教材《电工技术》和《电子技术》的编写思想

刘 晔,王建华

(西安交通大学电气工程学院,陕西西安 710049)

0 引言

“电工电子技术”(电工学)课程分为“电工技术”和“电子技术”两部分,是高等学校工科非电类专业本科生必修的一门重要的技术基础课程。教材是学生学习之托和教师施教之据,高等学校工科非电类专业优化培养人才的知识结构最终取决于课程设置、课程内容和教材建设的成果,按照转变教育思想,更新教育观念,打好基础和贯彻素质教育的要求,由西安交通大学刘晔主编的《电工技术》教材和由王建华主编的《电子技术》教材,作为普通高等教育“十一五”国家级规划教材已于2010年3月由电子工业出版社出版。本文简要介绍该教材的编写思路和内容特色。

教材是西安交通大学电工电子教学实验中心在开展国家工科基础课程电工电子教学基地、国家级电工电子实验教学示范中心和“电工电子技术(电工学)”国家精品课程建设工作的基础上,依据教育部制定的工科高校“电工电子技术”课程教学基本要求,为适应高等学校工科非电类专业“电工电子技术”课程改革的需要而编写的。通过《电工电子技术》课程的学习使学生获得电工技术和电子技术必要的基本理论、基本知识和基本技能,了解电工技术和电子技术的应用及发展,为学习后续课程以及从事与专业有关的工程技术等工作打下一定的基础。本文作者作为《电工电子技术》课程的主讲教师,又作为《电工技术》教材和《电子技术》教材的编者,组织领导和积极实践了课程改革全过程。

当今社会正在向知识经济发展,而知识经济的核心是人才,人才在于教育与培养。主动适应社会对人才的需要是教育的本质决定的,也是高校人才培养工作的出发点和落脚点,准确把握时代发展的脉搏和特征是教学工作的基本依据。《电工技术》教材和《电子技术》教材建设的指导思想是:坚持西安交通大学“基础厚、要求严、重实践”的优良传统,以转变教育思想和更新教育观念为先导,加强基础、锐意创新为理念,课程体系和教学内容改革为主线,学科为依托,建设在教学全过程中体现“研究、实践、创新”特色的电工电子基础课程教材。

1 关于《电工技术》教材

《电工技术》教材的封面如图1所示,其内容包括电路的基本概念和基本定理、电路的分析方法、正弦交流电路、供配电技术基础、电路的暂态分析、磁路与变压器、电机、继电接触器控制、可编程序控制器、电气测量共10章内容。基于课程改革要求,教材具有以下特点:

(1)电工技术是研究物质的电磁客观规律并用于实践的科学技术。教材体现我校电工电子技术课程教学“保基础、重实践、少而精”的传统,教学内容紧扣教学大纲,在介绍基本概念、基本原理、基本分析方法的基础上加强和突出工程应用,满足较少学时教学的需要。

(2)整合课程内容,注重系统概念和系统特性的介绍和论述。“电工电子技术”课程的教学时数有限,又要不断引入新的教学内容,当然存在教学体系中有限课程容量与无限膨胀的课程内容之间的尖锐矛盾。教材在编写中,从课程内容系统的观点出发,重视外部特性,重视应用技术;基础知识的引出“重神轻形”,力求理论形象直观。

(3)电磁现象的普遍性决定了电气工程学科与其它学科之间存在着广泛的、必然的和内在的联系,电工技术具有基础性,同时具有极强的交叉性和渗透性。为了满足不同专业学生利用与电气工程学科交叉、渗透、融合来促进其本身学科的学习和开拓新学科领域的需要,教材在发展上下工夫,内容涵盖了电气工程学科的大多数研究领域。例如:电路与系统、电机与电器、电力系统、供电与用电、测量技术、控制技术等。

(4)力求反映电气工程学科的新成就和新进展。为了适应电工技术的迅猛发展,课程的教学内容要努力把握学科发展的脉搏和特征,力求反映学科前沿和具有时代特征。教材论述了各种电机的应用领域和发展方向,基于S7-200系列可编程序控制器介绍可编程序控制器的应用方法,引入了PSpice通用电路分析软件、电力系统中性点的运行方式、光学电流互感器、软测量技术、虚拟仪器、模糊传感器等发展和探索性的内容。

2 关于《电子技术》教材

《电子技术》教材的封面如图2所示,其内容包括半导体器件、基本放大电路、集成运算放大器、电力电子技术、集成逻辑门和组合逻辑电路、集成触发器和时序逻辑电路、信号的产生和变换电路、数模和模数转换器、存储器与可编程逻辑器件共9章内容。基于课程改革要求,教材具有以下特点:

(1)体现我校电工电子技术课程教学“保基础、重实践、少而精”的传统。教学内容紧扣教学大纲,在介绍基本概念、基本原理、基本分析方法的基础上加强和突出工程应用,满足较少学时教学的需要。

(2)重视电子器件和集成电路的外特性,通过具有典型意义的分立元件电路介绍电子电路的基本分析方法。

(3)加强对集成电路应用的论述。在模拟电路部分,重点讨论了集成运算放大器的分析和应用;在数字电路部分则直接由小规模集成电路入门,重点讨论中规模集成电路的应用。

(4)反映电子技术的新技术和发展方向。教材介绍了光电耦合器件、可编程逻辑器件等,将迅速发展的电力电子技术单独作为一章内容加以阐述,引入了PSpice仿真软件,便于学生了解电子技术的新发展。

图1 《电工技术》封面

图 2 《电子技术》封面

3 两个模块电路分析方法的不一致性

“电工电子技术”课程的两个部分各自自成体系,两个部分的特点有很大的不同:电路理论模块理论性强,推导严密,一丝不苟;而电子技术模块更注重采用工程观点。从而导致了两个部分电路分析方法的不一致性。教学实践表明,如果不能充分注意和正确处理这一重要问题,不会取得好的教学效果。

在工程实际中为了分析问题的方便,往往将次要因素忽略掉,而只考虑主要的因素,这样使得复杂的问题简单化,提高解决问题的效率,只要所产生的误差是在允许的范围内该方法就是可行的,这就是工程上的近似分析方法。在电子技术模块中,小到元器件,大到复杂电路,它们的分析方法几乎都离不开近似分析法。例如:三极管发射结导通压降的规定,放大电路微变等效电路的获得,负反馈放大电路闭环增益的计算等。

在电路理论模块的教学中,电路元件如果不加特别强调则是线性的;而在电子技术模块中的半导体元件本质是非线性的。这要求教师和学生在教、学电路理论和电子技术两个部分时采用不同的电路分析和处理方法。实际上,元件的线性性质或非线性性质是用伏安特性表示的,而伏安特性是固有的,并不因为与外电路的不同连接方式而改变,把握了这一点将十分有利于问题的分析和解决。

4 结语

《电工电子技术》教材采用“基础知识(经典内容)–先进技术(提高内容)–应用能力(实用内容)”的体系组织教材。从适应素质教育的需要和培养创新意识、创新精神和创新能力的目标出发进行组织和编写,紧紧把握专业发展方向,采用富有弹性的模块式结构,对知识与能力进行有目的地综合、融合和整合。采用现代媒体与传统媒体有机结合的教学方法,解决课时少与知识更新快、教学内容多以及学生接触工程实际相对较少的矛盾,促进课程教学质量的提高。

在教材内容上力求丰富、在结构上力求创新,关注授课对象专业领域的发展趋势,努力使教材反映时代发展,具有鲜明的时代特征,具有体现现代科技与生产的发展变化和基础知识相结合的开放性特点。强调理论教学和实验教材的衔接,使理论知识体系与实践技能体系有机地结合起来。教材在满足教学基本要求的前提下,充分总结和反映了西安交通大学在电工电子技术基础课程教学和教材建设的特色。

[1]刘晔.电工技术(电工学Ⅰ).北京:电子工业出版社,2010

[2]王建华.电子技术(电工学Ⅱ).北京:电子工业出版社,2010

[3]刘晔,唐胜安,甫拉提·阿不力米提,等.计算机、软件类专业《电路与电子学》课程的建设.电工电子课程报告论坛论文集2007,北京:高等教育出版社,2008

[4]马西奎,杨拴科,刘晔.锐意改革,不断创新,建设一流的国家级电工电子实验教学示范中心.第4届全国高校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集,北京:华北电力大学,2007

[5]刘晔,杨振坤,王建华,李瑞程.彰显特色,不断创新,推进《电工电子技术》国家精品课程的建设.第5届全国高校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集,西安:西安交通大学,2008

[6]刘晔,马西奎,杨拴科.努力推进国家级电工电子实验教学示范中心的建设和持续发展.高等工程教育研究,2009,增刊:49-52

[7]刘晔,甫拉提·阿不力米提,唐胜安.《电路与电子学基础》教材的编写思想.第6届全国高校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集,哈尔滨:黑龙江科技学院,2009