案例教学法在电磁兼容技术教学中的应用

熊鸣

摘要：“电磁兼容技术”是工程实践性较强的课程，针对学生工程实践基础较薄弱的问题，笔者结合自己的科研经验开展了案例教学法的尝试，通过构建三个典型的学习环境，使得学生对接地、屏蔽和滤波有了较好的认识，充分调动了学生学习的积极性，提高了学生综合运用知识的能力，并激发了学生的探索精神。

关键词：电磁兼容技术;案例教学法;工程实践

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）45-0135-02

一、引言

随着现代科学技术的发展，电子、电气设备或系统获得越来越广泛的应用。电磁环境日益复杂，处在其中的电子、电气设备面临越来越多的干扰，造成性能降低、功能丧失的概率明显增加。因此，在电子、电气设备和系统的设计、研制和生产过程中，如何解决电磁兼容问题已受到越来越广泛的重视。北京信息科技大学自2009年开始，为电气工程专业学生开设了《电磁兼容技术》课程（32学时），旨在帮助学生了解电磁兼容的基本概念和原理，该课程是从电磁兼容基本概念入手，介绍电磁干扰三要素，电磁干扰控制原理以及接地、屏蔽和滤波三种基本的技术。该课程的特点是与实践结合的较为紧密。

二、案例教学法

案例教学法起源于1920年代，由美国哈佛商学院（Harvard Business School）所倡导，采取了一种很独特的案例型式的教学，这些案例都是来自于商业管理的真实情境或事件，透过此种方式，有助于促使学生主动参与课堂讨论，实施之后，颇具绩效。案例教学方法有一个基本的假设前提，即学员能够通过对这些过程的研究与发现来进行学习，在必要的时候回忆出并应用这些知识与技能。案例教学法非常适合于开发分析、综合及评估能力等高级智力技能。这些技能是工科学生所必需的，通过分析案例还可以使受训者在分析案例的基础上，提高自己综合运用已有知识的能力，提高承担不确定结果风险的能力。案例教学法要求设置合适的学习环境，学习环境是一个较为重要的部分。

“电磁兼容技术”这门课程的基本原理比较抽象，含有大量繁琐的公式推导和论证，而它的应用却具有很强的工程实践性。由于电磁兼容测试的仪器设备较为昂贵，大部分高校针对本科教学的“电磁兼容技术”课程一般很少开设实验课，这样就造成了该课程就剩下枯燥的公式和理论的情况。随着课程的进行，学生学习的兴趣逐步下降。所以在“电磁兼容技术”课程中实行案例教学法迫切需要解决的问题是学习环境的搭建。

三、案例教学法的应用

对于大部分本科学生来说，接触实际工程的机会较少，所以无法将实际工程中使用的接地，滤波等作为教学案例，只能将学生日常所能接触到的电路，现象等作为教学案例。

（一）磁珠与0Ω电阻

本校所开设的“电磁兼容技术”课程在大三，在该课程之前学生已经学习了模拟电子技术与数字电子技术，在这两个课程中都会介绍数字地和模拟地的概念。在实际使用时学生往往对这两种地具体的含义以及使用方法存有疑惑。并且在“电磁兼容技术”课程中经常提起隔离电源的概念，将这三个基本概念放在一起进行解释，有助于学生掌握这些地之间的区别以及用法。如图1所示：图中GND表示数字地，AGND表示模拟地，GND 1表示另外一个隔离地。其中R1为0欧姆电阻或者相同封装的磁珠。在实际电路中，用万用表测量GND，AGND以及GND1的相对应的电压，并将测量过程拍摄成短片，以便于课堂上播放，并辅以相应的讲解，使得学生对GND，AGND以及GND1之间的关系有一个较为直接的印象。相对于PPT来说，视频更能吸引学生的注意力。

通过构建不同地的学习环境，使得学生对电路“地”中的认识更加深刻。通过短片的播放以及讲解之后，让学生课后自己查阅0欧姆电阻和磁珠的区别，以便于在该课程的实验（原理图设计）中设计出正确的地线。

（二）线性电源与开关电源

随着现在科技的发展，电源的用处越来越广泛，并且电源也越来越小型化。同样功率的开关电源与线性电源体积、价格上都差别较大。所有的电路中都需要使用电源，不同类型的应用电路中需要不同的电路设计。在课堂上利用PPT讲解线性电源与开关电源的区别，随着讲解的深入，学生的兴趣会逐步下降。为了解释这两者电源的不同，我们将大华无线电厂的DSY-2型稳压电源与普通笔记本电脑的电源进行重量、体积、价格的比较。通过比较这两者的比较来构建线性电源与开关电源的学习环境，比较完两种电源的外表之后，利用示波器测量两个电源的输出波形，用双踪显示的方法将两者电源的输出波形进行比较，将此波形拍摄成短片以便在课堂上播放。在课堂上对两者波形的区别进行讲解，通过视频以及讲解学生能够对线性电源以及开关电源有较为直观的认识，基本明白两者之间的差别。为了更进一步让学生明白开关电源的特性，利用图2来演示开关电源的噪声特性。图2如下所示：

其中LM2596S-5.0为普通的开关电压调节器，输出特性与普通的开关电源纹波类似，由于该芯片体积较小比较适合用来做演示，故选择测量该芯片的输出电压已达到演示开关电源纹波的目的。该电路中的电容、电感以及二极管的参数都是按照芯片手册上提供的进行选择。其中C3，C4，C5作为外部附加的滤波电容，为了降低VCC的输出纹波可以选择不同容值的滤波电容。通过C3，C4，C5电容的不同参数组合得到不同的输出纹波，将此测试结果拍摄成短片以便在课堂上播放，通过不同电容的组合，让学生明白了滤波电容的选择与纹波的关系。构建了不同电路环境下如何选择滤波电容参数的学习环境，通过短片的播放使得学生明白了两种电源的区别，并了解了滤波电容的作用。

通过构建两种电源性能的学习环境，使学生了解了电源的选择方法以及滤波电容的使用，并布置学生课后查阅线性电源以及开关电源的应用场合，为今后的电路设计打下基础。

（三）隔离的应用

随着电子货币的兴起，很多城市的公共交通都采用公交卡来进行缴费。有些电子技术爱好者将公交卡与手机后壳结合在一起，使得携带更为方便。在制作过程中需要用到铁氧体磁布，也就是需要利用铁氧体磁布将公交卡与手机进行相应的隔离，以确保公交卡和手机都能正常使用。通过自制NFC卡构建出铁氧体磁布作用的学习环境，利用铁氧体磁布来演示隔离的作用。

通过演示铁氧体磁布的使用使得学生明白隔离的用法，并布置学生查阅在何种情况下需要使用隔离技术和屏蔽技术，为今后使用隔离和屏蔽打下基础。

四、结语

利用以上三种与学生日常生活紧密相关的事物所构建的学习环境，使得学生对接地、屏蔽和滤波三种技术有了较为直观的认识。相比于理论上的说教，利用贴近生活的学习环境的构建，使得学生有了学习的积极性。通过分析合理的案例，使得学生对学习的知识点有了较为全面直观的掌握。在此基础上，有助于学生完成该课程后续的实验。

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