“电路”双语课程研究型教学探讨

龙 芸

(湖北第二师范学院 物理与机电工程学院，武汉 430205)

1 引言

2014年9月我校招收了“电子信息科学与技术”中外合作本科班的第一批本科生。笔者承担了该专业“电路”课程的双语教学任务。在 “电路”双语课程的实际教学中，我们会遇到以下两个问题：(1)全英文教材、全英文课件，课程教学内容较多，而课内学时相对较少；(2)教学内容和范例主要以抽象理论分析和计算为主，很少涉及电路实际应用。针对上述问题，根据我校“电子”中外合作班的认知特点，我们在“电路”双语教学中尝试进行研究型教学，在夯实基础的同时强调创新思维和研究能力的培养。

2 用研究型教学培养创新思维

研究型教学是解决课程教学内容较多和课内学时较少矛盾的一种可行方法，因为它强调学生的主动参与和培养学生的研究兴趣和能力。我们从以下三个方面在“电路”双语课程中开展研究型教学的探索。

2.1 启发式教学

对“电路”双语课程中一般的和经典的教学内容，我们采用启发式的教学方法[1，2]。启发式就是老师提问，引导学生思考并鼓励学生回答。我们体会到，如果能够在课堂教学中体现知识点被发现的过程，则可能会为学生创建良好的创新思维环境。我们力图在每个知识点都为学生创造一种研究氛围，如何运用学生已有的知识和技能解决新的问题，从而发现新的知识。例如，在讲授“戴维宁定理”时，我们不是直接给出定理内容，而是从上节课电源等效变换的例题和习题出发，总结规律，将学生的思维引向提出“戴维宁定理”的方向，最终让学生通过自己的思考，总结出戴维宁定理。启发式教学强调课后复习，但不鼓励预习。因为课堂信息量较大，如果课后不立即复习，会影响听课效果，而预习虽然会使听课轻松，却挤占了启发的余地。

2.2 MATLAB仿真辅助教学

对“电路”双语课程中难以计算的问题或难以理解的问题，我们采用MATLAB软件辅助教学[3]。利用MATLAB编写M文件可以计算电路中的参数，也可以计算电路中的各个响应，还可以进行仿真得到直观的图形；另外利用MATLAB中的动态仿真工具箱Simulink，通过搭建电路模型也可以快速实现电路的分析计算和仿真验证结果。我们用MATLAB分析电路中的问题主要有：(1)电阻电路中多元线性方程组的求解；(2)动态电路的分析和计算；(3)正弦稳态电路的计算。MATLAB辅助教学明显提高教学效率，节省讲课时间，同时有助于学生摆脱传统学习中理解难、计算难、绘图难和建模难等问题，调动了学生学习的积极性，使他们能把注意力更多的集中在对基本概念、定理和分析方法的理解与掌握上。学生在学习“电路”课程中除了要完成精选的分析计算型作业，还有仿真型作业。仿真型作业旨在拓展教学内容，并让学生掌握电路仿真软件。学生在仿真的过程中，设计、分析和创新的能力都得到了提高。

2.3 电路应用实例教学

我们从工程应用电路中筛选出14个适合于“电路”双语教学的实例[4，5]，如表1所示。按照课程正常教学内容和进度，将电路应用实例嵌入其中。通过在课堂上针对电路应用实例开展研究型教学，以提高学生的电路综合素质，特别是将电路理论应用于工程实际电路的分析和设计能力。

表1 电路应用实例列表

下面举例说明。RC电路可以提供不同的时间延迟。图1是一个RC延时电路。开关闭合时，电容被逐渐充电，氖灯泡一开始相当于开路，直至其两端电压超过某个电压值(例如70V)后才点亮发光。灯泡点亮后，电容就通过它放电，由于灯泡亮后阻值很小，电容会迅速降低从而导致灯泡熄灭。这样就出现一个电容再度充电到再点亮的循环过程。民政施工现场常见的闪烁警示灯就是这种RC电路的一个实例。假定电容初始电压为零，R1=1.5MΩ，R2=2.5MΩ，试确定开关闭合后，灯泡第一次点亮需要的时间t0.

2.3.1 教学分析：设计延时电路时，一个重要指标是电路的时间常数。

图1 RC延时电路

2.3.2 研究型问题：(1)图1电路的工作原理是什么？(2)调节电阻R2的作用是什么？(3)电路工程实现时，哪些问题需要解决。

其中vc(∞)=110V(图1中电源电压)，电路的时间常数为τ=(R1+R2)C=0.4s.当vc(t0)=70V时(灯泡点亮)，可求得t0=0.4046s.求解t0的一般公式为：

当且仅当vC(t0)

从上述分析可知，调节电阻R2可以使电路的延迟时间变长或变短。电路工程实现时，还需解决的问题有：110V电压源如何实现，这个问题的解决涉及后续课程知识，它的提出有助于激发学生的思考和学习兴趣。

电路应用实例并非越多越好，举例过多反而会让学生忽略最本质的分析方法，因此需要结合课程进度、学生水平和教师专长精选适当的例子，有节制地使用。

3 系统的教学组织是进行研究型教学的根本保障

在教学组织方面，采用“理论课+习题课+讨论课+实验课”的组织形式，以适应研究型教学方式的要求。理论课中讲授基本元件、基本概念和分析方法。习题课中复习和巩固理论课讲授的内容并通过综合练习提高学生的分析能力；讨论课中将生活中经常遇到的电现象用电路理论的分析方法进行讨论(如前所述的电路应用实例教学)；实验课中既有验证型实验，也有设计型实验。理论课讲授的概念和方法在习题课得到复习，在讨论课中得到应用，在MATLAB仿真和实验课中得到验证。“电路”课程各个教学环节之间是紧密相连的，互相促进。在整个学期的教学过程中，我们会注意观察教学效果，对教学过程进行适当调整，以取得最佳教学效果。

4 结语

当今计算机和电子技术都在飞速发展，“电路”课程的教学也应适应这种发展。“电路”这样的专业基础课非常有必要进行研究型教学。结合国内外“电路”课程发展的趋势和我校的实际情况，我们“电路”双语教学还需要努力做好如下工作：(1)教师的科研水平是实施研究型教学的重要保障。教师应当从教学目标出发，关注学术动态，紧跟科学研究的发展前沿；(2)将基础知识与学科前沿进展相结合，为学生搭建从基础通向前沿的桥梁；(3)将理论教学与实践训练相结合，为学生搭建从理论通向实践的桥梁。