《電路分析》課程的解析和融合

李頌戰(zhàn)+楊艷芹+劉豐+孫運周+張珩

摘 要 針對《電路分析》課程的教學(xué)現(xiàn)狀，分析了目前所存在的問題，對課程內(nèi)容和結(jié)構(gòu)進行了深度的解析，具體的提出了知識和方法融合的策略。

關(guān)鍵詞 電路分析課程 知識結(jié)構(gòu)解析 知識和方法融合

中圖分類號：TP311.5 文獻標(biāo)識碼：A

0引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一切與電相關(guān)的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，都需要電路理論分析作為其技術(shù)的根基?！峨娐贩治觥氛n程尤其是電類專業(yè)本科生接觸到的第一門專業(yè)課，所以該門課程起著引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)專業(yè)的理解以及未來的發(fā)展起到重要的作用。然而，隨著國家大力推進實踐教學(xué)的比重，使得《電路分析》課程的理論教學(xué)課時減少，但又要保證教學(xué)質(zhì)量不斷提高的情況下，十分有必要對《電路分析》課程進行深度的解析和有機的融合。

1教學(xué)目標(biāo)和定位

通過《電路分析》的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)扎實掌握電路的基本概念、定理和經(jīng)典的電路分析方法，并加以正確運用和正確分析計算電路參數(shù)，同時為后續(xù)課程中涉及的電路知識的內(nèi)容學(xué)習(xí)做必要的前期準(zhǔn)備。這門課程的本科教學(xué)階段的定位是以電路概念和定律為基礎(chǔ)，結(jié)合電路分析方法，達到能對電路模型進行準(zhǔn)確的分析和計算。

2存在的問題

2.1“三多二雜一少”特點

即課程內(nèi)容多、概念多、定理多、數(shù)學(xué)推導(dǎo)復(fù)雜、分析方法混雜，外加課時少。電路分析課程的內(nèi)容相對而言較為成熟和完善，呈現(xiàn)循序漸進的知識梯度延伸。在出現(xiàn)電路分析方法的變換和各大電路定律時，就略有壓力，復(fù)雜又枯燥的理論推導(dǎo)出現(xiàn)了。然而我們的理論課時也在教學(xué)改革的大潮中被大幅削減，更對《電路分析》課程的教學(xué)提出了更大的挑戰(zhàn)。

2.2教學(xué)方法過于單調(diào)

《電路分析》這門課目前主要是以多媒體放映的方式進行，這種教學(xué)模式就是老師灌輸知識給學(xué)生，學(xué)生被動地接受知識，講到哪里，學(xué)到哪里，難以對這門課有一個較全面的了解和認識，同時過于注重具體內(nèi)容。重點和難點不突出，知識結(jié)構(gòu)混雜，并缺乏應(yīng)用性，導(dǎo)致對知識的掌握不牢固，更談不上知識的應(yīng)用。

2.3理論與實驗課時比重不合理

國內(nèi)很多高校的教學(xué)計劃中理論教學(xué)課時比較多，實驗課時往往被忽視——大大低于15%的占比。較多的傾注于理論教學(xué)，忽視了實踐教學(xué)的重要性，對于這門課中枯燥而繁雜的理論部分，漸漸對學(xué)生失去了學(xué)習(xí)的吸引力，學(xué)生也會迷失了方向、喪失學(xué)習(xí)的動力，最后更別談創(chuàng)新型思維和能力的提高與培養(yǎng)了。

2.4跟不上時代的腳步

在當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)+的時代，課程的教學(xué)依舊局限于課堂的板書和幻燈片演示對教科書上內(nèi)容進行轉(zhuǎn)述。缺乏功能完善、結(jié)構(gòu)完整、內(nèi)容豐富的網(wǎng)絡(luò)視屏課程和微課平臺。課程的教學(xué)方法和手段缺少新穎性，激發(fā)不了學(xué)生對學(xué)習(xí)的主觀能動性。

3課程內(nèi)容和結(jié)構(gòu)的解析

整個《電路分析》課程主要分為三個階段，每個階段之間是層層遞進的關(guān)系。第一階段是電阻電路分析，可以形象地概括為“一個基本點、兩個約束、三種方法、四個定理”?！耙粋€基本點”是電路的參考方向?！皟蓚€約束”即是基爾霍夫定律和電路元件的VCR關(guān)系?！叭N方法”是分析電路的支路電流法、回路電流法和結(jié)點電壓法?！八膫€定理”是疊加定理、替代定理、戴維南定理和諾頓定理。

第二階段是相量法及正弦穩(wěn)態(tài)電路。無論是在實際應(yīng)用中還是理論分析中，正弦電路的穩(wěn)態(tài)分析非常重要。相量法是分析正弦穩(wěn)態(tài)電路的便捷方法。用相量法將用來描述正弦穩(wěn)態(tài)電路的微分方程（或積分方程）轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)代數(shù)方程，能大大的化簡電路的計算過程。

第三階段是動態(tài)電路的復(fù)頻域分析。對于一階電路和二階電路，依據(jù)元件的電壓電流關(guān)系（VCR）和基爾霍夫定律（KCL、KVL）列出電路微分方程，再依據(jù)換路定則確定環(huán)路后動態(tài)元件的初值，進而求解微分方程，用經(jīng)典的微分方程法在求解過程中經(jīng)常遇到困難。拉普拉斯變換法是數(shù)學(xué)上的積分變換方法，其可以把時域的高階微分方程轉(zhuǎn)換成復(fù)頻域的代數(shù)方程進行求解。通過拉氏變換和拉氏反變換方法可以實現(xiàn)動態(tài)電路的時域解的求解，如圖1所示。

在具體求解過程中往往采用運算電路法分析動態(tài)電路的過程。其分析的步驟是：由換路前的電路計算出uc（0-）、iL（0-），畫出換路后的運算電路圖，應(yīng)用電路分析方法建立電路方程，求解電路方程的象函數(shù)，拉普拉斯反變換求解出原函數(shù)（即待求的未知量）。

4方法和知識的融合

4.1方法融合

4.1.1功能多媒體與課堂教學(xué)相結(jié)合

在課堂授課方式上，將功能多媒體與板書演算教學(xué)相互組合，尤其是在講解例題和習(xí)題的時候?qū)﹃P(guān)鍵步驟進行詳細分解，可以取得良好的教學(xué)效果。

4.1.2啟發(fā)類比式教學(xué)方法的運用

所謂類比式啟發(fā)教學(xué)即是在學(xué)生所學(xué)過的課程基礎(chǔ)上結(jié)合日常生活中的常識，把課堂中抽象、復(fù)雜的概念和方法進行類比和分解，激發(fā)學(xué)生的聯(lián)想思維，加固學(xué)生對復(fù)雜、抽象知識點的掌握和理解。

4.1.3網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)

在互聯(lián)網(wǎng)+時代，網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)是必然的趨勢，是課堂教學(xué)的外延和拓展。建立網(wǎng)上教學(xué)資源為學(xué)生提供課堂之外的自主學(xué)習(xí)平臺。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源可以涵蓋教學(xué)大綱、重難點剖析、教學(xué)課件、習(xí)題解答等。師生之間通過網(wǎng)絡(luò)進行互動，極大的發(fā)掘?qū)W習(xí)的主觀能動性。

4.2知識融合

將電阻電路的分析方法、兩類約束關(guān)系的基本思想和精髓運用到正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析，以及動態(tài)電路的復(fù)頻域分析中，最終就發(fā)現(xiàn)任何繁雜的電路都可以是一個簡單的模型或者是若干個模型的組合。

例如圖2所示電路，要求解電路中的電流響應(yīng)i。

這一道題所涵蓋的知識點有：動態(tài)元件、受控源、電路的換路定則、電路的狀態(tài)變化、以及建立電路方程的方法（回路電流法、結(jié)點電壓法）和求解方法（動態(tài)電路微分方程法、相量模型法、運算模型法）的選擇。

4.3課程融合

《電路分析》與《信號與系統(tǒng)》課程進行融合：一階電路和二階電路的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)的概念，及動態(tài)電路的時域分析；拉普拉斯變換分析和動態(tài)電路的復(fù)頻域分析；以及網(wǎng)絡(luò)函數(shù)、頻率響應(yīng)等概念方面兩門課程的知識點進行一下互補和兼并。

《電路分析》與《模擬電子線路》融合：三極管放大電路、受控源電路、電路諧振的概念和諧振特性、運算放大器電路、以及電路頻率響應(yīng)。

《電路分析》與《電力電子技術(shù)》的融合：三相電路的概念、功率的概念、三相電路的分析和功率因數(shù)提高、互感電路與變壓器模型。

參考文獻

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[2] 曹路.Matlab 在《電路分析》課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].長江大學(xué)學(xué)報， 2012，12（09）：170-172.endprint