电路分析基础实验教材中引入工程应用的探索

李晓冬 李淑明

（桂林电子科技大学，广西 桂林 541004）

电路分析基础实验教材中引入工程应用的探索

李晓冬 李淑明

（桂林电子科技大学，广西 桂林 541004）

针对当前使用的电路分析基础实验教材存在的不足，结合工程教育的要求，在教材中引入工程应用实例，实践表明，该教材能够激发学生的学习兴趣，提高教学质量。

电路分析基础实验；教材；工程应用

为满足经济社会发展对高素质工程技术人才的需求，教育部于 2010年启动了“卓越工程师教育培养计划”，希望通过此计划的实施，全面提高我国工程教育人才的培养质量。该计划注重对学生工程能力的强化培养，在该计划中，实验教学的作用得到进一步的凸显。这就要求实验教材必须满足工程教育的需要，对理论与工程应用的结合有深入浅出的介绍，对各个实验项目能够深刻、简明的阐述其工程应用背景，使学生能在实验的过程中，窥探各理论知识在工程上丰富多彩的应用。然而，作为工科电类专业的重要基础课程，电路分析基础实验教学及其配套的教材仍然只是作为理论课程教学的补充，相关的实验多以理论验证为主，联系工程实际的内容甚少，不利于引导学生深入理解课程的内在思路并将其与工程实践相结合，无法满足工程教育背景下对学生实践能力和工程素养培养的要求。为改变这一状况，一本与之相适应的教材必不可少。

1 当前教材存在的问题

桂林电子科技大学电路分析基础实验面向全校9个院系30多个专业，学生量大面广。该实验课程与理论联系紧密，系统性和逻辑性强，有广泛而深远的工程应用背景。 该课程学时短——只有16个学时，要求高——要求学生熟练掌握多种常用电子测量仪器的使用方法，学会常用元器件的识别测量、掌握电路分析各基本理论的实验验证，在此基础上能够设计简单的实验电路、验证或得到某个结论[1]。如何在有限的学时里让学生“学得会”、“学得好”成为实验教师面临的紧迫问题。而教材是教师组织开展教学活动的基础，是课程目标和课程内容的重要载体，其内容的选择和编排直接影响到教师教学活动的组织，决定着教学的质量和效果，要提高教学质量，教材的改革必须先行。然而随着课程内容和实验室的建设发展，目前使用的教材已经逐渐无法适应教学的需要，主要体现在以下两个方面：

（1）桂林电子科技大学多个学院相关专业实施了卓越工程师教育培养计划，这些学生（卓越班）的电路类基础实验课程都由学校教学实践部电路中心开设，而该计划特别重视培养学生的工程应用能力和创新能力，要求相关的教材引入工程应用范例以满足教学需求，但目前电路分析基础实验所用的教材对工程应用范例的介绍寥寥无几。

（2）桂林电子科技大学教学实践部电路中心成为国家级实验教学示范中心后，实验室建设有了长足的发展，全面更换了实验箱、信号源、示波器、万用表、电压源等实验设备，实验大纲和内容也有所更新，但是所使用的教材却没有更新，严重影响了教学活动的开展：教师讲课时教材内容与实验内容对不上、更无法满足学生自主学习的需要，教师只能另外编写教学课件发放给学生使用，亟需一本高质量的新教材。

2 国内外相关教材发展背景

纵观国内的电路分析基础实验教材及课程，基本都以复现电路分析的概念和过程为主，很多具体的实验设置和环境与工程实际相差较远[2]；反观国外的电路教材，即使是理论课教材都很重视理论与工程实例结合的。例如由 WilliamH.Hayt、Jack E.Kemmerly和 Steven M.Durbin合著的《Engineering Circuit Analysis》[3]，以及由James W.Nilsson与Susan A . Riedel合著的《Electric Circuits》[4]，以上教材在各章节中都穿插引入了相应的工程应用范例，这些内容对于激发学生学习兴趣，透彻理解相关理论知识及其应用都起到了事半功倍的效果，有助于提高学生的实际工程应用能力，为未来工程应用打下基础[5]。

介于以上的背景，借鉴国外的优秀教材，以现代教育思想为指导，从认知规律入手，我们正在探索将工程实例融入实验教材中，编著一本方便教师授课、学生自主学习的电路分析基础实验教材。

3 工程应用范例举例

根据高等学校工科“电路分析基础”课程的教学要求，结合桂林电子科技大学教学大纲的设置，经过分析探索，笔者选择以下工程应用范例加入到教师编写的实验教材中，可满足授课和自学需要：

（1）接地的概念及实验中需注意的问题。

（2）戴维南定理在工程上的应用：信号源内阻的测量。

（3）受控源在工程上的应用：直流晶体管电路。

（4）一阶RC电路在工程上的应用：耦合电路。

（5）RL电路在工程上的应用：继电器电路和汽车点火电路。

（6）二阶RLC串联电路在工程上的应用：平滑电路。

（7）正弦电路在工程上的应用：移相器和交流电桥。

（8）RLC谐振电路在工程上的应用：收音机的输入调谐电路。

（9）双口网络在工程上的应用：晶体管电路分析。

（10）电子设计仿真制作实例：LED手电设计制作。

以上内容在各种实际电路中都有广泛应用，例如：一阶RC电路在工程上的应用：耦合电路。耦合电路广泛存在于各种放大电路的前后级连接处，实现能量或信号的传递。如图1所示，如果前级送来的信号中既包含直流分量又包含交流分量，那么经过耦合电路后，信号的成分将会发生变化，直流分量将会被滤除，这就像一个过滤器一样，滤除杂质，获得笔者需要的东西。

图1　耦合电路

再比如RLC谐振电路在工程上的应用：收音机的输入调谐电路。收音机的调台过程就是谐振回路的调谐过程。我们知道不同广播电台发射的信号频率各不相同，那么如何从成千上万个信号中选出笔者需要的电台信号呢？图 2左是一个调幅收音机选频部分的简化电路图，L1为接收天线， L2与C构成谐振电路，通过调节回路电容C的大小，就可以改变谐振回路的固有谐振频率，使之与所选信号的频率（要收听的电台频率）相等，这个过程就称为调谐。考虑到实际回路损耗，该电路等效电路图如图2右所示，其中RL2为回路损耗，它的存在是由于电感阻抗并不为零；e1、e2、e3表示三个频率不同的电台，相当于我们实验中用到的信号源，改变电容的大小，使电路的谐振频率与其中一个电台的频率一致即可。这正好是笔者所熟悉的RLC串联谐振电路。

图2　调幅收音机选频部分的简化电路图与其等效电路图

4 教材的试用效果

笔者将编写的教材以参考资料和课件的形式在桂林电子科技大学电子、通信等几个专业部分学生中进行了小范围的试用，取得了较好的效果。在实验和讲解工程电路的过程中，学生面对的不再只是枯燥繁琐的理论和公式，而是一个个鲜活生动的应用实例，学生的学习兴趣有了显著提高，分析和解决问题的能力有所增强，解答了学生在理论教学过程中产生的普遍疑问：“ 我学习的这些理论究竟有哪些用处？”真正体现了学以致用。

5 结论

将工程应用引入到电路分析基础实验教材中，不仅满足了工程教育的教学要求，激发了学生的学习兴趣，更推动了教学改革的不断深入，促进教学水平和教育质量的不断提高。

[1] 李晓冬,李淑明.仿真软件在电路分析实验教学中的应用效果初探[J].大众科技,2014,(11):193-194.

[2] 张国光.面向工程教育认证的电路分析基础课程体系建设[J].教育教学论坛,2013,(11):152-154.

[3] William H.Hayt,Jack E.Kemmerly,Steven M.Durbin.Engineering Circuit Analysis,Seventh Edition[M].北京:电子工业出版社,2007:31-636.

[4] James W.Nilsson,Susan A.Riedel.Electric Circuits,Eighth Edition[M].北京:电子工业出版社,2008:100-541.

[5] 王源.谈在电路课程教学中的工程应用范例[J].考试周刊, 2014,(67):171.

An exploration on the teaching material in fundamentals of circuit analysis experimental with introduction of engineering application

Aiming at numbers of deficiencies in the teaching material in fundamentals of circuit analysis experimental in use，combined with the engineering education requirements，we introduce some examples of engineering application in the teaching material. The practice shows that the teaching material are able to boost students' enthusiasm and enhance the teaching quality.

Fundamentals of circuit analysis experiment; teaching material; engineering application

G642.0

A

1008-1151(2015)09-0148-02

2015-08-10

桂林电子科技大学教改项目：依托工程应用、融合虚拟实验的电路分析基础实验教材建设研究。

李晓冬（1980－），男，广东东莞人，桂林电子科技大学教学实践部讲师，研究方向为通信与电子。