電路課程理論課工程案例教學探討

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電路課程理論課工程案例教學探討摘要：電路課程應用的工程案例教學法與其他課程不同，需要將工程案例的教學理念與理論教學深度融合，教學中要注重課程講授知識的發現、應用和關聯，選用的工程案例不僅要在工程上具有典型意義，而且要與理論課的教學內容完全耦合。經過教學實踐驗證，工程案例教學法在教學過程中有效激發了學生的學習積極性，提高了課程的教學質量和學生的學習成績，促進了學生工程實踐能力的培養。

關鍵詞：工程案例教學法；電路教學；理論教學

近年來我國高等教育深入開展工程教育教學改革，一流院校和專業率先開展了工程教育專業認證，在教學中積極落實卓越工程師教育培養計劃。2018年11月，教育部高等教育司司長吳巖在第十一屆大學教學論壇提出了“兩性一度”的中國“金課”建設標準，其中高階性要求課程將知識、能力、素質有機融合，培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維。因此，在課程教學中加強本科生工程實踐能力培養，促進工程教育質量提高，具有重要意義。在理論課程教學中，工程案例教學法是促進工程實踐能力培養的最有效方法[1-2]，但是目前存在工程案例教學法應用范圍不廣、程度不深、與理論知識結合不緊密等問題。一些高校將工程案例教學形式化，導致案例教學不僅沒能起到促進學生工程實踐能力培養的作用，反而因為擠占了課內學時，減弱了理論課程的授課時間。從理論課程教學的角度來看，與理論課程內容關聯松散的案例沖蝕了理論知識，不利于學生將理論知識內化和建立知識結構，甚至有可能嚴重影響學生培養質量。電路課程是一門理論性較強的專業基礎課。筆者在理論課教學過程中，將工程案例的教學理念與理論教學深度融合，并結合課程內容與實際的工程電路應用，設計了一些成功應用于教學的工程案例，取得了很好的教學效果。

1電路課程開展案例教學的現狀

電路課程是北航自動化學院學生的一門重要的必修課，共64學時，學時較少，課程內容較多[3]，邏輯性強。課程考核對學生知識掌握的要求高，電路求解要應用數學分析和積分變換等復雜數學計算，因此成為一門教學難度大、學生學習困難的課程，學生不及格率較高，2019年學生總評成績不及格率高達30%，課程教學改革勢在必行。電路課程重點研究電路模型的分析計算方法，電路模型是實際電路電磁特性的理想化，本課程就是理論課，課程知識較少能獨立應用于工程實際電路，與模擬電路和數字電路等課程相比，課程內容與工程實際差距較大。因此，多數院校的電路課程以理論教學為主，教學中很少采用工程案例教學法，相反，模擬電路和數字電路等課程教學中工程案例教學法的應用卻非常廣泛。

2將工程案例教學法融入課程教學

電路課程雖然是一門理論課，但是電路元件是實際元件電磁特性的理想化模型，課程進行工程案例教學具有先天的優勢。電路課程應用的工程案例教學法，與一般理論課的案例教學方法不同[3]。教師要樹立正確的工程案例教學理念，并將其深度融入課程的理論教學之中，將課程內容的工程應用背景深度融入理論教學實踐之中，使工程案例教學成為理論教學的有機組成部分。在教學中要注重電路知識的發現、應用與關聯，凸顯電路理論知識的核心內容和重要知識點，著重培養學生的工程實踐能力。

2.1注重知識的發現

注重電路理論和電路分析方法的引導教學。電路課程的定理、定律和分析方法多數來源于工程實際問題，是科學家對實際電路或問題模型化后歸納總結得到的理論和方法，學生從中可以學習科學家發現問題、獲取知識的過程。教師在授課時要注重用問題進行引導[4]，讓學生了解電路分析方法是如何提出的，以及是針對哪類電路問題的分析求解。在理論教學中，用三言兩語講清楚問題的來龍去脈，可以激發學生的學習興趣，使學生在學習電路知識的同時，也能學會分析問題、解決問題的思路和方法。進而培養學生嚴謹的科學思維方法，使其逐漸熟悉從工程實際問題中凝練科學問題、尋找解決方法，再應用到工程實際中的思路和過程，達到對所學知識不僅知其然，而且知其所以然的高階性教學要求。

2.2注重知識的應用

注重實際電路中常見電路知識的典型工程應用。集總參數電路都要遵循電路課程的定理和定律，一般實際電路規模龐大且功能復雜，雖然電路課程的知識不能完全詮釋實際電路的工作原理，但是實際電路中包含了大量電路知識的實際應用。此時教師無須完整分析具體實際電路的特性，僅需指出其中電路知識實際應用的原理和作用，點到為止即可。無須展開，電路知識就從課堂的PPT和書本的鉛字，走進了鮮活的工程實際，助力學生工程實踐能力的培養。

2.3注重知識的關聯

注重電路課程知識在其他課程應用與關聯的案例教學。電路課程是一門專業基礎課，課程知識與多門課程關聯。例如，分析求解要用到微分方程、復數、拉氏變換和反變換等數學知識，涉及數學分析和積分變換課程；電路課程中分析的一階電路與二階電路的階躍響應、沖激響應、頻率特性等關聯自動控制原理課程中一階系統與二階系統的系統時域特性和頻域特性等。教師在授課時要注意講解知識之間的關系，做好知識內容的“二傳手”，幫助學生構建自己的知識體系，內化知識。

3電路課程工程案例教學法的實際應用

電路課程可以采用具體的工程案例用于教學[5]，選擇的工程案例要與課程內容密切關聯，要具有典型性，內容要新穎有趣，與課程內容深度融合，既不能稀釋理論課程的理論深度，也不能擠占理論課程的授課學時。工程案例教學法在應用時要適時、適度、適量，不能生搬硬套，電路課程工程案例教學有自己的特點。下邊列舉三個在教學中實際應用的工程案例。

3.1電橋電路的工程應用案例

如圖1所示，筆者在講解電橋電路的計算和特性分析時，將數據手套指關節位置電橋測量電路的分析作為例題，雖然還是電橋電路，但是電橋輸出的是數據手套的關節位置。通過例題，學生不僅掌握了電橋電路的分析方法，而且新穎的教學內容將理論知識關聯到實際電路，很好地聯系了工程實際，激發了學生的學習興趣和熱情。

3.2含理想運算放大器電路工程案例

如圖2所示，筆者在講解運用理想運算放大器“虛短”“虛斷”規則分析電路特性時，選擇熱電阻溫度傳感器常用的雙運放恒流源電路為例題，該電路工作原理與運算放大器的“虛短”“虛斷”特性緊密關聯，用于“虛短”“虛斷”規則的教學能夠取得事半功倍的效果。

3.3三要素法工程案例

RC一階電路的時間常數為τ=RC，電路動態特性變化的快慢取決于時間常數。RC一階電路的時間常數在工程上有兩種不同的典型應用，一是照相機的閃光燈，閃光燈使用后需要間隔一段時間，待電容充電完成才可以再次使用，此時時間常數要小；二是警示閃光燈電路，如天線塔、建筑工地等處的閃光燈，其工作時需要閃爍，閃爍的快慢取決于時間常數，不能太慢也不能太快，閃爍的快慢要足以引起人們的警示。通過這兩個工程案例能夠加深學生對一階電路時間常數的認知，并將該參數與實際電路的功能聯系起來。

4結語

在“金課”和新工科建設背景下，電路課程在理論教學中深度融合工程案例的教學理念，在教學中注重電路知識的發現、應用和關聯，并將典型工程案例用于課程的例題，實現了理論教學與工程實踐能力培養的無縫銜接。工程案例教學法在我校推廣兩年來，較好地激發了學生的學習熱情，促進了學生學習能力、實踐能力、知識應用能力的培養，提高了課程的教學質量，學生總評成績優良率穩步提升，不及格率逐年下降，期末卷面平均成績逐年提高。

參考文獻

[1]俎云霄.理論教學中的工程實踐能力培養[J].中國大學教學,2012(3):31-32.

[2]張俊杰,杜娟,崔建華.基于3T模式的模擬電子技術課程教學改革與實踐[J].中國教育技術裝備,2017(22):105-107.

[3]劉敏華,吳桂峰.電路分析基礎課程案例教學法探討[J].中國現代教育裝備,2011(23):94-95,98.

[4]王永生.工程案例教學:讓科研走進本科生課堂[J].高等工程教育研究,2005(3):94-96.

[5]白鳳仙,董維杰,解永平,等.淺談“電路理論”課程教學中的體會[J].電氣電子教學學報,2010,32(6):67-69.

作者:閆蓓 單位:北京航空航天大學自動化科學與電氣工程學院