電路課程理論課工程案例教學探討摘要：電路課程應(yīng)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(fā)現(xiàn)、應(yīng)用和關(guān)聯(lián)，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(nèi)容完全耦合。經(jīng)過教學實踐驗證，工程案例教學法在教學過程中有效激發(fā)了學生的學習積極性，提高了課程的教學質(zhì)量和學生的學習成績，促進了學生工程實踐能力的培養(yǎng)。
(相關(guān)資料圖)
關(guān)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(yè)率先開展了工程教育專業(yè)認證，在教學中積極落實卓越工程師教育培養(yǎng)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(shè)標準，其中高階性要求課程將知識、能力、素質(zhì)有機融合，培養(yǎng)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(yǎng)，促進工程教育質(zhì)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(yǎng)的最有效方法[1-2]，但是目前存在工程案例教學法應(yīng)用范圍不廣、程度不深、與理論知識結(jié)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(yǎng)的作用，反而因為擠占了課內(nèi)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(nèi)容關(guān)聯(lián)松散的案例沖蝕了理論知識，不利于學生將理論知識內(nèi)化和建立知識結(jié)構(gòu)，甚至有可能嚴重影響學生培養(yǎng)質(zhì)量。電路課程是一門理論性較強的專業(yè)基礎(chǔ)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(jié)合課程內(nèi)容與實際的工程電路應(yīng)用，設(shè)計了一些成功應(yīng)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(xiàn)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(nèi)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(yīng)用數(shù)學分析和積分變換等復雜數(shù)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(yīng)用于工程實際電路，與模擬電路和數(shù)字電路等課程相比，課程內(nèi)容與工程實際差距較大。因此，多數(shù)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(shù)字電路等課程教學中工程案例教學法的應(yīng)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(yōu)勢。電路課程應(yīng)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(nèi)容的工程應(yīng)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(fā)現(xiàn)、應(yīng)用與關(guān)聯(lián)，凸顯電路理論知識的核心內(nèi)容和重要知識點，著重培養(yǎng)學生的工程實踐能力。
2.1注重知識的發(fā)現(xiàn)
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(shù)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(jié)得到的理論和方法，學生從中可以學習科學家發(fā)現(xiàn)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(fā)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(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W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(yīng)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(yīng)用
注重實際電路中常見電路知識的典型工程應(yīng)用。集總參數(shù)電路都要遵循電路課程的定理和定律，一般實際電路規(guī)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(yīng)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(yīng)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(yǎng)。
2.3注重知識的關(guān)聯(lián)
注重電路課程知識在其他課程應(yīng)用與關(guān)聯(lián)的案例教學。電路課程是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，課程知識與多門課程關(guān)聯(lián)。例如，分析求解要用到微分方程、復數(shù)、拉氏變換和反變換等數(shù)學知識，涉及數(shù)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(yīng)、沖激響應(yīng)、頻率特性等關(guān)聯(lián)自動控制原理課程中一階系統(tǒng)與二階系統(tǒng)的系統(tǒng)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(guān)系，做好知識內(nèi)容的“二傳手”，幫助學生構(gòu)建自己的知識體系，內(nèi)化知識。
3電路課程工程案例教學法的實際應(yīng)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(nèi)容密切關(guān)聯(lián)，要具有典型性，內(nèi)容要新穎有趣，與課程內(nèi)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(yīng)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(yīng)用的工程案例。
3.1電橋電路的工程應(yīng)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(shù)據(jù)手套指關(guān)節(jié)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(shù)據(jù)手套的關(guān)節(jié)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(nèi)容將理論知識關(guān)聯(lián)到實際電路，很好地聯(lián)系了工程實際，激發(fā)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(guī)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(guān)聯(lián)，用于“虛短”“虛斷”規(guī)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(shù)為τ=RC，電路動態(tài)特性變化的快慢取決于時間常數(shù)。RC一階電路的時間常數(shù)在工程上有兩種不同的典型應(yīng)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(shù)要??；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(shù)，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(shù)的認知，并將該參數(shù)與實際電路的功能聯(lián)系起來。
4結(jié)語
在“金課”和新工科建設(shè)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(fā)現(xiàn)、應(yīng)用和關(guān)聯(lián)，并將典型工程案例用于課程的例題，實現(xiàn)了理論教學與工程實踐能力培養(yǎng)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(fā)了學生的學習熱情，促進了學生學習能力、實踐能力、知識應(yīng)用能力的培養(yǎng)，提高了課程的教學質(zhì)量，學生總評成績優(yōu)良率穩(wěn)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(yǎng)[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(shù)課程教學改革與實踐[J].中國教育技術(shù)裝備,2017(22):105-107.
[3]劉敏華,吳桂峰.電路分析基礎(chǔ)課程案例教學法探討[J].中國現(xiàn)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
