“電路分析”課程教學(xué)模式探索與改革

姚大杰

（池州學(xué)院，安徽 池州 247000）

0 引言

“電路分析”課程是國(guó)內(nèi)高校電類專業(yè)（如微電子科學(xué)與工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)、光電信息科學(xué)與工程、自動(dòng)化等）的電學(xué)理論入門課程。該課程的主要任務(wù)是學(xué)習(xí)和研究電路的基本定理、基本定律以及基本分析方法和應(yīng)用。課程在整個(gè)電類專業(yè)的課程體系以及人才培養(yǎng)方案中起著承上啟下的作用，是后續(xù)專業(yè)課程（如“模擬電子技術(shù)”“數(shù)字電子技術(shù)”“電力電子技術(shù)”“通信原理”等）能夠有效開展的基礎(chǔ)［1-3］。此外，該課程雖然作為一門專業(yè)的理論入門課程，但邏輯性強(qiáng)，理論嚴(yán)謹(jǐn)，有著豐富的工程知識(shí)。因此，學(xué)習(xí)“電路分析”課程不能完全局限于理論上的學(xué)習(xí)，還需結(jié)合一定的實(shí)踐教學(xué)［4-5］。

可以說，“電路分析”課程是電類專業(yè)本科生接觸到的第一門專業(yè)課。對(duì)“電路分析”課程進(jìn)行教學(xué)改革，提高教學(xué)水平，將會(huì)提升學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)的理解和專業(yè)自信心。使得學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，創(chuàng)新能力和實(shí)際動(dòng)手能力得到大力提升，為后續(xù)專業(yè)課程打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)［6-7］。因此，必須進(jìn)行深入探索與改革。

1 高校“電路分析”課程現(xiàn)狀分析

1.1 國(guó)外現(xiàn)狀分析

目前，國(guó)外一些高水平大學(xué)主推“電路分析”課程同工程實(shí)踐相結(jié)合。這些大學(xué)十分重視學(xué)生的自我動(dòng)手能力提升以及對(duì)從事課程研究興趣的培養(yǎng)，對(duì)教師專業(yè)要求也很高。教師課堂授課需要極大體現(xiàn)電路相關(guān)理論的發(fā)展以及當(dāng)前技術(shù)的提升，并且要求將當(dāng)前電路最新設(shè)計(jì)理念、應(yīng)用、成果帶入課堂。在實(shí)踐教學(xué)中，也要求涉及最新電路元器件知識(shí)。以上這些主要是豐富學(xué)生的知識(shí)面，拓寬學(xué)生的眼界，而不僅僅是傳輸課本上的理論知識(shí)。

1.2 國(guó)內(nèi)高校現(xiàn)狀分析

“電路分析”課程主要圍繞電路基本元件和特性、純電阻電路的基本分析方法、動(dòng)態(tài)電路（主要為一階和二階電路）的時(shí)域分析、正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析、三相電路、線性動(dòng)態(tài)電路的復(fù)頻域分析和二端網(wǎng)絡(luò)等展開。我國(guó)“電路分析”課程的開設(shè)起步較早，經(jīng)過幾十年時(shí)間的打磨，已經(jīng)形成了良好的教學(xué)機(jī)制、教學(xué)理念、教學(xué)方法、教學(xué)手段等，具備了一套成熟的教學(xué)模式。從而為國(guó)家培養(yǎng)了大量的電子電氣類人才，為國(guó)家的繁榮發(fā)展做出了一定貢獻(xiàn)。但是必須清醒認(rèn)識(shí)到，同國(guó)外一些知名大學(xué)相比仍然存在不足，主要表現(xiàn)在以下4個(gè)方面。

（1）“電路分析”課程主要偏向于理論宣講。一直以來，在“電路分析”課程教學(xué)體系中，純理論教學(xué)占據(jù)絕大部分時(shí)間，教師絕大部分時(shí)間都在講解如何用理論知識(shí)進(jìn)行電路分析，而至于電路知識(shí)如何在實(shí)際進(jìn)行應(yīng)用的介紹反而偏少。

（2）所學(xué)教材未能體現(xiàn)當(dāng)前電路知識(shí)的最新發(fā)展。當(dāng)前大部分國(guó)內(nèi)大學(xué)“電路分析”課程所學(xué)教材為邱關(guān)源（后由羅先覺修訂）所著的高等教育出版社出版的“十二五”普通高等教育本科國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材——《電路》，目前已出版至第五版。雖然該教材理論知識(shí)飽滿，但第五版已是多年前（2006 年5 月）出版，不能及時(shí)體現(xiàn)當(dāng)前日新月異的前沿知識(shí)。

（3）課堂授課理論學(xué)時(shí)以及在課程教學(xué)過程中師生交流頻次較少。“電路分析”課程的內(nèi)容較多，所選教材包含的章節(jié)內(nèi)容也偏多，如邱關(guān)源主編的《電路》第五版教材一共包括十八章內(nèi)容，課堂學(xué)時(shí)偏少只能讓這門課程的教學(xué)效果“霧里看花”。隨著大學(xué)的擴(kuò)招，高校學(xué)生人數(shù)激增，使得當(dāng)前國(guó)內(nèi)大學(xué)“電路分析”課程只能采用多媒體大班教學(xué)，一次授課對(duì)象達(dá)數(shù)十上百人之多，教師難以掌握每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)。此外，課堂之外的時(shí)間利用率不高，這就更加降低了授課教師與學(xué)生之間的交流時(shí)間。

（4）實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)不夠合理。大部分國(guó)內(nèi)大學(xué)雖然增加了“電路分析”課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，且多為獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程，但實(shí)踐教學(xué)的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)不盡合理，主要體現(xiàn)為：一是所開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)性和開發(fā)性的實(shí)驗(yàn)過少；二是所用實(shí)驗(yàn)器材大都是封裝式的，真正需要學(xué)生動(dòng)手的少。

2 加強(qiáng)課程工程背景

“電路分析”課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐應(yīng)用，教授課程不應(yīng)停留在理論知識(shí)的宣導(dǎo)上，而要引入一定的工程背景，要“言之有物”。這樣學(xué)生才能“有物可循”，而不是在“空中漫步”。同時(shí)，引入工程背景能夠培養(yǎng)學(xué)生的工程概念和工程意識(shí)，還能提升學(xué)生理論與實(shí)踐結(jié)合的能力，使其具備分析問題、解決問題的能力；加強(qiáng)課程與工程的結(jié)合還能提升未來學(xué)生適應(yīng)工作的能力。教師在講解工程背景知識(shí)時(shí)，多與學(xué)生面對(duì)面討論，以啟發(fā)式教學(xué)為主，而不應(yīng)停留在客觀宣導(dǎo)層面上。

例如，在講解一階電路充放電時(shí)，可以向?qū)W生展示電路在斷電情形下仍然帶電，必須對(duì)其進(jìn)行充分放電才能確保人身安全。尤其帶有大電容的設(shè)備，斷電后仍然會(huì)帶有危及人身安全的高電壓，從而給學(xué)生以警示。同時(shí)，不斷向?qū)W生拋出問題，如對(duì)于大電容設(shè)備如何進(jìn)行放電，放電過程中應(yīng)注意哪些事項(xiàng)等。在教授電容和電感知識(shí)時(shí)，除了向?qū)W生講解基本工作原理，可以適當(dāng)向?qū)W生講解當(dāng)前貼片電容和貼片電感的前沿知識(shí)，尤其在集成電路中應(yīng)用；還可以向?qū)W生展示貼片機(jī)SMT 是如何將很小的貼片器件放置在焊接盤上的。通過教學(xué)使學(xué)生了解和初步接觸現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中是如何實(shí)現(xiàn)高精度、高速和全自動(dòng)貼片作業(yè)的，增加對(duì)貼片電容和電感工程背景的了解。

3 注入前沿知識(shí)

近年來，以電子技術(shù)和信息技術(shù)為代表的新型電子行業(yè)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，從而促進(jìn)了電路的應(yīng)用，同時(shí)也對(duì)電路的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了較為深遠(yuǎn)的影響。因此，僅僅依靠邱關(guān)源第五版的《電路》教材向?qū)W生教授電路知識(shí)已經(jīng)跟不上當(dāng)前飛速發(fā)展的電子行業(yè)。此外，邱關(guān)源第五版的《電路》教材出版時(shí)間已經(jīng)過去了6年，6年的時(shí)間對(duì)于電子行業(yè)來說是一個(gè)很長(zhǎng)的時(shí)間，甚至有些電子產(chǎn)品、工藝等已經(jīng)更新了幾代，電路設(shè)計(jì)也經(jīng)歷了很大的變革。故而要求教師在教學(xué)過程中必須結(jié)合一些電路的前沿知識(shí)才能彌補(bǔ)當(dāng)前教材的不足。為此，可通過以下形式進(jìn)行一定的彌補(bǔ)。

（1）觀看科技視頻。利用課前、課間時(shí)間給學(xué)生播放一些關(guān)于電路知識(shí)的科技前沿視頻，讓學(xué)生更加直觀地感受電路知識(shí)的作用以及應(yīng)用；同時(shí)讓學(xué)生更加直觀地了解當(dāng)前電路知識(shí)動(dòng)態(tài)，知道為什么而學(xué)，學(xué)了有什么用。

（2）開展學(xué)術(shù)報(bào)告。不論是學(xué)校層面還是二級(jí)學(xué)院層面，或是教師個(gè)人，都可以邀請(qǐng)專家線上或線下給學(xué)生開展學(xué)術(shù)報(bào)告，讓學(xué)生了解當(dāng)前電路的學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)，了解電路都能做哪些學(xué)術(shù)研究以及有何作用等。

（3）擬定課題，讓學(xué)生利用課余時(shí)間查閱資料，撰寫相關(guān)報(bào)告。教師在授課過程中可以結(jié)合實(shí)際擬定符合當(dāng)前電路發(fā)展的課題，放手讓學(xué)生自行查閱資料去完成。

4 增加課時(shí)和加強(qiáng)師生交流

4.1 增加課時(shí)量

隨著當(dāng)前國(guó)內(nèi)高等教育的一系列改革，實(shí)踐教學(xué)比例和通識(shí)類課程學(xué)分的增加，導(dǎo)致了“電路分析”理論教學(xué)時(shí)長(zhǎng)的減少［8］。國(guó)內(nèi)高校“電路分析”課程在制定教學(xué)大綱時(shí)，通常理論教學(xué)設(shè)置為64 個(gè)學(xué)時(shí)（1周4學(xué)時(shí)，16周的課時(shí)量），甚至有的高校已經(jīng)銳減至48學(xué)時(shí)（1周3學(xué)時(shí)，16周的課時(shí)量）。教師在教學(xué)過程中為保證教學(xué)內(nèi)容的完整性，不得不加快教學(xué)節(jié)奏，同時(shí)還會(huì)精簡(jiǎn)一些內(nèi)容，從而導(dǎo)致學(xué)生接受知識(shí)時(shí)的連貫性變差。除此之外，課堂64 學(xué)時(shí)的教學(xué)量很難上到非正選周期電流電路和信號(hào)的頻譜，以及線性動(dòng)態(tài)電路的復(fù)頻域分析內(nèi)容，而這兩個(gè)方面的內(nèi)容在后續(xù)電類專業(yè)課的學(xué)習(xí)過程中有著很重要的作用。因此，適量地增加“電路分析”課程的學(xué)時(shí)很重要。具體方法為：（1）將“電路分析”課程的64學(xué)時(shí)增至80 學(xué)時(shí)，新增的16 學(xué)時(shí)不僅可以改變教師教學(xué)節(jié)奏快、精簡(jiǎn)教學(xué)內(nèi)容以及學(xué)生吸收差等問題，同時(shí)還可以增加教學(xué)內(nèi)容，如非正選周期電流電路和信號(hào)的頻譜，以及線性動(dòng)態(tài)電路的復(fù)頻域分析內(nèi)容；（2）改變當(dāng)前每周3學(xué)時(shí)和4學(xué)時(shí)的教學(xué)現(xiàn)狀，擴(kuò)充至5學(xué)時(shí)，即一次課2學(xué)時(shí)（共90 min），一次課3學(xué)時(shí)，從而在保證教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)又能增加師生面對(duì)面交流時(shí)間。

4.2 增加師生溝通渠道

由于國(guó)內(nèi)大學(xué)大都采用多媒體大班對(duì)“電路分析”課程進(jìn)行授課，一個(gè)老師常常需要面對(duì)幾十甚至上百個(gè)學(xué)生。因此，授課教師在正常的上課時(shí)間段很難照顧到每一個(gè)學(xué)生，更難掌握每一個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)。此外，“電路分析”不是一門僅僅依靠課堂上的45 min 就能掌握的課程，更需要教學(xué)雙方共同努力。因此，如何利用好課后時(shí)間顯得尤為重要。尤其當(dāng)前處在新型冠狀病毒肺炎疫情的特殊時(shí)期，有些高校連正常的線下教學(xué)都難開展，師生之間的交流就顯得更加困難。因此，通過以下途徑搭建師生交流渠道很有必要。

（1）創(chuàng)建便于師生交流的QQ 群或微信群。授課教師可以自行創(chuàng)建一個(gè)可以容納所有學(xué)生的QQ 交流群或微信群，利用課余時(shí)間解決學(xué)生學(xué)習(xí)上的一些疑難問題。

（2）創(chuàng)建一個(gè)公共號(hào)。創(chuàng)建一個(gè)可供學(xué)生學(xué)習(xí)電路知識(shí)的公眾號(hào)，及時(shí)推送一些與授課進(jìn)度相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容。

（3）利用雨課堂進(jìn)行線上教學(xué)時(shí)允許學(xué)生發(fā)送彈幕，及時(shí)表達(dá)自己當(dāng)前的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，以便于教師及時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)效果的反饋，從而及時(shí)跟進(jìn)講解和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)互動(dòng)。

（4）讓學(xué)生主動(dòng)通過慕課進(jìn)行學(xué)習(xí)。鼓勵(lì)學(xué)生利用當(dāng)前發(fā)達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，使用手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等工具上網(wǎng)學(xué)習(xí)優(yōu)秀教師已經(jīng)模塊化的“電路分析”課程內(nèi)容。

5 增加實(shí)踐教學(xué)深度

國(guó)內(nèi)高校一般都會(huì)給“電路分析”課程配套一個(gè)獨(dú)立電路實(shí)驗(yàn)課程，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和運(yùn)用。但大多高校配套的都是簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，即對(duì)教材上某一個(gè)定理或方法運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的手段進(jìn)行簡(jiǎn)單驗(yàn)證，這種做法并不能徹底激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力。除此之外，大多高校采用的電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)器材都是封裝式的，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)只需將線插好就行，不用自己動(dòng)手連接電路元件。這樣簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)步驟的同時(shí)也會(huì)造成一個(gè)非常不好的現(xiàn)象，即學(xué)生不能更進(jìn)一步地接觸電路元器件，會(huì)有“鏡中花，水中月”的感覺（看得見摸不著），從而使得實(shí)驗(yàn)效果大打折扣。為進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)效果，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和運(yùn)用，可進(jìn)行以下改革。

（1）增加設(shè)計(jì)性和開發(fā)性實(shí)驗(yàn)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)高校在選取電路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，大多選用對(duì)電路定理或電路分析方法進(jìn)行驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)，如：基爾霍夫定律的驗(yàn)證、線性電路疊加性和齊次性驗(yàn)證、戴維南定理和諾頓定理的驗(yàn)證、最大功率傳輸條件的研究等。驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)并不能真正開拓學(xué)生的思維，只能進(jìn)一步加深對(duì)課本上的電路定理和分析方法的理解。相較于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)性和開發(fā)性的實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的要求更高，要求學(xué)生除了熟練掌握實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所涉及的知識(shí)外，還能做到舉一反三。因此，設(shè)計(jì)性和開發(fā)性的實(shí)驗(yàn)不僅能加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，還能很好地鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考和動(dòng)手能力。

（2）去除封裝式實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健．?dāng)前，大多高校電路實(shí)驗(yàn)采用的是封裝式的教學(xué)儀器，即實(shí)驗(yàn)電路內(nèi)置在工作臺(tái)內(nèi)，實(shí)驗(yàn)時(shí)只需在工作臺(tái)面上進(jìn)行插接線即可。封裝式教學(xué)儀器確實(shí)有優(yōu)點(diǎn)，如：簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過程、方便教師授課、利于實(shí)驗(yàn)室管理等。但由于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中不能接觸電路元件和深入了解電路，從而使得實(shí)驗(yàn)效率低下。若實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)故障需要更換元器件時(shí)，學(xué)生也無法獨(dú)立完成故障的處理，從而影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。因此，破除封裝式的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶苡斜匾臑樵诿姘迳献寣W(xué)生自行搭建電路，讓學(xué)生零距離操作電路，從而進(jìn)一步加深對(duì)電路的理解，提升實(shí)驗(yàn)效果。

6 結(jié)語

“電路分析”課程是國(guó)內(nèi)高校電類專業(yè)基礎(chǔ)課程，在整個(gè)電類專業(yè)的發(fā)展過程中起著承上啟下的作用。本文通過分析當(dāng)前國(guó)內(nèi)高校“電路分析”課程教學(xué)現(xiàn)狀，提出了4個(gè)方面的不足，即偏理論、前沿動(dòng)態(tài)涉及少、學(xué)時(shí)和師生交流少以及實(shí)踐教學(xué)不合理。針對(duì)這些不足，文章提出了相應(yīng)的教學(xué)改革措施，通過加強(qiáng)工程背景的融入、提高前沿知識(shí)的注入、適當(dāng)增加學(xué)時(shí)和加強(qiáng)師生交流，以及增加實(shí)踐教學(xué)深度等提升教學(xué)質(zhì)量和效果。