基于專業培養的電路原理教學內容與方法探索

胡媛+周悅+霍海波+李紅梅

摘要：電路原理是電氣專業一門重要的專業基礎課程，本文就電路原理課程中的不足展開分析，在知識內容、專業應用、教學手段以及實驗開發等方面進行探索，以期深化學生的專業理論知識、應用能力、創新能力和專業素質。

關鍵字：電路原理；專業培養；電氣專業

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）09-0126-02

一、電路原理教學現狀

電路原理是電氣工程及其自動化專業的一門重要的專業基礎課程，在整個專業人才培養方案和課程體系中起著承前啟后的重要作用。電路原理的教學目的在于通過教與學，使學生掌握電路理論的基礎知識與電路分析和計算的基本方法，并為后續課程準備必要的電路理論知識。

隨著電氣專業的發展，強調培養有較強的綜合素質、良好的職業道德和一定的創新精神，能夠從事與電氣工程及其自動化領域相關的工程設計、系統運行、控制、電子技術、信息處理、實驗分析方面的開發研究，具備管理和計算機應用等領域工作的寬口徑復合型工程技術人才。為了適應這個需求，需要學生具備更加完善的電路理論知識和應用實踐能力。

針對培養專業人才的要求，目前，電路原理課程中存在著一些不足：（1）原有電路課程內容不能滿足后續專業課的需求。電路知識多而廣，且知識點聯系不明確，學生難以摸清電路知識體系、理清重點和知識點關聯。（2）電路課程與后續專業課的聯系不夠緊密，課程的講解中沒有融入電氣專業背景。電路課程重點和專業課需求有脫節的現象。學生雖然學習了電路知識，卻較難學會應用于專業課學習中。（3）教學手段過于單一，僅以課件加板書的形式呈現，對于復雜的原理沒辦法從多方面多角度展現，學生難以真正理解。同時，填鴨式的教學方式，學生缺少學習的主動性，更談不上學習的興趣。（4）傳統的實驗授課，以教師板書講解和現場演示為主，因受到場地和硬件條件限制，造成部分學生無法理解和操作實驗，實驗課的教學手段需要加強。傳統實驗主要以演示和驗證為主，無法培養學生的設計能力和創新能力。

為了滿足專業培養需求，電路課程需要進一步的改革，以期以較強的教學理念以及新型的教學手段進行電氣專業類學生的培養。

二、電路原理教學內容與方法改革

針對電路原理課程中存在的問題，以專業應用為中心，就課程內容、課程結構、專業背景、工程應用、教學手段、實驗設計化綜合化等方面探索教學內容與方法的改革。

1.擴充課程內容，優化課程結構。電路原理是電氣專業重要的專業基礎課程，它為后續的專業課提供了基礎電路知識和電路分析計算方法。根據后續專業課的需求，課程擴充了線性動態電路的復頻域分析、電路方程的矩陣形式、二端口網絡和非線性電路等章節知識，為之后的《模擬電子技術》、《電機與拖動基礎》、《電力系統基礎》、《電力電子技術》、《信號分析與處理》等專業課程奠定必需的理論基礎。[1]

電路課程知識點多而雜，為了學生能對電路有全面而清晰的認識，需要建立電路課程結構：（1）電路元件、基本定理及計算。包括電路的理想元件、受控源、非線性元件、基爾霍夫定律、疊加定理、戴維寧定理、支路電流法、網孔電流法（含矩陣形式）、結點電流法（含矩陣形式）。（2）動態電路。包括時域分析法、復頻域分析法。（3）交流電路。包括相量法、單相正弦穩態電路、諧振、三相電路、非正弦周期電流電路、耦合電感電路、二端口網絡。

通過結構的優化，讓學生清晰課程體系、課程重點以及知識點之間的關系，對課程有全局的了解。授課以重、思、用為原則，突出課程重點、重視思路和方法、結合工程應用拓寬專業視野，注重講重點、講思路和方法、講工程應用。

2.引入專業背景，構建應用型實例。電路原理中的理論和分析方法是后續專業課的應用工具。梳理電路原理各知識點在后續專業課中的聯系和應用，繪制專業課所需電路知識表。通過電路課與專業課聯系分析得到以下收獲：（1）使學生了解電路知識的應用方面，開拓學生的專業視野。讓學生更加重視電路課程的學習。學生在后續的專業課學習中也可更便捷的回溯重溫電路的知識。（2）加強專業課與電路課中的溝通，以應用為出發點，修正課程重點。各專業課的對電路知識的需求可能與電路課程的重點并不一致，比如說在單相交流電畫圖中，電路課程重視相量圖的繪制，但《電力電子技術》則更重視波形的繪制和分析。（3）將工程應用轉換為具有電氣專業背景的應用型實例，即將后續專業課中的知識點轉換為電路中的例子，從電路的角度去分析問題處理問題。例如：在電路原理基爾霍夫定律的講解中，引入《模擬電子技術》課程中放大電路的靜態分析實例。通過專業應用型實例的引入，幫助學生更好的理解和應用電路分析方法，加深專業理解。

3.用立體化教學手段。在教學中，強調教師的主導作用與學生的主體作用，采用啟發、討論、教學互動的多模式教學方法。針對重要知識點采用“設疑—導引—發現—歸納”的教學四步法，引導學生積極思考、討論問題，加深對知識點的理解，加強師生的互動合作。在電路原理教學過程中注重各種分析方法和原理間的相似性和對偶性，啟發學生進行對比分析和總結。[2]

采用多媒體教學方式，利用繪圖、圖片、動畫、視頻等多種手段制作精良課件，增大了課堂教學的信息量，節省了繪圖時間，真實的展現了器件的形態特性，彌補了學生工程實踐性差的弱點。例如，非正弦周期電流電路學習中，學生對于傅里葉級數和抽象的頻域難以接受。課程中利用Matlab仿真軟件繪制三維圖像，直接用圖形的形式展示時間軸、頻率軸、時域圖像和頻域圖像，增加學生感性認識，使學生對頻域有了深入的了解，提高了學生的工程意識。

同時，在課堂教學中大量引入電路仿真軟件Multisim和數學仿真軟件Matlab輔助教學。利用Multisim軟件建立虛擬電路平臺，驗證電路定理、電路計算方法等，還可改變電路的參數、結構、信號源頻率等，方便地觀察復雜電路的系統行為。例如：利用Multisim軟件顯示暫態響應曲線。Matlab有強大的計算和繪圖功能，可以用于建立電路數學模型，分析電路、求解繪圖。對于比較復雜的電路，課堂講授費時，且不便于計算，則讓學生只列寫方程，然后讓學生自己上機計算。例如：基于Matlab采用結點電壓法編程求解結點電壓。

4.發設計性綜合性實驗。電路實驗是電路理論的實踐教學環節，對于學生深入理解理論教學內容具有十分重要的作用。受到傳統手段和現場環境的限制，教師難以把理論和實踐關系講解清楚，無法讓每一個學生清楚的看到每一步操作演示，更不可能實現無限制的重復教學和演示。實驗課中引入多媒體教學手段，開發實驗電子教案，通過文字、圖片、照片、動畫和視頻多種方式，清楚的向學生展示實驗的器材使用和實驗演示，實現不受時間和地點限制的實驗教學。[3]

通過高水平的設計、開發實驗教學，將所有驗證性實驗課向設計性、綜合性實驗轉變。側重訓練學生對知識的綜合運用能力，培養學生的設計能力、動手能力和創新能力。在所有的實驗操作之前引入Multisim仿真實驗，搭建理論和實踐間的橋梁，讓學生自行設計實驗，并通過仿真平臺實現。幫助學生理解電路理論，培養學生的設計思維、熟悉實驗原理和接線，檢驗實驗數據。同時重視工科報告撰寫和實驗數據的分析，要求學生撰寫規范的Word文檔實驗報告，并用Matlab軟件繪制數據圖形。并且開放實驗室，鼓勵學生在課外自學開發實驗或者通過仿真設計實驗。

三、結束語

本文以電氣專業的人才培養為出發點，就電路原理課程中知識內容、課程結構、專業應用、教學手段、實驗開發展開分析和探索，針對傳統教學中的不足提出改革方法，強調培養學生的專業理論知識、應用能力、創新能力、專業素質，滿足電氣專業技術人才要求。

參考文獻：

[1]于歆杰.專業基礎課教學內容的選材與創新[J].電氣電子教學學報，2006，28（3），：1-5.

[2]張燕君.電路原理課程的多維互動課堂教學探索[J].教學研究，2014，37（6）：71-75.

[3]謝迎娟.“電路實驗”課程的教學改革探討[J].電氣電子教學學報，2005，27（4）：23：26.

Exploration on Contents and Methods of Electric Circuit Course Based on Professional Cultivation

HU Yuan，ZHOU Yue，HUO Hai-bo，LI Hong-mei

（College of Engineering Science and Technology，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China）

Abstract：Electric circuit course is an important professional basic course of electrical engineering. This paper discusses the deficiency in electric circuit course. It explores the knowledge content，professional application，and teaching method and experiment development，focusing on training students' professional theoretical knowledge，application ability，innovation ability and professional quality.

Key words：Electric circuit；professional cultivation；electrical professional