶和二阶微分电分析；不仅涉及时域电路的分析计算，而且还涉及电路的复频域的分析和计算。并且线性电路和非线性电路相互作用，使该课程构成一个十分复杂的知识体系。
2） 基本定理和基本定律繁杂
《电路》课程的基本定理众多，主要包括：基尔霍夫电流和电压定律、叠加定理、替代定理、戴维宁和诺顿定理、互易定理、特勒根定理、最大功率传输定理等。
3） 没有统一的分析和计算方法
《电路》课程中，分析和计算电路的方法众多，主要包括：支路电流法、回路电流法、网孔电流法和节点电压法。并且在电路的计算中还包括：-Y型等效变换、向量分析法、等效电阻的计算、理想变压器的分析和计算、二端口网络的分析和计算等。这些计算方法没有统一的格式，都有各自的适用范围，因此公式众多，推导复杂。
4） 课堂教学方法单一，缺少规律性的认识
传统的教学方法主要是课堂教学，教授拿着教案在课堂上进行黑板教学，学生边记笔记边听课，课后写老师课堂上布置的作业，从而导致教师课堂上的教学主要是“讲台、黑板和粉笔”。因此，课堂上讲授的电路原理和例题，学生处于被动学习和吸收知识，使学生缺少对电路分析和计算方法规律性的认识。
5） 理论与实践脱节，缺少工程实际应用
由于教师主要关注教材教法和教学效果，把握课堂教学时间，然而，对《电路》课程的课堂教学缺乏必要的工程实践设施和实习场所，从而导致了课堂教学环境单一、学生学习氛围不浓、缺乏解决工程实际的能力，使学生对《电路》课程的工程应用和《电路》课程的基础性作用缺乏清晰的认识。
因此为了提高学生学习《电路》的积极性、主动性和学习兴趣，有必要对《电路》课程的教学方法和教学手段进行改革，不断总结经验，提高教学效果，丰富教学内容，使学生在掌握电路的基本知识和基本原理，加强分析和计算电路的基本能力，提高学生的实践和创新技能，增加工程应用经验，为学生今后对其他专业课程的学习打下坚实的基础。
2 面向工程应用的《电路》课程教学改革
内涵式发展是当前高等教育发展的总体要求。创新人才培养模式、强化实践育人环节，已经成为高等学校提高教学质量的首要工作。师范院校信息类工科专业的教学应以质量为主导，充分利用现有校内外资源、挖掘现有教学潜力、优化教学资源、提升师生综合素质。特别是在《电路》课程教学上要革新教学手段、面向工程应用、优化课程结构、完善教学方法、激发学习兴趣、突出专业特色、实现《电路》课程的教学改革。
1） 面向工程应用，优化课程体系
当前，地方师范类本科高校应用型专业在教学上基本上是沿袭传统师范教育的模式，缺少工科应用型专业特色和创新性教学手段。传统的师范教育主要教学手段是课堂上教师传授知识，课后学生做习题，内容枯燥和单一，学生缺乏感性认识。工科应用型专业的《电路》课程的教学改革应该首先提高学生的工程应用能力、优化课程结构、改革现有课堂教学方法。根据实际信息类专业特点，实施案例教学方法，加强工程实践能力锻炼、旨在培养具有工程应用能力和实践经验的应用型复合人才。例如：把实际工程网络的拓扑知识引入到电路的基本方法，使学生了懂得节点和支路的拓扑约束关系，增加了学生学习《电路》课程的兴趣。
2） 加强基础知识教学，增强学生基本技能
掌握电路的基本定律和基本知识是电路课程教学的基础和重要环节。
首先，在授课时候让同学们知道电路理论主要用电流[i]、电压[u]和功率[p]等物理量描述电路过程中的动态过程。由于电路是由电路基本元件构成，因而分析电路既要参考元件的连接方式，又要考虑每个元件的特性，这就决定了电路中各支路电流、电压要受到两大基本规律的约束：
（1）电路元件性质的自身电压和电流的约束。也称电路元件的伏安关系（VCR），它仅与元件性质有关，与该元件在电路中的联接方式无关。
（2）电路联接方式的约束（亦称拓扑约束）。这种约束关系则与构成电路的元件性质无关。基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律（KVL）是概括这种约束关系的基本定律。
其次，电路原件的电压和电流存在关联和非关联参考方向。在讲授电路原件功率时候，让学生知道在什么情况下是吸收功率，什么情况下是发出功率。在讲授电路分析的基本方法时候，让学生学到支路电流法、网孔分析法、回路电流法和节点电压法的区别和联系，并且进一步讲授哪种分析方法具有对于减少电路方程数目和降低电路计算复杂度有效。其中，四种方法适用于平面电路，并且节点电压法还适用非平面电路。
3） 改革教学方法，丰富教学手段
首先，把电路相关的人物及电路常用单位名称用英文介绍介绍给学生，主要包括：安培、伏特、欧姆、基尔霍夫、法拉第等人物及其历史贡献，使学生对于以前高中阶段的电路知识进行全新的补充和完善。
其次，让学生了解到大学《电路》课程是信息类专业基础课，并且懂得《电路》课程与今后学习的专业课程之间的关系，其学习方法是建立在高等数学、线性代数、大学物理等大学基础课程之上，其学习方法区别于传统的高中阶段。
然后，改变老师课堂讲授，学生边记笔记的传统教学方法。让学生不仅会列写电路方程，而且可以对公式进行分析和推导。例如在讲授电路基本定律时候，让学生根据高等数学的极值定理，分析和推导最大功率传输定理。在讲授一阶和二阶电路时候，让学生根据电容和电感原件自身的VCR特性列写动态电路的微分方程。
最后，把多媒体引入到电路课程的教学中，提高学生的工程认识能力。例如，在讲授三相交流电路时候，引入发电厂的发电机组和风力发电机组的视频，丰富学生的工程视野。
4） 引入工程实例，理论联系实际
为了丰富学生的《电路》课程内涵，把工程实例引入到课堂教学，激发学生的学习兴趣。
例如在第五章中，把差动放大电路中主要应用引入到课堂，以信号的传输与放大为主线，使学生了解差动放大电路的重要性。在讲授三相电路的功率时，把工程用电的有功功率、无功功率和视在功率引入的课堂教学，使学生了解他们的区别和联系。并且把实际生活用电的知识引入到交流电路、三相交流电路和变压器等章节，使学生了解到电路分析和计算的依据。由于实际电路呈现感性特征，如何提高实际电路的功率因数，提高交流电路效率，增强了学生对电路的工程应用的了解，增加学生的学习兴趣。
5） 面向工程应用，培养应用技能
首先加强电路课程的实验教学。《电路》课程实验教学是该课程的重要组成部分。面向工程应用，《电路》课程实验教学应使学生进行基本技能训练、验证理论课上的基本定理和定律、巩固教学成果、学会数据的采集、分析和处理、培养学生运用基本电路原理处理工程实际能力、塑造严谨的科学态度和踏实细致的工程素养。为今后陆续课程的学习打下坚实的基础。
其次，随着计算机仿真技术的发展，计算机技术与电路理论相互渗透、相互融合。由于实验设备和场地的局限性，传统的较为单一的基于讲台、黑板和粉笔的教学模式已经不能适用应用型本科专业的发展要求。为了使信息类专业学生更好掌握《电路》课程，为后续专业课程的学习打下坚实的工程应用基础，有必要把计算机仿真引入到《电路》课程教学中，加深学生对电路特性的分析和研究，并对教学的课程体系、授课内容、教学方法、教学手段进行改革。
6） 加强应用能力，培养工程素质
以工程素质为基础的工科应用型人才的培养，应以工程实践能力培养为根本。《电路》课程的教学改革是一个循序渐进的过程。教师应该丰富《电路》课程的工程实践经验，指导学生参加与该课程相关的学科竞赛，达到工程实训的目的。将工程素质教育融入《电路》课程体系中，通过工程应用能力实践锻炼，培养工科学生的创新精神、团队合作精神和处理工程实际问题的能力，真正让学生在工程实践中学习《电路》知识。
在教学过程中积极摸索基础理论与工程实践相结合、自主学习与课堂讲授相结合、课后习题与讨论总结相结合的多元化教学模式，指导学生从工程实践中学习电路知识、理解电路基本原理和基本方法、解决电路工程实际问题。
3 结论
为了面向工程应用，达到应用型本科专业培养目标，根据信息类专业《电路》课程的特点，本文剖析了传统《电路》课程教学中存在的主要不足，研究了《电路》课程进行教学改革的必要性、制定了面向工程应用的《电路》课程教学改革具体步骤，并从课程教学的综合改革、面向工程应用的课程教学方法进行了深入探讨。面向工程应用的《电路》课程教学改革是一个循序渐进的过程，通过课程的教学改革，培养学生的工程素养，培训学生分析问题、解决工程实际问题的能力，实现应用型本科教学质量的全面提高。
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