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摘 要： 文章以《电路分析》课程的教学方法改革为出发点，以培养学生的学习兴趣和计算机运用能力为目的，围绕如何提高教学质量，探讨MathCAD在电路分析课程教学中的应用。此类教学改革对培养学生合理使用个人电脑，实现电路分析课程的无纸化教学有良好效果，对于工科其他课程教学方法的改进亦有一定借鉴意义。
关键词： 电路分析 教学改革 MathCAD
1.引言
随着我国高等教育大众化的深入，地方院校本科教学也遇到前所未有的困境：学生基础差，学习兴趣不高，教学要求却并未降低，等等。因此，在新形势下研究学生心理，改进教学方法，提高教学质量，就成为教师必须思考的问题[1]，[2]。
电路分析是工科电类专业一门重要的专业基础课程，它既是电子电气类专业课程体系中数学、物理学等学科基础课的后续课程，又是专业基础课和选修课的基础。在整个电子与电气信息类专业的人才培养方案和课程体系中起着承前启后的重要作用[3]。然而传统的教学依然沿用“满堂灌”的模式，对一些重点知识，如动态电路，正弦稳态电路的讲解枯燥乏味，学生理解较为困难，教学效果难以保证。随着计算机的普及应用，采用MathCAD软件辅助教学，一方面强化了本课程的教学效果，另一方面为学生后续课程的学习中提供了有力工具[4]。
2.MathCAD软件介绍
MathCAD软件是美国PTC公司开发的一个功能齐全、交互性强的数学软件，它把强大的计算功能、图形与动画功能与易用性、可读性性完美结合起来。MathCAD具有以下几个方面特点。
2.1演算纸式的工作页
MathCAD拥有演算纸式的工作页，界面简洁明了，用户只需在工作页上的任意位置用鼠标点击，即可进行输入。
2.2强大丰富的功能
经过20年发展，MathCAD从早期的简单有限功能发展到现在的代数运算，线性及非线性方程求解与优化，常微分方程，偏微分方程，统计，金融，信号处理，图像处理等许多方面；提供的绘图工具可以方便地绘制2D、3D、极坐标图等。
2.3编程语言形象直观
MathCAD内置的M 编程语言提供了编写自定义函数的功能。采用MathCAD编写的程序流程清晰，编程效率高，运算过程类似手工计算方式，避免了使用其他高级编程语言需要记忆大量指令和语法规则的缺点。
3.MathCAD在课程教学中的应用
3.1传统教学中存在的问题
电路分析课程的理论性较强，对于结构较为复杂的电路，分析计算较为困难。学生在学习过程中需要花费大量时间在繁琐计算上，导致对知识本质涵义的思考时间不足。在正弦稳态分析、动态电路等知识的学习中，由于涉及相量运算、时域响应等，传统教学模式下只能简单、枯燥的进行数学推导，不能提供直观、形象的图形化描述，学生难以获得深刻理解，影响学习积极性。
3.2 MathCAD在电路分析教学中的应用
为了让学生摆脱纯粹的计算，更多关注电路分析方法、定律定理的本质，培养学习兴趣，提高计算机运用能力，本文将MathCAD引入课程教学，通过实例演示为教学提供一种新的方法和模式。
3.2.1电路求解
使用MathCAD提供的“求解命令块”解决此问题，它由估值、约束和求解器三部分构成。估值是给定已知量或指定未知量的求解范围，约束则是给定未知量的约束条件，在电路分析中即待求量满足的电路方程，求解器是利用某种求解关键字对问题进行最终求解。
本问题在MathCAD中的求解方法为：在工作页面任意位置插入求解命令块→设定估值→设定约束条件→用“find”指令求解，如图2所示。
根据计算结果就可以得出各量的瞬时值表达式。MathCAD允许带单位运算，且提供了复数值格式转换功能，方便用户在复数形式与极坐标形式之间进行转换。
3.2.2 MathCAD绘图功能在电路实验中的应用
电路分析课程一般都设置若干实验。MathCAD的曲线拟合和绘图功能有助于学生根据实验数据准确地描绘波形曲线[5]。以“电路元件伏安特性测绘”这一实验项目为例，该实验属于验证性实验，主要训练学生正确使用万用表、直流毫安表、可调直流稳压电源等常见电工仪器仪表，并通过逐点测试法描绘线性电阻、非线性电阻元件的伏安特性。图3为该实验的接线原理图。
U为可调直流稳压电源，mA为直流电流表，V表示直流电压表。调节直流稳压电源，记录相应的电压表和电流表的读数如表1所示。
线性电阻的伏安特性是u-i平面上过坐标原点的一条直线，满足方程：f（u）=a b·u。利用MathCAD中的“line（x，y）”函数可以计算式中的系数a，b，进而描绘电阻元件的伏安特性曲线。图4为该问题的处理过程。
图4中红色曲线表示由MathCAD拟合的伏安特性，黑色方框是测量的实验数据点。从两者的对比可以看出，MathCAD的线性拟合准确地反映了线性电阻的伏安特性。
二极管的伏安特性是典型的非线性曲线，表2中的数据反映了某型号二极管的正向特性。
4.结语
随着个人电脑的快速普及，学生在经历了高中阶段近乎残酷的压迫式学习后，在高校相对宽松的环境下，很容易自我懈怠，沉迷于电脑游戏而忽视学习的重要性。如何引导学生合理地应用个人电脑需要广大教师不懈思考和努力。MathCAD具有强大的数学运算功能和图形图像编辑功能，将其应用于电路分析课程的教学，较好地解决计算繁琐导致学生学习积极性受影响的问题，对于引导学生正确使用个人电脑具有较好的作用，并且由于其具有演算纸式的工作页、多样化的存档形式，因此可以广泛应用于工科其他课程的学习。
参考文献：
[1]程文波.地方本科院校电路分析课程的建设与优化[J].宜宾学院学报，2010（6）：22-24.
[2]曾松伟，周素茵，章云，周竹.“电路分析”课程教学改革探讨[J].电气电子教学学报，2014，3（4）：53-55.
[3]徐钦民，周祖平，邢向南.在电路教学中培养学生创新能力[J].实验室研究与探索，2010，29（4）：119-122.
[4]张文婷，王紫婷.电路分析实验课程教学改革的研究与探索[J].实验室研究与探索，2010，29（5）：146-147.
[5]李岩.计算机辅助电路分析实验教学的改革与实践[J].实验技术与管理，2008，25（9）：144-148.
关键词： 电路分析 教学改革 MathCAD
1.引言
随着我国高等教育大众化的深入，地方院校本科教学也遇到前所未有的困境：学生基础差，学习兴趣不高，教学要求却并未降低，等等。因此，在新形势下研究学生心理，改进教学方法，提高教学质量，就成为教师必须思考的问题[1]，[2]。
电路分析是工科电类专业一门重要的专业基础课程，它既是电子电气类专业课程体系中数学、物理学等学科基础课的后续课程，又是专业基础课和选修课的基础。在整个电子与电气信息类专业的人才培养方案和课程体系中起着承前启后的重要作用[3]。然而传统的教学依然沿用“满堂灌”的模式，对一些重点知识，如动态电路，正弦稳态电路的讲解枯燥乏味，学生理解较为困难，教学效果难以保证。随着计算机的普及应用，采用MathCAD软件辅助教学，一方面强化了本课程的教学效果，另一方面为学生后续课程的学习中提供了有力工具[4]。
2.MathCAD软件介绍
MathCAD软件是美国PTC公司开发的一个功能齐全、交互性强的数学软件，它把强大的计算功能、图形与动画功能与易用性、可读性性完美结合起来。MathCAD具有以下几个方面特点。
2.1演算纸式的工作页
MathCAD拥有演算纸式的工作页，界面简洁明了，用户只需在工作页上的任意位置用鼠标点击，即可进行输入。
2.2强大丰富的功能
经过20年发展，MathCAD从早期的简单有限功能发展到现在的代数运算，线性及非线性方程求解与优化，常微分方程，偏微分方程，统计，金融，信号处理，图像处理等许多方面；提供的绘图工具可以方便地绘制2D、3D、极坐标图等。
2.3编程语言形象直观
MathCAD内置的M 编程语言提供了编写自定义函数的功能。采用MathCAD编写的程序流程清晰，编程效率高，运算过程类似手工计算方式，避免了使用其他高级编程语言需要记忆大量指令和语法规则的缺点。
3.MathCAD在课程教学中的应用
3.1传统教学中存在的问题
电路分析课程的理论性较强，对于结构较为复杂的电路，分析计算较为困难。学生在学习过程中需要花费大量时间在繁琐计算上，导致对知识本质涵义的思考时间不足。在正弦稳态分析、动态电路等知识的学习中，由于涉及相量运算、时域响应等，传统教学模式下只能简单、枯燥的进行数学推导，不能提供直观、形象的图形化描述，学生难以获得深刻理解，影响学习积极性。
3.2 MathCAD在电路分析教学中的应用
为了让学生摆脱纯粹的计算，更多关注电路分析方法、定律定理的本质，培养学习兴趣，提高计算机运用能力，本文将MathCAD引入课程教学，通过实例演示为教学提供一种新的方法和模式。
3.2.1电路求解
使用MathCAD提供的“求解命令块”解决此问题，它由估值、约束和求解器三部分构成。估值是给定已知量或指定未知量的求解范围，约束则是给定未知量的约束条件，在电路分析中即待求量满足的电路方程，求解器是利用某种求解关键字对问题进行最终求解。
本问题在MathCAD中的求解方法为：在工作页面任意位置插入求解命令块→设定估值→设定约束条件→用“find”指令求解，如图2所示。
根据计算结果就可以得出各量的瞬时值表达式。MathCAD允许带单位运算，且提供了复数值格式转换功能，方便用户在复数形式与极坐标形式之间进行转换。
3.2.2 MathCAD绘图功能在电路实验中的应用
电路分析课程一般都设置若干实验。MathCAD的曲线拟合和绘图功能有助于学生根据实验数据准确地描绘波形曲线[5]。以“电路元件伏安特性测绘”这一实验项目为例，该实验属于验证性实验，主要训练学生正确使用万用表、直流毫安表、可调直流稳压电源等常见电工仪器仪表，并通过逐点测试法描绘线性电阻、非线性电阻元件的伏安特性。图3为该实验的接线原理图。
U为可调直流稳压电源，mA为直流电流表，V表示直流电压表。调节直流稳压电源，记录相应的电压表和电流表的读数如表1所示。
线性电阻的伏安特性是u-i平面上过坐标原点的一条直线，满足方程：f（u）=a b·u。利用MathCAD中的“line（x，y）”函数可以计算式中的系数a，b，进而描绘电阻元件的伏安特性曲线。图4为该问题的处理过程。
图4中红色曲线表示由MathCAD拟合的伏安特性，黑色方框是测量的实验数据点。从两者的对比可以看出，MathCAD的线性拟合准确地反映了线性电阻的伏安特性。
二极管的伏安特性是典型的非线性曲线，表2中的数据反映了某型号二极管的正向特性。
4.结语
随着个人电脑的快速普及，学生在经历了高中阶段近乎残酷的压迫式学习后，在高校相对宽松的环境下，很容易自我懈怠，沉迷于电脑游戏而忽视学习的重要性。如何引导学生合理地应用个人电脑需要广大教师不懈思考和努力。MathCAD具有强大的数学运算功能和图形图像编辑功能，将其应用于电路分析课程的教学，较好地解决计算繁琐导致学生学习积极性受影响的问题，对于引导学生正确使用个人电脑具有较好的作用，并且由于其具有演算纸式的工作页、多样化的存档形式，因此可以广泛应用于工科其他课程的学习。
参考文献：
[1]程文波.地方本科院校电路分析课程的建设与优化[J].宜宾学院学报，2010（6）：22-24.
[2]曾松伟，周素茵，章云，周竹.“电路分析”课程教学改革探讨[J].电气电子教学学报，2014，3（4）：53-55.
[3]徐钦民，周祖平，邢向南.在电路教学中培养学生创新能力[J].实验室研究与探索，2010，29（4）：119-122.
[4]张文婷，王紫婷.电路分析实验课程教学改革的研究与探索[J].实验室研究与探索，2010，29（5）：146-147.
[5]李岩.计算机辅助电路分析实验教学的改革与实践[J].实验技术与管理，2008，25（9）：144-148.