论文部分内容阅读
摘 要:根据电路课程教学存在的问题,分析了该课程的特点是基于实际的抽象理论,提出了理论与实际接轨的教学模式,主要从课堂上演示简单实验、教学内容注意同后续课程衔接、实验设计等几方面设计教学。实践表明,同学们的兴趣极大地调动起来、理论学习不再枯燥,而且动手能力、观察能力、创新能力都得到了培养。
关键词:电路 理论与实践 接轨 创新
电路课程是理工科电类专业学生必修的一门专业基础课, 电路理论中的直流电路、交流电路、动态电路等各种分析方法、定理、定律, 是学好电气类、电工类、通信类、电子类、机电类等专业知识的基础。然而笔者在教学过程中发现,学生在课上感觉枯燥、抽象,课下缺乏兴趣,甚至有的学生认为:电路就像高等数学一样,会解题便是学的好。学生在学习完电路后,基本的仪表、仪器也不会使用,实验结果不会分析,实际现象更无法解释,这与本科阶段的培养目标相去甚远,甚至可以说电路这样的教学效果是失败的。实际上,电路是专业基础课不错,但是它完全来源于实际中电的现象,它和高等数学的基础也是不一样的,若仍旧只对学生进行纯电路理论知识的教学, 而忽视学生的实践操作技能训练, 必然会造成学生学习积极性差、学习效果差、动手能力差、分析解决问题的能力差,毕业后不能很好地适应用人单位的需要。这样的恶性循环起始于电路,所以电路教师承担着更重要的责任。只有将“电路”中抽象的电路理论知识与生产实践、实训相结合,以能力培养为主线,引发兴趣为目标、从而加深理论的理解,为后续课程学习打下坚实的理论基础,同时加强动手能力的训练、使他们更加关注周围电的现象、对他们的专业产生浓厚的兴趣。
一、电路是来源于实际电路系统的理论,而不是抽象的纯理论
长期以来,无论是教师还是学生总认为,电路是一门跟数学差不多的纯理论,基本就是抽象、枯燥的推导和计算,与课程题目——电路的差别太大,或者说和他们的期望值不一样。因为同学们认为大一过后已经开始接触专业课,那么电路就应该是设计具体电路这样一门课。看来同学们求知欲是很强的,他们希望接触到实际的,而不只是理论,希望接触到具体的、摸得着的,而不是抽象的、空想的。而实际上“电路”确实是理论,但这个理论完全来源于实际的电路系统,每一个电路图都代表一个、甚至很多实际系统;每种分析方法都可以用来处理实际问题,所以教师一定要将这些实际东西引入到理论课上。
理论指导实践,在实践中加深理论的理解。既然“电路”来源于实际的电路系统,就应该适当还原这个过程,可以把日常见到的现象、实物、电路系统,用学习的相关的理论去分析。比如每家每户的照明电路,试画出它的电路图,并计算电压、功率等问题,进一步考虑优化、省电的方法。比如我们常见到的麦克风,它的工作原理又是什么?再如家电、电脑、甚至Mp3、充电器、玩具等,能用“电路”中的理论来分析吗?通过观察事物来学习,一定会加深理论知识的理解,同时他们也切实的感受到学这些理论确实是有用武之地的,那就应该努力学好它。
二、电路课中理论教学引入实践模式的教学设计
教学目的是在不修改教学大纲的前提下,也就是不削减理论内容的情况下,通过解决实际问题,来加强理论的学习。在课堂教学中,加大实际现象、实际电路系统的分析力度,强调计算出结果只是完成了第一步,关键在于怎么去分析这个结果。某些后续课程中重要的理论一定要初步引入其应用场合,引发学生提前去思考这个问题,从而为专业课程的学习做好铺垫。在教学中也要充分利用多媒体的优点,来直观明了地说明复杂的、多变的内容。为了实现本科阶段的培养目标,当然对于实验内容必须要做适当的修改和提升。
1.理论教学中注重与实际的联系,典型的理论可举实例、实物进行说明
有些难以说明、难以理解的概念或内容不必太强调数学推导,而是通过直观明了的实际现象来说明。比如叠加定理的讲述,可以首先通过一个实验,用两节电压不一样的电池,设计一个简单的电路,用万用表来测某个元件两端的电压。首先让两节电池同时作用,记录电压;然后再分别作用,测同一个电压。前一次的电压等于后来两次的和。然后给同学提出问题:这是偶然呢还是必然?如果测某处的电流或功率行吗?如果有电流源行吗?尽量提多的问题让同学去想,激发他们的兴趣,让他们去思考、去创新,有的同学可能自己做实验证实。然后简单通过一个例子说明这种现象的必然性,完全没有必要在严格的数学推导上下功夫,而且效果会好很多,因为他实际经历了这个现象,对叠加定理的理解要比数学推导深刻得多。再如三相电路,给同学布置实训题:家用照明电路设计,课堂上分组讨论,进而引出三相四线制的优点,以及不对称三相电路中中线应如何考虑。这样一来,同学不仅了解了家用照明电路的基本设计,了解了三相四线制与单相制供电方式,而且也对不对称三相电路中中线的理解非常深刻。
有些理论经过提炼,似乎确实已是纯理论,对于这些内容那我们尽量要用好他们。比如傅里叶级数展开,这个内容确实是高等数学中已学过的内容,学习的重点不在分解的过程,而在于分解后应用叠加定理。但对于那些和电现象联系紧密的理论,应该注重和实际的联系。比如理想电路元件的学习比较枯燥,学生注意力不容易集中。我们完全可以设计如下:取几个电阻、电池若干、导线、胶布,万用表等,甚至可让同学自己设计电路、测量出伏安特性、得出电阻值的大小。然后说明测得的伏安特性严格来说不是直线,但是用直线代替误差较小,所以完全可用线性时不变电阻来代替。同时说明了进一步加深电路模型的概念,我们研究的只是理想情况,可近似表示实际。同样的方法对电压源、电流源效果更加明显。再如正弦电路中有功功率的理解。实验准备:电感线圈(已知参数)、交流电压表、交流电流表、功率表,实验设计:事先将电路基本连成,实验时跟同学讲清楚电压表、电流表特别是功率表如何来接。只接电压源或电流源,利用参数计算有功功率,接上功率表看读数,验证他们是一样的。通过这个实验,学生理解了有功功率是实际消耗的功率,同时也初步了解功率表的接法。再如一阶电路,电容的充放电过程,可让同学们自己去查资料,说明一种现象是利用电容的充放电。
2.教学中注意和后续课程的衔接
电路是专业基础,其理论、方法在后续课程中广泛、普遍使用。那么对于那些典型的、重要的,电路的教学人员包括实验人员完全有义务、有责任引入、提及后续什么课分析什么问题要用。当然现在可能效果不明显,如果每个教师都能注重前后课程的联系,那么学生的收益绝对是可观的,不同人员分阶段的重复同一个问题、同一种方法,那么真正接触到的时候,学习将是轻松的、效果将是事半功倍的。比如电流源、受控源的内容,不易和实际所见的器件联系,完全可以引入模拟电子中将要学到的三极管:BJT和EFT,原来三极管就可以构成实际的电流源,那么到底怎么构成呢?它的输出电流是多少呢?他们可能就会想到一些问题,从而激发兴趣。再如相量法、运算法,这两种重要的分析方法,因为后续课程随时用到,而且已经作为常识,可以通过一个实际低电压供电电路应用相量法分析,从而点出这种方法应用范围极广。对于网络函数的学习,除了点出在自控原理和自控系统中也称传递函数外,还可以给同学布置设计题目:设计一个电路,该电路具有振荡衰减的冲激响应,要求把具体的元件参数给出来,甚至要求焊出电路,进一步调试优化。通过这样一个过程,同学们一定会对网络函数的实质和应用有深刻的理解。
3.充分利用对媒体的优点,加深内容的理解
多媒体以其文字、声音、图形、图像、动画、视频等丰富的信息正在取代黑板而成为主要的教学手段。这种高效的教学手段和高密度的教学方式对提高教学效率、保证教学质量十分有利。但是在利用多媒体时,一定要注意多媒体是手段,是为教学服务的,而不是内容。先进的教学手段并不代表着先进的教学思想,教师还应该积极将一些新的教学思想应用到课堂中。丰富的信息怎么能让学生消化吸收才是教师最应该考虑的问题,而避免不负责任地放投影、让学生满屏看。教师一定要注意课件的制作、启发式教学的应用、逻辑思路的严谨、屏幕切换过渡等。
那些用语言和图表难以表达的概念及抽像性强、变化复杂的教学内容, 通过动画演示、模拟实验等使学生在课堂上直观地观察到所研究对象复杂的变化过程, 更好地理解所研究对象的内在规律。比如耦合电感,在运用传统手段时,总觉得叙述不清楚,应用多媒体中插播动画能很好地说明这种现象,很容易弄明白同名端的概念、理解磁耦合这种现象。再如傅里叶级数展开,有些同学对一个周期函数能展开成三角级数之和有什么意义始终不太理解,可先将周期函数波形画出来,再将其分解的各次谐波依次画出,然后再看相反的过程,从同学们的脸上看出了,原来就是这样分解的。利用多媒体能全程清晰地见证分解与合成的过程,这是传统手段力所不能及的。
4.修改实验内容,将有些验证性实验搬到课堂上讲解
在实验课中着重强调基本工具的使用,常见实际问题怎样用这个理论,而把一些验证性内容、或者一些比较合适的内容搬到课堂上来学习。比如上面已经提到的叠加定理完全可以利用课堂的时间让大家来理解、验证。再如两种实际电源模型的实验。像这类验证性实验,完全可以在课堂上做,既加深理论的理解,又节省了时间。当然应该考虑到学生的层次,如果课堂上没有理解,很想自己做一下,那么学校还有开放实验室资源可以利用。
5.充分利用开放实验室的资源,鼓励学生自己动手设计实验
河南理工大学电气学院现有国家级电工电子实验教学示范中心为依托,还有开放实验室,给学生提供了足够的空间。只要他们有想法,就可以去设计、去实验。当然在课堂上做那些简单实验时应该引导、启发他们。比如电感参数测试时,教师会问,电感实际消耗的功率不变,那么他的无功功率是多少,什么时候无功功率最小,无功功率最小意味着什么?这有什么意义?感兴趣的同学就可能会设计这样一个实验,从而知道了功率因数提高的意义。
三、电路理论中引入实践实施注意的问题
1.理论与实践交叉,目的是加强理论的学习,且不可本末倒置
本科类院校培养人才的目标,理论水平是首要的,实际动手能力、解决问题的能力越来越被用人单位重视;当然不能让人认为,只会操作,一点理论都不懂。学习是不断提高的过程,对于电路本身来说,想通过与实际接轨来引起学生的兴趣,当然这个过程,同学们锻炼了实际动手能力也是一种收获,但不能抓不住主要矛盾。要给学生传递这样一种信号,通过这个实验,懂了这个理论,如果想弄明白这个实验,必须深刻地理解这一理论,这才是培养的目的,也是学生可持续发展要求的。相量法、运算法这样的工具在讲解时一定要将来龙去脉、应用方法剖析透彻、深刻。毕竟电路是以理论为主的课程,中心是不能也不容偏离的。
2.某些简单实验搬到课堂上讲,一定要注意方式、方法、时间等问题
实验搬到课堂上讲是很麻烦的,比如说叠加定理的实验,在实验室中实验台上基本已经布置好了,接线几乎也不用,只不过通过扳两次开关、测几个电压电流,就完成了实验,熟练的同学十分钟便可完成。但是在课堂上,要准备两个不一样的电池,最好不要那种稳压电源,太笨重,连线也比较麻烦,必要时还得用胶布固定。所以有些实验是不适合的,一定要注意连线要快,还不麻烦,思路很清晰,学生一目了然,突出重点,是通过实验来学习叠加定理,而不只是做这个实验。
四、结束语
理论源于实践,反过来又指导实践,并受实践检验。应该尽可能地还原这个过程,什么理论用在什么地方,这个实际问题需要用这个理论,只有把相关理论理解透彻,就可以分析实际现象,甚至可以创新,包括创新理论和创新实践。所以在电路中一定要贯穿这个思想,这样同学们的兴趣也被极大地调动起来、理论学习也不费劲,而且动手能力、观察能力、创新能力都得到了培养。
参考文献
[1]康润生,张宇华,等.电工与电子技术之电工技术[M].北京:中国矿业大学出版社,2007
[2]阎有运.电工与电子技术之电路测试技术[M].北京:中国矿业大学出版社,2007
[3]侯文,李玉凤.电路原理课程建设与教学改革的研究[J].中国现代教育装备,2008,2:101～102
[4]黄元峰,李继林.电路课程多媒体教学的实践与思考[J].现代教育科学,2008,1:89～91
关键词:电路 理论与实践 接轨 创新
电路课程是理工科电类专业学生必修的一门专业基础课, 电路理论中的直流电路、交流电路、动态电路等各种分析方法、定理、定律, 是学好电气类、电工类、通信类、电子类、机电类等专业知识的基础。然而笔者在教学过程中发现,学生在课上感觉枯燥、抽象,课下缺乏兴趣,甚至有的学生认为:电路就像高等数学一样,会解题便是学的好。学生在学习完电路后,基本的仪表、仪器也不会使用,实验结果不会分析,实际现象更无法解释,这与本科阶段的培养目标相去甚远,甚至可以说电路这样的教学效果是失败的。实际上,电路是专业基础课不错,但是它完全来源于实际中电的现象,它和高等数学的基础也是不一样的,若仍旧只对学生进行纯电路理论知识的教学, 而忽视学生的实践操作技能训练, 必然会造成学生学习积极性差、学习效果差、动手能力差、分析解决问题的能力差,毕业后不能很好地适应用人单位的需要。这样的恶性循环起始于电路,所以电路教师承担着更重要的责任。只有将“电路”中抽象的电路理论知识与生产实践、实训相结合,以能力培养为主线,引发兴趣为目标、从而加深理论的理解,为后续课程学习打下坚实的理论基础,同时加强动手能力的训练、使他们更加关注周围电的现象、对他们的专业产生浓厚的兴趣。
一、电路是来源于实际电路系统的理论,而不是抽象的纯理论
长期以来,无论是教师还是学生总认为,电路是一门跟数学差不多的纯理论,基本就是抽象、枯燥的推导和计算,与课程题目——电路的差别太大,或者说和他们的期望值不一样。因为同学们认为大一过后已经开始接触专业课,那么电路就应该是设计具体电路这样一门课。看来同学们求知欲是很强的,他们希望接触到实际的,而不只是理论,希望接触到具体的、摸得着的,而不是抽象的、空想的。而实际上“电路”确实是理论,但这个理论完全来源于实际的电路系统,每一个电路图都代表一个、甚至很多实际系统;每种分析方法都可以用来处理实际问题,所以教师一定要将这些实际东西引入到理论课上。
理论指导实践,在实践中加深理论的理解。既然“电路”来源于实际的电路系统,就应该适当还原这个过程,可以把日常见到的现象、实物、电路系统,用学习的相关的理论去分析。比如每家每户的照明电路,试画出它的电路图,并计算电压、功率等问题,进一步考虑优化、省电的方法。比如我们常见到的麦克风,它的工作原理又是什么?再如家电、电脑、甚至Mp3、充电器、玩具等,能用“电路”中的理论来分析吗?通过观察事物来学习,一定会加深理论知识的理解,同时他们也切实的感受到学这些理论确实是有用武之地的,那就应该努力学好它。
二、电路课中理论教学引入实践模式的教学设计
教学目的是在不修改教学大纲的前提下,也就是不削减理论内容的情况下,通过解决实际问题,来加强理论的学习。在课堂教学中,加大实际现象、实际电路系统的分析力度,强调计算出结果只是完成了第一步,关键在于怎么去分析这个结果。某些后续课程中重要的理论一定要初步引入其应用场合,引发学生提前去思考这个问题,从而为专业课程的学习做好铺垫。在教学中也要充分利用多媒体的优点,来直观明了地说明复杂的、多变的内容。为了实现本科阶段的培养目标,当然对于实验内容必须要做适当的修改和提升。
1.理论教学中注重与实际的联系,典型的理论可举实例、实物进行说明
有些难以说明、难以理解的概念或内容不必太强调数学推导,而是通过直观明了的实际现象来说明。比如叠加定理的讲述,可以首先通过一个实验,用两节电压不一样的电池,设计一个简单的电路,用万用表来测某个元件两端的电压。首先让两节电池同时作用,记录电压;然后再分别作用,测同一个电压。前一次的电压等于后来两次的和。然后给同学提出问题:这是偶然呢还是必然?如果测某处的电流或功率行吗?如果有电流源行吗?尽量提多的问题让同学去想,激发他们的兴趣,让他们去思考、去创新,有的同学可能自己做实验证实。然后简单通过一个例子说明这种现象的必然性,完全没有必要在严格的数学推导上下功夫,而且效果会好很多,因为他实际经历了这个现象,对叠加定理的理解要比数学推导深刻得多。再如三相电路,给同学布置实训题:家用照明电路设计,课堂上分组讨论,进而引出三相四线制的优点,以及不对称三相电路中中线应如何考虑。这样一来,同学不仅了解了家用照明电路的基本设计,了解了三相四线制与单相制供电方式,而且也对不对称三相电路中中线的理解非常深刻。
有些理论经过提炼,似乎确实已是纯理论,对于这些内容那我们尽量要用好他们。比如傅里叶级数展开,这个内容确实是高等数学中已学过的内容,学习的重点不在分解的过程,而在于分解后应用叠加定理。但对于那些和电现象联系紧密的理论,应该注重和实际的联系。比如理想电路元件的学习比较枯燥,学生注意力不容易集中。我们完全可以设计如下:取几个电阻、电池若干、导线、胶布,万用表等,甚至可让同学自己设计电路、测量出伏安特性、得出电阻值的大小。然后说明测得的伏安特性严格来说不是直线,但是用直线代替误差较小,所以完全可用线性时不变电阻来代替。同时说明了进一步加深电路模型的概念,我们研究的只是理想情况,可近似表示实际。同样的方法对电压源、电流源效果更加明显。再如正弦电路中有功功率的理解。实验准备:电感线圈(已知参数)、交流电压表、交流电流表、功率表,实验设计:事先将电路基本连成,实验时跟同学讲清楚电压表、电流表特别是功率表如何来接。只接电压源或电流源,利用参数计算有功功率,接上功率表看读数,验证他们是一样的。通过这个实验,学生理解了有功功率是实际消耗的功率,同时也初步了解功率表的接法。再如一阶电路,电容的充放电过程,可让同学们自己去查资料,说明一种现象是利用电容的充放电。
2.教学中注意和后续课程的衔接
电路是专业基础,其理论、方法在后续课程中广泛、普遍使用。那么对于那些典型的、重要的,电路的教学人员包括实验人员完全有义务、有责任引入、提及后续什么课分析什么问题要用。当然现在可能效果不明显,如果每个教师都能注重前后课程的联系,那么学生的收益绝对是可观的,不同人员分阶段的重复同一个问题、同一种方法,那么真正接触到的时候,学习将是轻松的、效果将是事半功倍的。比如电流源、受控源的内容,不易和实际所见的器件联系,完全可以引入模拟电子中将要学到的三极管:BJT和EFT,原来三极管就可以构成实际的电流源,那么到底怎么构成呢?它的输出电流是多少呢?他们可能就会想到一些问题,从而激发兴趣。再如相量法、运算法,这两种重要的分析方法,因为后续课程随时用到,而且已经作为常识,可以通过一个实际低电压供电电路应用相量法分析,从而点出这种方法应用范围极广。对于网络函数的学习,除了点出在自控原理和自控系统中也称传递函数外,还可以给同学布置设计题目:设计一个电路,该电路具有振荡衰减的冲激响应,要求把具体的元件参数给出来,甚至要求焊出电路,进一步调试优化。通过这样一个过程,同学们一定会对网络函数的实质和应用有深刻的理解。
3.充分利用对媒体的优点,加深内容的理解
多媒体以其文字、声音、图形、图像、动画、视频等丰富的信息正在取代黑板而成为主要的教学手段。这种高效的教学手段和高密度的教学方式对提高教学效率、保证教学质量十分有利。但是在利用多媒体时,一定要注意多媒体是手段,是为教学服务的,而不是内容。先进的教学手段并不代表着先进的教学思想,教师还应该积极将一些新的教学思想应用到课堂中。丰富的信息怎么能让学生消化吸收才是教师最应该考虑的问题,而避免不负责任地放投影、让学生满屏看。教师一定要注意课件的制作、启发式教学的应用、逻辑思路的严谨、屏幕切换过渡等。
那些用语言和图表难以表达的概念及抽像性强、变化复杂的教学内容, 通过动画演示、模拟实验等使学生在课堂上直观地观察到所研究对象复杂的变化过程, 更好地理解所研究对象的内在规律。比如耦合电感,在运用传统手段时,总觉得叙述不清楚,应用多媒体中插播动画能很好地说明这种现象,很容易弄明白同名端的概念、理解磁耦合这种现象。再如傅里叶级数展开,有些同学对一个周期函数能展开成三角级数之和有什么意义始终不太理解,可先将周期函数波形画出来,再将其分解的各次谐波依次画出,然后再看相反的过程,从同学们的脸上看出了,原来就是这样分解的。利用多媒体能全程清晰地见证分解与合成的过程,这是传统手段力所不能及的。
4.修改实验内容,将有些验证性实验搬到课堂上讲解
在实验课中着重强调基本工具的使用,常见实际问题怎样用这个理论,而把一些验证性内容、或者一些比较合适的内容搬到课堂上来学习。比如上面已经提到的叠加定理完全可以利用课堂的时间让大家来理解、验证。再如两种实际电源模型的实验。像这类验证性实验,完全可以在课堂上做,既加深理论的理解,又节省了时间。当然应该考虑到学生的层次,如果课堂上没有理解,很想自己做一下,那么学校还有开放实验室资源可以利用。
5.充分利用开放实验室的资源,鼓励学生自己动手设计实验
河南理工大学电气学院现有国家级电工电子实验教学示范中心为依托,还有开放实验室,给学生提供了足够的空间。只要他们有想法,就可以去设计、去实验。当然在课堂上做那些简单实验时应该引导、启发他们。比如电感参数测试时,教师会问,电感实际消耗的功率不变,那么他的无功功率是多少,什么时候无功功率最小,无功功率最小意味着什么?这有什么意义?感兴趣的同学就可能会设计这样一个实验,从而知道了功率因数提高的意义。
三、电路理论中引入实践实施注意的问题
1.理论与实践交叉,目的是加强理论的学习,且不可本末倒置
本科类院校培养人才的目标,理论水平是首要的,实际动手能力、解决问题的能力越来越被用人单位重视;当然不能让人认为,只会操作,一点理论都不懂。学习是不断提高的过程,对于电路本身来说,想通过与实际接轨来引起学生的兴趣,当然这个过程,同学们锻炼了实际动手能力也是一种收获,但不能抓不住主要矛盾。要给学生传递这样一种信号,通过这个实验,懂了这个理论,如果想弄明白这个实验,必须深刻地理解这一理论,这才是培养的目的,也是学生可持续发展要求的。相量法、运算法这样的工具在讲解时一定要将来龙去脉、应用方法剖析透彻、深刻。毕竟电路是以理论为主的课程,中心是不能也不容偏离的。
2.某些简单实验搬到课堂上讲,一定要注意方式、方法、时间等问题
实验搬到课堂上讲是很麻烦的,比如说叠加定理的实验,在实验室中实验台上基本已经布置好了,接线几乎也不用,只不过通过扳两次开关、测几个电压电流,就完成了实验,熟练的同学十分钟便可完成。但是在课堂上,要准备两个不一样的电池,最好不要那种稳压电源,太笨重,连线也比较麻烦,必要时还得用胶布固定。所以有些实验是不适合的,一定要注意连线要快,还不麻烦,思路很清晰,学生一目了然,突出重点,是通过实验来学习叠加定理,而不只是做这个实验。
四、结束语
理论源于实践,反过来又指导实践,并受实践检验。应该尽可能地还原这个过程,什么理论用在什么地方,这个实际问题需要用这个理论,只有把相关理论理解透彻,就可以分析实际现象,甚至可以创新,包括创新理论和创新实践。所以在电路中一定要贯穿这个思想,这样同学们的兴趣也被极大地调动起来、理论学习也不费劲,而且动手能力、观察能力、创新能力都得到了培养。
参考文献
[1]康润生,张宇华,等.电工与电子技术之电工技术[M].北京:中国矿业大学出版社,2007
[2]阎有运.电工与电子技术之电路测试技术[M].北京:中国矿业大学出版社,2007
[3]侯文,李玉凤.电路原理课程建设与教学改革的研究[J].中国现代教育装备,2008,2:101～102
[4]黄元峰,李继林.电路课程多媒体教学的实践与思考[J].现代教育科学,2008,1:89～91