基于谱图理论的电工电子技术课程知识体系构建

陈垚 何建强

摘要：电工电子技术课程教学中涉及讲授的类型较多，这些结构在实际中的应也有所不同，为此结合功能设计需求提出对教学内容设置的优化方案。文章首先总结归纳了电工电子技术构件的功能并以此进行分类；其次结合实际中不同设计方案建立电路设计结构谱图；最后针对谱图在设计中的应用程度实现对教学内容及知识的体系化构建。以面向电路设计功能实现而提出的结构谱图方法将梳理在实际教学中电工电子技术授课的侧重性并有助于指导学生在学习该课程的过程中积累更多的关于电路设计结构配置的基础知识。

关键词：电工电子技术；教学方法；电路设计；结构谱图

现代电路设计是功能驱动的设计，在电路设计过程中存在知识的流动，而基础的电路结构中的原理知识多数来自对已有的专业课程学习[1]。已有的研究中对教学内容的设置主要是从创新设计、工程实践应用、实践教学方法改进等方面谈及的，缺少结合具体的电路设计应用这些原理方法及其对设计的指导作用角度的教学设置和知识体系[2]，为此本文拟提出结构谱图的电路设计方法分析，并以此来对电工电子技术的教学知识体系进行梳理和归纳，以更好地提高教学效率和产生好的教学结果。

1 结构谱图的电路设计方法

电路设计结构图谱必须具备的要素为功能、属性及关联；其中功能和属性定义出构件在图谱中的位置，关联则给出了构件与构件之间的关系。因为在电路设计的过程中，对于构件的选择，最重要的是设计者要知道其所能发挥的功能及其在电路系统内的各种特性，才能选择正确适合的构件，而关联则是在组合各构件时的必要关系，掌握了构件间的关联才能正确地组合所有的构件，所以在电路设计图谱之中，必须明确地将此3种性质表现出来，以帮助设计者获得所需要的信息。

电路结构图谱的设计方法核心为构建该谱图（见图1），其步骤如下。

1.1 决定构件分类

为了将具体的电路构件抽象化以表现在电路设计图谱上，以取代繁多的电路构件，需要先决定电路构件的类别。决定类别的方式，需考虑在概念设计时间，对建立功能结构的需求，因此需要以功能作为构件的类别，将电路构件依功能分类，把同样功能的构件集合在一起，以一个功能类别来代表。

1.2 选择构件属性

在被归类到同样功能的构件中，由于其使用的工作场合不同，仍存在一些差异，为此为了让设计者辨别，也为了提供设计者在使用此类构件时，需要被考虑的项目，所以必须依照此类构件的特性与设计参数，定义出属于这一功能类别构件的属性，不同功能类别的构件就具备不同的属性。

1.3 分析构件关联

电路系统结构的电路设计图谱不只是一堆构件的集合，更具有构件之间的关联，关联是将结构的形式外显的重要因素。在建立构件的功能类别与属性之后，便要对既有的电路系统做关联的分析，寻找存在电路系统中普遍性的构件关联。电路系统的设计发展至今，大部分电路构件已相当的稳定而完整，构件的种类与组合也趋于稳定，只要分析足够的电路系统，可以找出大多数构件关联的形式。

1.4 排列类别位置

为了让电路设计图谱能清楚地表现构件的功能类别与关联，类别与关联必须经过适当的排列，让两者可以清楚地表现在二維的平面上，构成能简单使用的电路设计图谱。从之前的关联分析可以知道哪些功能类别的构件之间具有较高的相关性。

根据以上4个步骤，完成由功能类别图标组成的电路设计图谱，将组件以抽象化的功能类别代表，并且保存熟练设计者的经验，这样有利于兼顾设计的普遍性与指导设计的实用性。

本文中为便于设计者从概念设计时间就能运用电路设计图谱，基于电路结构图谱的设计方法设计所用图谱由两个部分组成，第一部分是“功能类别关联图”，第二部分则包含了“功能类别构件与属性表”和“同功能构件属性比较表”。而设计者则可利用图谱以及其中的数据建立设计工作所需要的“需求功能打样图”及“需求构件打样图”。

图1就是电路设计图谱建立与应用程序，图中可以看出各阶段所产生的图示，以及设计者在任一阶段应该采取的执行步骤。对于结构图谱的构造首先需要对构件的功能分解要合理准确，为此首先完成对构件的分类。

2 电工电子技术功能构件分类

本文提出的电路设计结构图谱中对构件的分类原则为：标题所示的是主功能类别，而次一级的标题则是次功能类别。总结电工电子技术构建将其分为如下几类。

如表1所示，其英文名称是一般常用的名词，而主功能类别的代码是取英文名称之第一个字母的大写来表示，次功能类别的代码是以小写的字母，并加上其主功能类别的大写字母代码而成。

3 功能构件属性分析及其标准化

在确定各功能类别中的构件之后，在同功能的构件之间，必定存在着不同的特性，本研究将其定为构件的“属性”，并以属性将功能构件再进一步的细分。属性代表了此类构件在选用时，设计者对其性能的要求，因为设计者无法直接从功能上决定选用的构件，所以需要由其他性能上的不同来选择，属性的产生就是为了提供设计者选择构件时的参考依据。至于各功能构件的属性如何决定，就要视其使用的场合与特殊的需求，以下各功能类别的属性是参考丁镇生主编的《电子电路设计与应用手册》后决定的，这些属性在电路设计手册中大多有相关的数据或数据以提供比较时的依据。

在进行属性比较之前，部分的功能类别中的构件需要再加以细分，因为在使用这些类别的构件时，某一个特别重要的属性必定会优先被考虑，所以必须依据此重要属性将构件先行细分。由于要进行属性比较的构件是表1所列出的范围，每一个属性根据二元对立的概念，一定有两极的状态。

进行所有组件之各种属性的比较后，将所得的结果列成“同功能组件属性比较表”，让设计者在设定属性的重要性顺序后，可直接查表得知组件的表现，进而挑选最适合设计所需的组件。

4 结语

针对电工电子技术课程教学中涉及讲授的机构类型较多，对电路设计这些机构在实际中的应也有所不同，为此构建了基于图谱结构的电工电子技术构件的知识体系。文章总结归纳了电工电子技术构件的功能并以此进行分类，按功能形成了结构图谱，并形成了以功能为目标的谱图知识体系。以面向电路设计功能实现而提出的结构谱图方法将指导实际教学中电工电子技术授课的侧重性并有助于学生在学习该课程的过程中积累更多的关于电路设计结构配置的基础知识。

[参考文献]

[1]谢友柏.设计科学的争论和设计竞争力[J].中国工程科学，2014（8）：4-13.

[2]朱桂萍，于音杰，陆文娟.“电工电子技术”课程深度改革的理念探索[J].电气电子教学学报，2013（35）：1-5.