电网络理论课程教学模式研究与实践

罗平,杭丽君

摘要：针对新能源电力及其控制专业研究生阶段“电网络理论”课程的教学方法改革进行了研究和探索。在对目前“电网络理论”在教学活动中存在的问题进行归纳和总结的基础上，对课程的教学理念、教学内容和教学方法等进行了改革，特别是引入了基于Matlab和Multisum的计算机辅助教学实践环节并完善了考核评价机制，并取得了良好的教学效果。

关键词：电网络理论；教学模式；创新型人才

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）45-0157-02

一、引言

“电网络理论”课程是杭州电子科技大学新能源电力及其控制专业硕士研究生的一门重要的专业必修课。它是对大学本科电路理论课程内容的深化和进一步扩展，主要体现在理论分析的系统性、综合性和概括性，以及基本原理和方法应用的灵活性上。通過课程的学习，可使学生的电网络理论体系得到充实和巩固。然而，由于“电网络理论”课程中公式多，涉及很多矩阵分析和计算，对学生的综合素质要求比较高，学生普遍反映该课程比较难学。因此，如何建立基于“电网络理论”课程的创新型人才培养模式，改善学生的学习效果，加强学生的动手能力和创新能力的培养是一个需要认真思考和面对的问题。

二、存在的问题

目前，对于“电网络理论”课程内容的讲授，国内大学大致分为四种情况：（1）不单独开设电网络理论课程，而是把电网络分析理论的一些内容纳入到高等电力网络课程中讲授，讲授的内容主要是电网络分析方法在电力网络中的应用。（2）单独设课，网络分析与网络综合并重，内容为电网络理论的传统内容。（3）单独设课，以电网络分析理论为主，注重引入新思想、新方法。（4）单独设课，以现代电路理论为主要内容，重点介绍电网络理论的最新进展。我校“电网络理论”课程以前是第二种授课方式，主要内容为电网络理论的传统内容，主要教学方法仍是以传统的“填鸭式”教育为主。这种以教师为中心，“满堂灌”的传统教学方式忽视了学生自身能力的培养，限制了学生主观能动性的发挥，很难改善和提高学生的创新能力。教师以完成课堂教学任务为目标，围绕教材单调乏味地进行知识点的讲解和公式的推导，既不重视学生的课堂反馈，也不重视作为辅助手段的实验环节，从而导致对学生动手能力和专业素养的训练不够。此外，大学教师必须具备科研反哺教学的能力，要将本学科研究中最新的动向和前沿课题反映到教学中，从而引导学生尽可能早地参加到科研活动中，从而培养他们开展研究的能力。这是传统教学模式几乎不可能做到的。

三、教学改革措施

为了建立基于“电网络理论”课程的创新型人才培养模式，需要对以下几个方面进行具体而深入的研究。

1.明确教学理念。为了培养创新型人才，在“电网络理论”课程的教学过程中，应遵循研究型教学理念，把素质教育放在首位，要注重基本素质、基本知识、基本能力和基本技能的培养。无论是课堂教学内容、课外实践环节还是教学方法等都是围绕着这种中心确定和展开的，并且是为之服务的。

2.凝练教学内容。“电网络理论”内容包括图论、有源和无源网络的综合、开关电容网络、网络诊断、非线性电路、时变电路、电网络计算机辅助设计等，在有限的学时数下如何选择授课内容是值得深思的一个问题。经过筛选最终确定将网络分析和网络综合两大部分内容作为基本的授课内容，课程教材采用开放性体系，教师围绕教学目标为学生推荐3—4本国内外教材，并教会学生利用学校图书馆里各类国内外文献数据库进行最新相关进展的补充和学习。网络分析是在给定网络结构和网络参数的情况下，对其进行分析，而网络综合则是给定相应的性能指标，如何设计出满足要求的电路。因此，在教学内容的安排上，先介绍网络分析再介绍网络综合，由浅入深，更符合学生的认知规律。网络分析主要介绍了利用图论的知识对复杂网络进行分析的几种系统分析方法，包括图论的基础知识、网络的矩阵分析、多端和多端口网络、网络的拓扑公式和网络的状态方程。网络综合部分按照先单口后双口、先无源后有源的顺序学习。授课时及时补充电网络学科研究的进展和热点、难点问题，适时引入与课程相关的新思想、新概念和新方法。为了满足学生阅读英文文献的需要，随堂提供电网络理论的专业词汇。

3.采用启发式的教学方法。研究生的课程教学对研究生知识的掌握、能力的提高和科学素养的培养具有重要作用。从某种意义上来看，掌握科学研究问题的一般方法比熟练记忆一些知识更重要。因此，在电网络分析理论课程教学过程中，不仅要让学生理解和掌握现有知识，还要使其把握知识的内涵和外延，注重引导学生解决问题的思路，让学生掌握解决科学研究的一般方法。在设计教学方法时，要打破传统“填鸭式”的被动教学模式，要以学生为课堂学习的主体，针对不同的教学内容，灵活运用提问、类比等教学方式，激发学生探索求知的欲望，培养其创新思维能力。例如在学习网络矩阵方程时，无论是节点电压法、修正节点电压法还是割集电压法都是利用基尔霍夫电压定律、电流定律以及支路的伏安特性推导得到的。在学习这部分内容时，可以具体讲授其中的一种方法，让学生总结出这一基本规律，其他集中网络矩阵分析方法就可以让学生自己举一反三推导得到。与本科生教学相比，对研究生研究能力和创新能力的培养显得更加重要，因此可以将讨论课作为研究生课堂教学的一种重要方式，提前几周给学生布置一个讨论主题，让学生以小组的形式准备课堂讨论。通过学生课前国内外文献的查找、PPT的制作以及课堂的小组汇报，既能锻炼学生的信息搜集能力、书写和展示研究成果的能力又能提高学生的团队合作能力。

4.加强实践环节。为了提高学生的创新能力，就必须给学生探索的机会，因此在教学过程中给学生提供动手实践的环节是非常重要的。本课程将基于Matlab的计算机辅助分析引入教学实践中。在讲网络分析这部分内容时，让学生利用Matlab语言编程电网络的节点分析法、回路分析法和状态变量分析法对应的程序。在学习网络综合这部分内容的时候，同样设计了让学生利用Matlab语言实现了无源单口LC网络和RC网络综合以及无源双口网络的计算机辅助设计的环节。此外，随着科学技术的飞速发展，各种计算机辅助分析软件也越来越多，熟练掌握这些仿真软件能极大地提升学生的实践能力。Multisim是美国国家仪器公司推出的以Windows为基础的仿真工具，它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。使用Multisim可以交互式地搭建电路原理图，并可以设计、测试和演示各种电子电路。因此，本课程设置了基于Multisim的无源和有源滤波器的仿真实验，学生通过对RC、LC无源和有源低通、高通、带通和带阻滤波器的设计和调试，掌握了电路阶次、品质因数等参数对滤波器性能的影响。通过这些仿真实验环节极大地提高了学生的学习兴趣，增强了学生的动手能力，加深了学生对基本概念的理解。

5.制定合理的教学评估方法。通过“过程性评估+终结性评估”的教学评估方法，对学生学习效果采取基于整个学习过程的评价机制，如将考勤、讨论课的表现，基于Matlab和Multisim的仿真实验等平时教学过程的表现也引入教学评价中。同时，适当提高平时成绩的比例，从而鼓励学生积极、主动地参与全部的教学内容，最后的成绩也能更加全面和综合的反映学生掌握知识的真实情况。

四、结语

本文针对研究生“电网络理论”课程当前存在的问题，对基于“电网络理论”课程的创新型人才培养模式进行了探索和实践，确定了教学理念，凝练了教学内容，改进了教学方法，尤其是将基于Matlab和Mulitisim的计算机辅助技术引入该课程作为实践环节，并将过程评价纳入最终成绩的评价体系，极大地提高了学生学习的积极性和创造性。

参考文献：

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