时间:2023-10-15 15:34:44
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇电路分析与设计,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
引言
TOPSwitch是美国功率集成公司(PI)于20世纪90年代中期推出的新型高频开关电源芯片,是三端离线PWM开关(Three?terminalofflinePWMSwitch)的缩写。它将开关电源中最重要的两个部分——PWM控制集成电路和功率开关管MOSFET集成在一块芯片上,构成PWM/MOSFET合二为一集成芯片,使外部电路简化,其工作频率高达100kHz,交流输入电压85~265V,AC/DC转换效率高达90%。对200W以下的开关电源,采用TOPSwitch作为主功率器件与其他电路相比,体积小、重量轻,自我保护功能齐全,从而降低了开关电源设计的复杂性,是一种简捷的SMPS(SwitchModePowerSupply)设计方案。
TOPSwitch系列可在降压型,升压型,正激式和反激式等变换电路中使用。但是,在现有的参考文献以及PI公司提供的设计手册中,所介绍的都是用TOPSwitch制作单端反激式开关电源的设计方法。反激式变换器一般有两种工作方式:完全能量转换(电感电流不连续)和不完全能量转换(电感电流连续)。这两种工作方式的小信号传递函数是截然不同的,动态分析时要做不同的处理。实际上当变换器输入电压在一个较大范围发生变化,和(或者)负载电流在较大范围内变化时,必然跨越两种工作方式,因此,常要求反激式变换器在完全能量和不完全能量转换方式下都能稳定工作。但是,要求同一个电路能实现从一种工作方式转变为另一种工作方式,在设计上是较为困难的。而且,作为单片开关电源的核心部件高频变压器的设计,由于反激式变换器中的变压器兼有储能、限流、隔离的作用,在设计上要比正激式变换器中的高频变压器困难,对于初学者来说很难掌握。笔者采用TOP225Y设计了一种单端正激式开关电源电路,实验证明该电路是切实可行的。下面介绍其工作原理与设计方法,以供探讨。
1 TOPSwitch系列应用于单端正激变换器中存在的问题
TOPSwitch的交流输入电压范围为85~265V,最大电压应力≤700V,这个耐压值对于输入最大直流电压Vmax=265×1.4=371V是足够的,但应用在一般的单端正激变换器中却存在问题。
图1是典型的单端正激变换器电路,设计时通常取NS=NP,Dmax<0.5(一般取0.4),按正激变换器工作过程,TOPSwitch关断期间,变压器初级的励磁能量通过NS,D1,E续流(泄放)。此时,TOPSwitch承受的最大电压为
VDSmax≥2E=2Vmax=742V (1)
大于TOPSwitch所能承受的最大电压应力700V,所以,TOPSwitch不能在一般通用的正激变换器中使用。
2 TOPSwitch在单端正激变换器中的应用
由式(1)可知,TOPSwitch不能在典型单端正激变换器中应用的关键问题,是其在关断期间所承受的电压应力超过了允许值,如果能降低关断期间的电压应力,使它小于700V,则TOPSwitch仍可在单端正激变换器中应用。
2.1 电路结构及工作原理
本文提出的TOPSwitch的单端正激变换器拓扑结构如图1所示。它与典型的单端正激变换器电路结构完全相同,只是变压器的去磁绕组的匝数为初级绕组匝数的2倍,即NS=2NP。
TOPSwitch关断时的等效电路如图2所示。
若NS与NP是紧耦合,则,即
VNP=1/2VNS=1/2E (2)
VDSmax=VNP+E=E=1.5×371
=556.5V<700V (3)
2.2最大工作占空比分析
按NP绕组每个开关周期正负V·s平衡原理,有
VNPon(Dmax/T)=VNPoff[(1-Dmax)/T] (4)
式中:VNPon为TOPSwitch开通时变压器初级电压,VNPon=E;
VNPoff为TOPSwitch关断时变压器初级电压,VNPoff=(1/2)E。
解式(4)得
Dmax=1/3 (5)
为保险,取Dmax≤30%
2.3去磁绕组电流分析
改变了去磁绕组与初级绕组的匝比后,变压器初级绕组仍应该满足A·s平衡,初级绕组最大励磁电流为
im(t)|t=DmaxT=Ism=DmaxT=(E/Lm)DmaxT (6)
式中:Lm为初级绕组励磁电感。
当im(t)=Ism时,B=Bmax,H=Hmax,则去磁电流最大值为
Ism==(Hmaxlc/Ns)=1/2Ipm (7)
式中:lc为磁路长度;
Ipm为初级电流的峰值。
根据图2(b)去磁电流的波形可以得到去磁电流的平均值和去磁电流的有效值Is分别为
下面讨论当NP=NS,Dmax=0.5与NP=NS,Dmax=0.3时的去磁电流的平均值和有效值。设上述两种情况下的Hmax或Bmax相等,即两种情况下励磁绕组的安匝数相等,则有
Im1NP1=Im2NP2 (10)
式中:NP1为Dmax=0.5时的励磁绕组匝数;
NP2为Dmax=0.3时的励磁绕组匝数;
设Lm1及Lm2分别为Dmax=0.5和Dmax=0.3时的初级绕组励磁电感,则有
Im1=E/Lm1×0.5T为Dmax=0.5时的初级励磁电流;
Im2=E/Lm2×0.3T为Dmax=0.3时的初级励磁电流。
由式(10)及Lm1,Lm2分别与NP12,NP22成正比,可得两种情况下的励磁绕组匝数之比为
(NP1)/(NP2)=0.5/0.3
及(Im1)/(Im2)=(Np2)/(Np1)=0.3/0.5 (12)
当NS1=NP1时和NS2=2NP2时去磁电流最大值分别为
Ism1=Im1=Im (13)
Ism2=Im2=(0.5/0.6)Im (14)
将式(10)~(14)有关参数代入式(8)~(9)可得到,当Dmax=0.5时和Dmax=0.3时的去磁电流平均值及与有效值Is1及Is2分别为
Is1=1/4Im ImIs1=0.408Im(Dmax=0.5)
Is2≈0.29ImIs2=0.483Im(Dmax=0.3)
从计算结果可知,采用NS=2NP设计的去磁绕组的电流平均值或有效值要大于NS=NP设计的去磁绕组的电流值。因此,在选择去磁绕组的线径时要注意。
3 高频变压器设计
由于外围电路元件少,该电源设计的关键是高频变压器,下面给出其设计方法。
3.1 磁芯的选择
按照输出Vo=15V,Io=1.5A的要求,以及高频变压器考虑6%的余量,则输出功率Po=1.06×15×1.5=23.85W。根据输出功率选择磁芯,实际选取能输出25W功率的磁芯,根据有关设计手册选用EI25,查表可得该磁芯的有效截面积Ae=0.42cm2。
3.2 工作磁感应强度ΔB的选择
ΔB=0.5BS,BS为磁芯的饱和磁感应强度,由于铁氧体的BS为0.2~0.3T,取ΔB=0.15T。
3.3 初级绕组匝数NP的选取
选开关频率f=100kHz(T=10μs),按交流输入电压为最低值85V,Emin≈1.4×85V,Dmax=0.3计算则
取NP=53匝。
3.4 去磁绕组匝数NS的选取
取NS=2NP=106匝。
3.5 次级匝数NT的选取
输出电压要考虑整流二极管及绕组的压降,设输出电流为2A时的线路压降为7%,则空载输出电压VO0≈16V。
取NT=24匝。
3.6 偏置绕组匝数NB的选取
取偏置电压为9V,根据变压器次级伏匝数相等的原则,由16/24=9/NB,得NB=13.5,取NB=14匝。
3.7 TOPSwitch电流额定值ICN的选取
平均输入功率Pi==28.12W(假定η=0.8),在Dmax时的输入功率应为平均输入功率,因此Pi=DmaxEminIC=0.3×85×1.4×IC=28.12,则IC=0.85A,为了可靠并考虑调整电感量时电流不可避免的失控,实际选择的TOPSwitch电流额定值至少是两倍于此值,即ICN>1.7A。所以,我们选择ILIMIT=2A的TOP225Y。
4 实验指标及主要波形
输入AC220V,频率50Hz,输出DCVo=15(1±1%)V,IO=1.5A,工作频率100kHz,图3及图4是实验中的主要波形。
图3中的1是开关管漏源电压VDS波形,2是输入直流电压E波形,由图可知VDS=1.5E;图4中的1是开关管漏源电压VDS波形,2是去磁绕组电流is波形,实验结果与理论分析是完全吻合的。
【关键词】电路分析; 课程实验; 改革
【中图分类号】G642【文献标识码】A【文章编号】1672-5158(2013)02-0247-01
《电路分析》课程是电类相关专业电子技术方面入门性质的技术基础课,也是培养学生动手能力和创新能力的重要课程,在电类相关专业的发展中具有重要地位。电路分析实验对培养学生科学辨证思维能力,树立理论联系实际的科学观点和提高学生分析问题、加深理解电路的基本理论知识、掌握基本实验测试技能、养成良好的实验操作习惯和培养解决工程实际问题的能力具有重要的作用。
电路分析课程是电类本科生接触到的第一门专业课,对电路分析课程实验进行教学改革,提高教学水平,将对学生对所学专业的理解以及未来的发展起到重要的作用,必须进行深入的探索与实践。
一、 电路分析课程实验存在许多问题
1、 实验内容多少年不变, 实验内容单一。电路分析实验课的大部分内容都是对经典理论的验证, 实验线路过于简单, 学生实际动手能力差, 高分低能的现象十分普遍。
2、 由于采用实验箱作为实验对象, 学生按照老师预先准备好的线路插线, 做完实验后学生仍然不知道做实验的原理、为什么要这样插线和不知道测量的结果是否正确。
3、 由于采用统一的电路或实验内容, 使优秀的学生没有发挥的空间。忽略个性, 导致大学生个性不突出, 缺乏创新性思维。
4、 实验学时少, 学生动手机会少。
5、 实验手段落后, 计算机仿真的内容要加强。
二、改革方法
1、 构建实验教学保障体系是强化智能培养的基础
实验教学要达到预期的培养目标,必须从制度和条件上予以保障。加强了实验室建设和管理,促使电路分析实验教学健康、规范发展。
(1) 加大经费投入,改善实验教学创新条件借助基础课教学实验室评估的机遇,本着以评促建,重在建设,改善实验设施与环境的原则。组建了现代实验教学新模式,满足一人一组的标准,强化了学生的动手能力、思维能力的培养和训练,实验教学环境焕然一新。在教育部基础课教学实验室评估中,被评为一类基础课教学实验室。
(2) 建立实验考核制度。电路分析开设的全部实验项目,采用5级记分制,即优秀、良好、中等、及格和不及格。学生必须完成教学大纲规定的实验项目,并取得及格以上成绩者,方可获得1 学分。实验课的考核要体现实验教学的特点,规定实验成绩有两部分组成:一是平时实验表现(预习实验指导书、仪表的合理使用、接线整齐正确、实验操作、实验态度);二是实验报告(书写、作图、数据正确完整,思考题回答,按时完成实验报告),两部分各占50%,对不及格者,让其跟下届学生重修。一次无故旷课者,不给本门实验课程的成绩。
2、 注重课程衔接
注重与前后课程的衔接, 提高实验教学效果, 在有限的课时内, 使得实验教学效果最大化.在大学物理实验中, 5示波器的使用6这个实验是一个重要的基础实验, 通过该实验能够使学生熟悉示波器的基本使用.如果学生在先进行完这个实验以后, 再进行5RC 一阶电路响应测试6和5RC 二阶电路动态响应研究6两个实验, 无疑将会起到事半功倍的效果. 由于学生对示波器的使用方法已经较为了解, 老师不需要再专门讲解示波器相关知识, 因而可以节约实验课时, 提高实验效率. 通过这两个实验, 也可以使得学生进一步巩固和掌握示波器的用法。
同时, 我们也注意使电路分析实验课程在内容上与后续课程保持良好的衔接. 例如: 对于电气工程及其自动化专业的学生, 我们使得实验内容尽量与后续的工厂供电, 电力系统分析等课程保持延续性. 为此,我们鼓励学生大胆尝试5三相负载的研究6,5电力系统输送线路的最大功率确定6等与电气工程相关的实验项目. 而对于电子信息科学与技术专业的学生, 我们则更多要求学生尝试受控源的研究等与电子信息技术相关的实验项目。
3、增加Multisim10仿真训练。几乎每个开设的实验都包括Multisim10仿真训练与实际训练两个部分。根据实际情况自行选择,如果某些专业学时有限,教师演示仿真部分,学生完成实训部分;在学时充裕的情况下,让学生先完成仿真部分的内容,再进行实训,通过仿真和实训相互印证,利用该软件进行理论分析,并和实测对比,发现“理论与实践”的差别,培养学生的工程实践意识。
4、 仪器仪表的使用扩展。实验实训中,正确选用仪器仪表非常重要,对测量结果和分析有较大的影响。因此,对于常用仪器仪表,我们每种仪表至少对两种型号讲解,把使用范围扩大,让学生能正确使用不同型号的仪器仪表来适应不同的实验要求,达到最佳的实验效果。
5、 开放实验
充分利用我校的开放实验室,鼓励和调动学生主动进实验室,充分发挥他们的潜力和创造力,提高动手能力和解决问题的能力。为此也设计了多项开放实验项目,如:电感的制作;二极管、三极管等器件的特性测量;PWM信号经RC滤波后的输出信号观察及其与占空比的关系等等。
6、 加大设计性实验的比例
电路分析的实验教学可分为以下3 类:(1)电路的基本概念和定律;(2) 电路分析常用定律与相关电路的验证;(3) 综合与设计性实验。前两类实验都比较简单直观,易于理解且实验目的明确,而第三类实验一般在电路分析课程全部讲授完毕后进行,其目的在于对整个课程进行总结。学生根据给定的题目,或者自拟题目,查阅资料,设计实验步骤,进行实验,写出实验报告。实验的主要目的是培养学生的实践能力和创新能力,每个实验都有很多的逻辑思维,通过实验操作,总结提炼,使思维方式得到升华。因此,在完成传统经典实验的基础上,适当地加大设计性实验的比例,不仅可以更好地调动学生的积极性和创造性,而且也让学生有更多的自主发挥的空间。
7、科技创新
培训学生参加各类竞赛,如全国的大学生电子竞赛。鼓励学生主动参加指导教师的科研立项以及申报学校的科技创新实验项目,如简易脉搏检测仪、基于FPGA的彩灯控制器电路、数字式温湿度计等。
三、结束语
实验教学是把知识转化为能力的主要方式之一。实验内容的更新, 实现了理论与实验结合、硬件与软件结合、电路分析与设计结合并增强了每个实验项目的综合知识的应用。实验教学方法的改革, 实现从被动学习环境向自主学习环境的转变。电路分析实验的教学改革有利于提高学生的工程实践能力和培养学生创新意识。为进一步学习专业理论和专业技能打下基础。
参考文献
[1] 王静,邢冰冰,罗文,等.电路分析实验教学改革的实施[J].实验技术与管理,2009,26(9):131-134
【关健词】电路分析;民族院校;教学改革
《电路分析》课程是高等学校电子与电气信息类专业的重要的专业基础课。学习本课程首先要求学生具备必要的电磁学和数学基础知识。《电路分析》课程以分析电路中的电磁现象,研究电路的基本规律及电路的分析方法为主要内容。该课程理论严密、逻辑性强,有广阔的工程背景。通过本课程的学习,对培养学生的科学思维能力、分析计算能力、实验研究能力和科学归纳能力都有重要的作用。通过本课程的学习,能够使学生掌握电路的基本理论知识、电路的基本分析方法和初步的实验技能,为进一步学习电路理论打下初步的基础,为学习后续课程准备必要的电路知识。《电路分析》是强电和弱电的结合点,因而所有电类的专业都要学习这门课程。
作为一所民族类院校,民族学院开设了电子信息专业、通信工程专业、计算机科学专业,学生分为区内(自治区生源)和区外两部分。区内学生普遍存在数学物理基础差的弱点,在学习本门课程时常常存在很大障碍。如何对民族院校的《电路分析》课程进行教学改革,是提高教学质量的关键。
根据电子教研室老师多年的教学实践和探索,同时借鉴其它民族兄弟院校近年来在该门课程教学改革所取得的成果和经验,对民族院校中尤其是少数民族班级教学过程中改革课堂教学的一些方法和体会进行阐述[1-2]。以下是在教学过程中采用的具体改革措施和实践经验:
1.选择合适教材,选取合适内容
在民族院校的教学过程中,尤其是区内班级,一本合适的教材特别重要。对于教材的选取,我们主要考虑了以下几个因素:一是内容体系基本要适应《电路分析》课程教学计划;二是教材难度要与区内学生接受能力相适应;三是语言风格要通俗易懂,不易选取专业术语过多、语言生涩冗长的教材。由西安电子科技大学出版社出版,张永瑞编著的《电路分析基础》全书共分7章,在内容上包括了电路的基本概念和定律、电路的基本分析方法、常用的电路定理、动态电路的时域分析、正弦稳态电路分析、互感与理想变压器、电路的频响应等。本书与当前国内许多民族院校对该课程内容的取舍上的做法基本一致[3],同时又具备以下优点:对于基本概念的讲述比较清楚,易于少数民族学生接受理解;对基本分析方法的讲解比较透彻,步骤明确,易于学生掌握;习题难度适中,便于学生练习。通过近几届学生的使用,普遍反映良好。在讲授的过程中,受制于课时的限制,对具体的知识点我们还做了一定的侧重,例如在讲授动态电路的时域分析时,重点讲授了一阶RC电路的零输入响应与零状态响应,而对于一阶RL电路的零输入响应与零状态响应,要求学生课下对照学习,并将推导过程及结果作为课下作业上交。通过对几届学生观察,都能够很好的掌握这两部分内容,我们还根据学生接受能力以及数学功底舍弃了二阶电路分析等知识点。
2.强化概念,弱化计算
《电路分析》课程概念定理较多,而这些概念定理又往往是该门课程的核心,在讲授这些概念定理的时候,需要任课教师立足这些基础知识点,突出教学重点。在纯电阻电路分析部分,主要有三种分析方法:支路电流法、节点电压法、网孔电流法。不管哪一种分析方法,都需要列出方程组并进行求解,目前大部分教材中对该类方程组的求法主要集中在代入法求解和行列式法求解。行列式法求解需要前期开设有《线性代数》课程,而我校目前情况是未开设该课程,往往需要任课教师临时补充讲授这部分知识,由于课时的限制又使得学生处于一知半解的状态。代入法求解虽属初等代数的范畴,但计数量往往较大,尤其是当未知量增多的情况下。如何使学生不将精力耗费在数学计算上,而重点掌握这些概念定理及分析方法,便成为我们一直思索的问题。我们参阅了国外的一些教材[4],发现国外的教材往往更强调计算器的应用,即将繁琐的计算量交给计算器来完成,使学生从枯燥的计算中脱离出来。在最近的两届学生当中,我们增加了计算器求解行列式的学习,学生普遍能够很好掌握,学生的负担也相应地减轻了不少,对分析方法的掌握更加透彻熟练。
3.培养学生的好奇心与求知欲
好奇心与求知欲是创造性思维的前提,好奇心主要是指人对新异事物往往会产生好奇并进行进一步探究的一种心理倾向。求知欲有时又称之为认识兴趣,它是好奇心的进一步升华,是人渴望获得知识的一种心理状态。好奇心和求知欲是学生主动观察事物、进行创造性思维的内部动因。少数民族学生虽然理论基础薄弱,但好奇心强,喜欢提问题。这时候作为任课老师不要因学生问题的简单或幼稚而态度漠然,进而打消了学生的积极性,因此教师在教学过程中要创造条件,积极促进学生好奇心、求知欲的发展。
4.实践教学与理论教学并重
《电路分析》是一门理论性很强的专业基础课,但不可忽视实践教学的作用[5]。实践教学是《电路分析》课程教学中非常重要的一个环节,有利于培养学生工程应用素养,是课堂理论教学的延伸和补充。因此在理论教学的同时,我们还加强了实践教学。为了加强实践教学的效果,以电子教研室为主导,我们创建了电子工艺实训实验室和民族学院大学生电子设计工作室,并由学生自发组建大学生电子兴趣小组,积极吸引学生参与各项创新实验和电子设计竞赛。我们发现少数民族学生更愿意动手,团结意识更强。在2013年全国大学生电子设计竞赛中,旦增平措同学很好的完成了电路焊接及撰写设计报告的任务。全队的作品“四旋翼自主控制飞行器”获得了陕西赛区一等奖和全国二等奖的好成绩。成绩的取得又增加了少数民族学生的信心和学习热情。越来越多的少数民族学生加入了电子兴趣小组并走进实验室参与各项竞赛活动。因此,在民族院校当中,应该将实践教学提到理论教学同等的地位,这样才能发挥少数民族学生爱好动手的优点,培养学生创造性思维,提高理论教学的质量。
总之,《电路分析》作为电类专业学生接触的第一门专业基础课,虽然从教学内容看起来,教学难度并不大,但对于数学基础薄弱的少数民族学生来说,如何使其接受电路的基本定理及概念并掌握电路分析方法,为后续专业课程的学习打下良好的基础仍然是具有一定的挑战性。这就要求民族院校教师更深刻理解这门课程的教学规律,并结合民族院校学生的特点,进一步改进自己的教学方法,从而教好这门课程,为少数民族边疆地区培养合格的电子通信专业技术人才。
参考文献
[1]牧仁.民族院校电子专业人才培养方案的研究与思考[J].内蒙古民族大学学报(自然科学版),2014,29(2):237-239.
[2]刘向春,洪小叶,钮金真.民族院校电子类实验示范中心的建设与发展[J]. 中央民族大学学报(自然科学版),2011,20(3):81-85.
[3]张永瑞.电路分析基础[M].西安:西安电子科技大学出版社(第3版),2006.
[4]Thomas L.Floyd.电路分析基础[M].北京:电子工业出版社(第7版),2005.
关键字:电路分析;Matlab;电路理论
1 引言
电路分析是电子专业的第一门专业基础课,不仅为后继课程提供了深厚的基础理论,也为复杂电路的分析和计算提供了很多电路分析的方法[1],但这仅仅是一些分析方法,要用这些方法真正解决实际问题,计算一些较复杂和程数量较多的电路,用人工计算不仅费时而且容易出错。因此我们希望在电路分析教学中引入计算机数值计算的方法,使学生在学到电路知识的同时,能够初步掌握解决问题的科学手段和培养起基本的科研能力,提高电路分析的教学效果和学生的科学素养。
MATLAB是一种使用简便的工程计算语言, 凭借其强大的矩阵运算能力、简便的绘图功能、可视化的仿真环境以及丰富的算法工具箱, 已成为科研和工程技术人员的有力开发工具。在国内也有越来越多的科技工作者参加到学习和倡导把MATLAB语言应用到电路分析中,近几年来其发展尤为迅速[2-4],所以把MATLAB应用到电路分析教学中去将更好的培养在校学生的实践能力和创新能力。
2 Matlab在稳态电路中的应用
复杂电路中的节点数和回路数越多,要求解的线性方程组的元数也就越多,不仅计算复杂,而且容易出错。运用MATLAB的矩阵运算,可使这一问题得到较好解决。现举例来说明Matlab在直流稳态电路和正弦稳态电路中的应用。
解:首先建立数学模型
在原含源一端口电路的b、o端子间外加一个正弦电流源Ib,如图3所示。
对图3应用结点电压法,并以o点为参考结点,则有如下方程组:
其中
整理以上方程,并转换成形如AX =BU的矩阵方程形
而
整理以上方程,并转换成形如AX =BU的矩阵方程形式为:
根据上式,可以设想,若令且 则可求得戴维南等效电源电压 它就等于此时的 ;然后再令 将原电路(图2)变成一个无源一端口,并设
代入上式即可求得戴维南等效阻抗,即 据此,可设计MATLAB程序如下。
应用MATLAB语言编程如下:
X0=A\B* [US; 0]; %戴维南等效电源电压UOC等于Ib=0,Is=2∠0°时的Ubo,是一个复数UOC=X0(2), uoc=abs(UOC), uang=angle(UOC)
X1=A\B* [0; 1]; %再令Is=0,并设Ib=1∠0°,求戴维南等效阻抗Zeq。
通过电路理论中的典型例子介绍了如何应用MATLAB对稳态电路进行分析和计算。对于直流稳态电路和正弦稳态电路的分析方法都是直接利用MATLAB的矩阵来简化运算,从而使得解答过程简单快捷。
3 Matlab在动态电路中的应用
在电路分析中,关于时间微分方程的求解也是相当复杂和繁琐的,对于动态电路,特别是一般二阶动态电路的求解就更为复杂。如果利用MATLAB中的符号运算功能对电路进行分析计算,并将所得结果写成标准的符号表达式,同时借助于MATLAB仿真软件动态地的演示复杂电路各参量的变化过程,可以使电路分析过程更准确和直观,从而加深对电路的理解和认识。
利用MATLAB的dsolve函数来求解电路的微分方程(组),用diff函数求导数,根据电压(电流)求出电流(电压),利用plot函数绘制电压和电流的变化曲线,plot 是绘制二维图形的最基本函数,它是针对向量或矩阵的列来绘制曲线的。利用这些函数可以演示MATLAB在动态电路分析方面的应用。
例3:如图4所示电路为一般二阶动态电路。开关在t =0时闭合,闭合前电路已达稳态. 求开关闭合后电感电流i2。
解:由基尔霍夫定律可得回路电压方程为
应用MATLAB求解方程组的M文件为:
.
用MATLAB的ezplot函数画出t >0时(0―5s)i1和i2的响应曲线.
M文件为:
由此可得i1和i2的响应曲线如图5。
4总结
本文通过一系列经典电路的实例说明了MATLAB语言在电路分析方面的应用。从中可见,MATLAB提供了大量而丰富的函数,高效简洁的编程语言能满足电路计算的各种需要,从而大大地提高计算精度, 缩短编程时间, 提高工作效率。因此,Matlab在电路理论学科的研究与工程实践中具有很好的应用价值。
致谢 本文获贵州省重点学科支持(No.[2011]275)。
参考文献:
[1] 邱关源.电路(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2] 陈怀琛等.MATLAB及在电子信息课程中的应用 [M] .北京:电子工业出版社,2002.
关键词:电路分析 基础课程 案例教学
前言:
所谓案例教学是指利用管理实践中具有典型性的问题性案例,在我们老师的正确指导下,来把学生引入到案例分析中去,深入事件中去,在现出当时的情形,还有再现案例的情形,在案例中去探讨问题以及解决问题,在发现出新的问题时应该及时的给解决掉,并且提出一些针对性的建议,这便于提高学生的实际分析问题的能力,以及解决问题的能力。经过实践的证明案例教学法以及在高校中得到了广泛的运用。
1.案例的主要类型
1.1分析决策性案例。即利用收集整理的问题性管理案例,组织学生讨论问题的性质,充分运用已学的管理理论知识点,提出具有针对性的解决方案。
1.2叙述性或印证性案例。这类案例是通过筛选大量实例,选择其中具有典型意义事例,结合学科理论知识点分析和判断案例中存在的问题,从而提高学生分析实际问题的能力。分析这类案例,有助于加强学生深入理解学科理论知识点,摒弃传统教学中呆板强迫性学习的弊端。
2.在电路分析基础课程案例教学方法中的目的以及案例的设计原则
在电类的专业中案例教学法已经成为了课堂教学的一种方法,这是因为电路分析是一门基础性的课程,即使和后面女的课程以及实践有着很大的联系,但有目的、有计划且系统地将案例教学引进课堂还不多见。因此明确教学目的、确定案例教学原则是提高课程教学效果的首要问题。
2.1 设计的相关原则。我们的案例设计要经过理论联系实际的过程,必须是具备一些综合性知识,来运用案例的教学方法来分析指导一些理论性较强的知识,在选择案例的内容上一定要选择一些能够加深学生对学习理论性知识的理解以及掌握,进而来增强感性的认识,能够培养学生的一些爱好,案例设计要紧密结合学生所学专业,因材施教,承上启下;案例内容选取要能够扩大专业视野,要能使学生养成从工程实际的角度全面理解和正确运用专业知识的职业习惯;案例设计应反映本学科的重点、难点和前沿知识,使学生在学习中获得乐趣,在探究中获得知识并产生强烈的求知欲望,养成科学分析问题的习惯。
2.2 课程案例教学法的目的。电路分析基础课程运用案例教学法,通过强调学生的主动参与,变灌输式教学模式为能力培养型的教学模式,培养学生对知识的应用意识和潜在的思维创新能力,解决学了的不会用、有用的没有学的矛盾,以及理论与生产实践脱节、对具体问题分析能力不足等问题,提高专业素养,为后续课程及工作打下坚实的基础。
3. 课程现状及案例教学的特点
3.1 教学现状。近年来,电路分析基础的教学方式有了一些创新,多媒体教学、启发式教学等都大大改善了教学效果,但依然没有脱离“灌输式”的教学模式,学了的不会用、有用的没有学、理论与生产实践脱节、对具体问题分析能力不足、教学中学生的参与性和主动性不够等问题仍然存在。电路分析基础课程的教学目的是要通过学习使学生掌握电路的基本理论和基本分析方法,建立一般电路系统的数学模型,训练必要的实验技能,为后续课程的学习打下基础。通过分析后续课程对电路分析基础课程知识点的要求,我们发现该课程是90%以上专业课的基础,也是电气信息类多个学科考研的必考课程,在整个专业教学体系中起到承上启下的重要作用,教学效果的好坏将直接影响学生的专业发展。
3.2案例教学法的特点。案例教学法由19世纪70年代美国哈佛大学法学院院长首创。案例教学法是根据教学大纲规定的教学目的和要求,以代表性、典型性和新颖性的案例为基本素材,运用多种形式启发学生独立思考,对案例进行分析研究,并在课堂教学中注重体现学生的主体地位、实践技能和创新精神,案例教学法是一种具有启发性、实践性,理论联系实际的新型教学方法,能够开发学生智力,提高学生综合素质和分析问题、解决问题的能力。
4. 电路分析基础课程案例设计与实施
电路分析基础教学中概念、理论、方法较多,因此需要针对出现的新概念、新理论、新方法,研究不同的“教学案例”并引入课堂,使学生产生强烈的求知欲。电桥是电专业应用较多的电路,以前在电路分析基础课程的教材及教师授课中只强调电桥平衡的条件,要求学生在复杂电路中能看出电桥。通过设计案例,引入传感器的概念,学生不仅仅对电桥的应用有所了解,更重要的是引入有关电量传感器的概念,让学生了解基础课知识点的重要性,有效地调动学生学习的积极性,激发学生的潜能,培养学生分析和解决问题的思维,加深学生对知识的理解与应用。实际工程中,经常会遇到一个未知的“黑匣子”,怎样确定其数学模型,即网络函数,以便对其进行分析、设计或改进。我们需要在特定情况下,在输入端加一个冲击量,从输出端得到的冲击响应就是网络函数。案例教学引导学生带着实际工程中的问题学习理论知识,使学生加深理解,学会实际工程中的应用,提高课堂教学效率,拓展了学生的知识面。案例教学法能引导学生运用所学知识,分析解决实际问题,培养学生对知识的应用意识和潜在的思维创新能力,养成科学分析问题的习惯。案例教学法实施过程中除了满足教学条件,学生的积极配合外,教师的主导尤为关键,案例教学对教师的要求更高。教学课时不增反减,教学内容不减,教学要求提高。运用案例教学,教师不仅要有扎实的理论知识,还要有丰富的实践经验,并能将理论与实践融会贯通;不仅对授课课程内容很熟悉,更要了解后续课程对该课程的要求;不仅要求教师根据社会发展的需要不断更新教学内容,补充教案,更要求教师能敏锐地洞察现实中的问题,不断地从现实生活中提炼加工出适宜教学的案例。教师要学会并善于运用现代化的教学手段和教学设施,图片、音响、动画、录像等手段在课堂中都可以调动学生的学习积极性,激发学生的学习兴趣。
参考文献:
【1】刘敏华 贾仙宇.电路分析基础研究型教学初探[J].电工电子教学学报.2009.10.
关键词:实验教学;改革;考核制度
0 引言
对于工科专业,侧重工程技术和侧重工程科学的学科,均以工程实践作为立足之本,以此来培养学生创新意识和工程创新能力。
电路分析实验课是与理论课相辅相成的,是电子科学与技术专业必修的一门课。实验课的目的不仅是通过实际操作使学生巩固和理解基本理论知识和定理,更重要的是培养学生的动手能力,并能增强判断、想象、思维能力,解决实际问题与总结、概括的能力以及养成学生的科学研究方法,实事求是、一丝不苟的科学态度和学风。为了提高电路分析实验课的质量和效果,结合自己在教学中的实践,对如何上好电路实验课分享几点思考。
1 目前存在的普遍问题
1.1 教师的教学问题
学院目前专职实验老师严重缺乏,许多的实验课程需要由专职的实验老师,现在是由理论课老师来上,然而理论课老师通常兼上几门理论课和实验课,故并没有太多的时间更新教学教法。电路分析实验课也不例外。
1.2 教学设备与教材的问题
(1)学院的电路分析实验室建成已经超过10年,实验箱里面元器件接触不良的较多,示波器还是模拟型示波器,坏了的比较多,内部老化也比较严重,设备虽然经常维护,但年限太久。学生做实验时,按照正常电路接线后经常得不到预计的结果,非人为因素影响实验结果的例子太多。
(2)实验内容已经多年没有更新。实验教材最早是依据实验仪器中的各个实验模块来编制的,而理论课教材已经更新了,实验内容与课本知识后半部分动态电路内容体现的不多,学生自由设计实验部分缺失,实验内容没有给学生一些的自主性设计内容。
1.3 实验考核方面的问题
电路分析实验考核当前主要由平时考核、实验报告和实验操作过程中的表现组成。这种考核机制并不能做到督促学生认真完成实验,并提升其自身动手能力和科学素养的目标,由于每次实验学生不少,教师兼顾不了所有人,在学生主动性不足情况下,混实验的现象就没办法杜绝,实验目的就无法实现。
1.4 学生学习兴趣问题
作为电子科学与技术核心基础专业课实验,电路分析实验也面临相同的困扰,在实验教学过程中发现,学生真正自己动手做实验的仅占一半左右,其他同学要么只看不做,要么干脆等别人做完了直接抄袭别人的实验结果。对这种现象,教师能做的只能尽量减少,根本没有办法杜绝。
2 电路分析实验教学的改革
2.1 教学实验内容体系的更新
随着技术的发展,改进电路分析实验教学内容已经是大势所趋。目前实验内容多为验证型实验,而针对现有的实验室环境条件,遵循教学过程中由浅入深、循序渐进原则,对电路分析实验内容划分为2个教学模块。即基础验证型实验教学模块和提高型实验教学模块。
2.1.1 基础验证型实验教学模块
熟练掌握电子实验仪器操作是进入实验室的第一步,在实验教学实践中发现,大多数学生实验做不成功最主要原因是线路全部连接正确后测不出正确数据,不会查错排错。因此,在学生进入实验室前几个实验需要学生能利用所学的实验设备,对常用元器件,尤其要求学生重点掌握示波器和函数发生器的使用。
验证型为主的基础实验环节,主要目的是通过对实验数据的分析加深对基本电路特性的理解和掌握,它要求学生提前预习,自己设计实验电路、实验操作步骤和数据记录形式。教师适当讲解疑难和电路排障方法.
2.1.2 提高型实验教学模块
本实验模块是建立在学生完成基础验证型实验模块之后才能实施,在教学中,可以适当安排一些带有设计型内容的小型实验,让学生以实验箱中已存在的模块和实验技能为依托,灵活的运用所学的知识于实际设计中。使学生能积极主动地去查找相关资料,逐步提高学生的实验操作水平和设计理念。
通过这个过程,不仅形式上比单纯测试给定电路数据强,还加深了对理论知识的理解。
2.2 实验教学方法的改革
实验教学方法的改革重点关注实验手段的优化、教学资源的丰富和实行开放性实验教学。从以教师为中心变为以学生为中心、由教师单向讲解式教学向课内与课外互动式教学转变、由传统单一实验向虚拟仿真与硬件实验相结合的转变。
2.2.1 课堂教学的改革
实行以学生自己完成实验为主,教师讲解,辅导为辅的教学法。
(1)实验课上不重复理论课堂上的内容,教学大纲依托理论课的教学进度同步进行单独设置。实验授课形式依据实验的要求而定,针对某一个或几个知识点的提高型实验,教师可以花一节课进行讲解,先自己设计出一个模型例子,通过Multisim或者其它电路仿真软件做出演示原型,结合PPT详细讲解设计过程,然后学生利用现有实验箱以及实验室已知元件清单里面的电子器件进行电路设计,这种实验通常安排2次课。
(2)确立预习分值在实验总分占有一定的比例,要求其提前完成实验预习内容,预先确立实验方案以及实验的仪器条件要求,进入实验室第一步就是检查预习报告,没有预习报告或者预习报告有雷同的,禁止进入实验室。
(3)学生实验过程中如果碰到问题求助于教师,不直接给出答案,启发学生自己寻找鼓掌和排除方法,激发自主的创新意识。
Hu Yinghong
(绵阳职业技术学院,绵阳 621000)
(Mianyang Vocational & Technical College,Mianyang 621000,China)
摘要: 高职教育改革的重点是使课程建设与岗位职业能力培养有效结合,并以就业为导向,围绕市场需求,培养适应社会、适应地方经济发展的实用型人才,为适应高职教育特色,提出了对“电子电路分析与实践”课程的项目化教学设计意义、理念和设计思想、并对项目化教学情境的设计、项目分析和教学方法探讨作了详细说明,通过近2年得教学实践,取得了良好的效果。
Abstract: The key of higher vocational education reform is to effectively combine curriculum construction and post vocational ability training and take the employment as the guidance, around the market demand, train talents that adapt to the society and the development of local economy. To adapt the characteristics of higher vocational education, the paper puts forward the design meaning, idea and thought of project teaching of Electronic Circuit Analysis and Practice course, and introduces the design of the project teaching context, project analysis and teaching methods in detail. For nearly 2 years of teaching practice, it has obtained good effect.
关键词: 项目化建设 电子技术工程 教学情景 实践教学
Key words: project construction;electronic technology project;teaching situation;practice teaching
中图分类号:G42文献标识码:A文章编号:1006-4311(2011)27-0195-02
0引言
“电子电路分析与实践”是我院创建国家示范高职院校重点建设专业――电子信息工程技术及专业群(通信技术、电气工程技术、建筑智能化等)的优质核心课程之一,是电子信息工程技术专业的专业必修基础课,具有很强的理论性和实践性。项目化教学是学生在教师的指导下,通过完成一个完整的"项目"工作而进行的教学活动模式,其特点是以项目为主线、学生为主体、教师为主导,根据岗位工作要求选择教学内容、根据工作过程选择教学内容、根据职业发展和人才发展的需要选择教学内容、根据专业课程体系建设的需要选择教学内容;项目化教学是一种全面提高学生综合素质能力的新型教学模式,其目标是使学生能够掌握所学专业必需的基础知识,具备各单元电路操作技能,具有分析问题、解决问题的能力,为后续专业课程的学习打下良好的基础。经过课程组成员的不断努力探究,该课程已成为我院院级精品课程,准备申报省级精品课程。
1“电子电路分析与实践”课程建设的意义
我院电子信息工程专业开办于1996年,2002年确定为省级教改试点专业,2008年成为国家示范高职建设院校中央财政支持重点建设专业。
由于受传统教学模式的束缚,课程内容的设计与组织未完全跳出学科体系的藩篱,还不能更好适应职业岗位需要。比如先期的《模拟电子技术》、《数字电子技术》课程,采取相对独立、“重理论、轻实践”的教学方式,教学效果不理想。
高职教育改革的重点是使课程建设与岗位职业能力培养更有效地结合。本着“课程教育目标服从于专业培养目标,课程教学内容符合课程教育目标”和“加强基础、注重实践、强调能力”的原则,2008年10月开始,我们就组织专家、学者和工程技术人员通过行业调研和职业岗位能力分析,并多次召开专业综合能力与专项技能分析研讨会,经过反复、深入分析研究,我们认为构建一门以项目为主线的、全新的电子技术课程能更好的符合高职教育教学特色要求, 课题组通过企业调研和实践专家现场讨论会等多种方式,剖析企业中对从事电子信息技术、通信技术、电力技术、机电技术等行业相关职业岗位人员的技能需求和素质要求,将《模拟电子技术》、《数字电子技术》课程进行整合,构建了《电子电路分析与实践》综合性课程体系,该课程从实用角度出发,集“模拟”与“数字”于一体,在课程内容上强调“实践与理论并重”;将更有利于对学生进行职业素质教育和职业技能的培养。
2课程“项目化建设”教学设计
2.1 设计理念“电子电路分析与实践”课程设计的基本理念是针对生产一线的电子产品装接工、电子产品维修工岗位的职业能力为培养目标,从实际工作任务出发,以典型电子产品为载体,进行基于工作过程系统化的课程教学设计;强调以工作过程作为学生的主要学习手段,采用项目教学法,融“教、学、做”为一体,让学生“在学中做,在做中学”,通过实际分析、设计、制作和调试实用电子电路,使学生真正掌握现代电子技术专业技能,以满足社会对高技能人才的要求。
在课程开发的整个过程中,始终坚持以下几个基本原则:
以专业培养目标为依据――确定课程的教学目标;
通过对教学目标进行解析――获得能力目标解析表;
以职业能力为依据――确定课程的教学内容;
以典型产品为载体――设计学习活动;
以业界现行技术规范为参照――制定考核方案。
2.2 设计思想“电子电路分析与实践”课程设计的核心是课程标准设计、课程内容设计、教学模式设计、实施方案设计和评价体系设计。 课程开发组依据行业、企业发展,结合本地区产业布局和职业岗位需求,针对课程目标与特点,从专业规划、课程设置等环节开始,全程与相关企业密切合作,进行课程内容、教学方法、实施方案和评价体系的设计。
2.3 项目化分析项目教学法的前提是“项目”,是一个人人参与的集学习、创作于一体的过程。项目教学法就是在教学中,组织学生真实地参加项目设计、实施和管理的全过程,在项目实施过程中完成教学任务。项目教学法更多采用小组工作的方式,共同制定计划、共同或分工完成整个项目。
“电子电路分析与实践”课程是一门理论与实践关联性较强的学科,是我院电子信息工程技术专业学生的优质核心课程之一。学习本课程,在实际中有何用途,如何应用所学的电子技术知识解决生产和生活中的一些问题;针对高职学生的特点和高职教育的特色要求,在课程建设中精心设计教学内容,改进并设计教学方法,以加强学生实践技能的培养。“电子电路分析与实践”项目化课程中每一个子项目的实施过程分四个阶段:
资讯:先由教师进行必要的课堂教学和实验演示,使学生掌握必要的基础知识,然后按3~5人一个小组,把全班分成若干个小组,布置项目任务。学生分别对项目进行讨论、查找资料。
计划、决策:由学生制定项目工作计划,并写出各自的设计思想与方法,画出方框图,设计原理图、选择元器件、必要时利用电路仿真软件进行仿真试验,再在教师的指导下,学生相互交流,最后确定项目实施方案。
实施:学生确定各自在小组中的分工以及小组成员的合作形式,学校提供器材由学生正式实施项目。
检查、评估:项目评价采用自我评价、小组互评和教师点评相结合,以学生自我评价为主,学生互评为辅,教师在评价过程中起引导调控作用。要求学生首先以ppt等形式充分展示设计成果和项目的学习心得,然后以五级评分制从学习准备和计划实施的学习效果、作业步骤、项目完成结果等方面进行自我评分,小组根据其讲述情况和项目完成结果,小组成员讨论后从表达能力、团队协作和沟通能力、项目完成结果等方面给出评价和评分,教师根据具体情况给予点评。
2.4 项目化情景教学设计分析传统电子电路分析与实践技术教学内容,融合现代电子电路分析最新发展,以工学结合的理念为课程建设的指导思想,将课程的全部内容设计为若干个学习情境, 学习情境尽量体现工作任务、工作流程,教学氛围尽量模拟企业环境。对“电子电路分析与实践”课程进行重构,体现了完整性、趣味性、扩展性和适应性的原则。“电子电路分析与实践”课程选取OCL音频功率放大器、直流稳压电源和限时抢答器三个项目为主要载体,构建了3个教学情境,10个子学习情境,如图1所示,以实现对电子信息工程技术类学生的职业岗位能力培养和社会能力养成的教育功能。在项目实施过程中,教师就每一个学习子情景对学生进行必要的技能训练、知识传授和实际应用,让他们对工作的整个程序有所了解,为他们独立完成项目创造条件。通过每个学习情境和子情境(子学习情境)的训练,使学生掌握对应的知识点,培养学生相应的能力和素质,同时为学生后续课程的学习和职业发展奠定良好的基础。
3结束语
高职教育承担着培养和造就专门人才的重任,它是面向基层、面向生产、面向服务和管理第一线培养实用人才,以突出能力为本位,着力培养学生的综合能力,以达到培养复合型、应用型、创新型人才的职教培养目标。高职教育着眼点是以就业为导向,围绕市场需求,培养适应社会、适应地方经济发展的实用型人才。基于高职教育的特色和人才培养要求,通过近2年的教学实践,我们不断的优化课程项目、优化项目实施水平,为培养实用型人才岗位需求取得了良好的效果。“电子电路分析与实践”课程已被评为院级精品课程,其配套教材已由武汉工业大学出版社出版发行。
参考文献:
[1]童乃诚.高职课程教学内容建设探讨[J].中国职业技术教育,2010,(14).
[2]钟新跃.基于工作过程导向的课程改革实践――以高职《模拟电子技术》课程为例[J].中国校外教育,2010,(01).
[3]李仲秋.《电子电路分析与实践》课程内容的选择与序化[J].机械职业教育,2010,(05).
关键词:基于问题学习法;教学模式;电路分析
作者简介:孙霞(1976-),女,山东新泰人,山东理工大学电气与电子工程学院,副教授。(山东 淄博 255049)
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)03-0071-02
“电路分析基础”课程是通信工程、计算机等专业必修的重要专业基础课,本课程信息量大,而学时相对较少,内容比较抽象,包含面广,公式多,概念多,符号多,计算多,学生普遍感到难学难懂。这就要求教师要根据教学内容和要求,灵活运用各种教学方法和手段,充分激发学生学习的兴趣和研究潜能,引导学生带着问题学习与思考,探索出一套适合该课程的教学模式。
基于问题的学习(Problem—based Learning,PBL)创始于1970年加拿大McMaster大学医学院,过去几年这种教学方法一直在医学院和职业技术学院的教学过程中广泛运用,近年来在工程教育中也越来越多地运用于项目设计训练和实验类课程。这种方法是从具体事物出发,这些具体事物可以是一组有待解释的现象或实验数据、一个有待分析的案例或是一个有待解决的实际的复杂问题。学生想要对数据、情况进行分析,或者要解决问题,就必须把握事实,了解规则,知道程序,明白工作原理。它强调把学习设置在复杂的、有意义的问题情境中,通过让学习者解决问题,来学习隐含于问题背后的科学知识,形成解决问题的技能,并形成自主学习的能力。
基于问题学习的探究式教学是在借鉴基于问题的学习法的先进教学思想的基础上,努力探索的一套传统教学与PBL教学相结合的教学模式。它是一种教与学相互统一的过程,是以实际工程应用为背景提出问题,再简化为电路模型,通过工程问题的解决方法和过程,加深学生对基本原理和理论的理解,培养他们的实践与创新能力。
一、“电路分析基础”教学中运用“基于问题学习法”的典型案例
在“电路分析基础”课程教学实施的过程中,笔者发现问题的设计非常重要。如果问题设计得法,可以很好地启发学生的思维,引导学生应用已掌握的基本概念、基本原理与基本理论自行归纳出一些电路分析的方法和步骤等,调动他们的积极性,进而发展到更高层次的学习。因此笔者在教学过程中针对电路分析内容,联系工程实例,探索出了一些基于问题学习的典型案例,现列举如下:
1.单相正弦交流电路
单相正弦交流电路与生产实践和日常生活密切相关,在正弦交流电路中,各物理量之间不仅有数量大小的关系,而且还有方向(相位)的关系。这一点对初学交流电路的学生来说,常常感到很困难并经常弄错,特别是经常使用的有效值更是如此。因此,在讲授该课题之前,笔者先对学生提出这样的问题:电路如图1(a)、图1(b)所示,在一个正弦交流电路中,已知交流电压表V1的读数为60V,V2的读数为160V,求V的读数。
这实际上是交流电路中有关有效值的关系的一个问题。好多学生一看到这个问题,感觉非常简单。根据基尔霍夫电压定律,可以得出交流电压表V的读数为220V。这时老师指出,答案是错误的。至于为什么是错的,正确答案是什么,究竟如何计算,教师点到为止。于是学生有了很大的困惑,对该问题产生出非常大的兴趣和急迫解决的动力。接下来,教师开始讲授新课,引出正弦交流电路的相关内容。这样运用“基于问题学习法”既启发了学生的思维活动,激发了求知的热情,又加深了对出错原因的印象、对知识的理解。
2.功率和功率因数的概念
在“电路分析基础”课程中,功率因数的概念和提高功率因数的方法与实际应用结合相当紧密,是教学中的一个难点。所以在学生学习了有功功率、无功功率和功率因数等概念后,提出这样的一些连续问题:问题一,对广大用户,特别是大工业用户,为什么功率因数低了,要提高电费(罚款)?问题二,怎样提高功率因数?问题三,功率因数是不是越大越好?带着这样的一些问题,让学生课下查阅相关资料。只要查过资料的同学,第一个问题都能很好地回答。对第二个问题,学生已经学习了电容对电感补偿的特性,在老师的提示下,部分学生能说出答案:并联电容器。第三个问题对大部分学生难度较大一些,可以通过图2三个相量图的展示,让学生了解到功率因数超过一定数值后,并不是越大越好。
在这一部分设计一些与实际应用联系密切的问题,可以加深理解功率和功率因数的概念,了解功率因数调整的原因和办法。学生通过查阅资料,独立思考,再加上老师适时的引导,这样学习到的知识印象非常深刻,极大促进了学习的积极性。
3.电路的过渡过程
为了建立过渡过程的概念,在讲授过渡过程之前,先向学生展示这样的电路,电阻R、电感L和电容C三条支路并联,每条支路串联上一个灯泡,如图3所示。
然后笔者设计这样三个问题,当开关合上时,第一,电阻支路的灯泡是否会立即发亮?第二,电容支路的灯泡会不会发亮,如果发亮,会持续吗?第三,电感支路的灯泡会不会发亮,如果发亮,会立即发亮吗?让学生思考并回答问题。按学生以往掌握的知识,可能的回答是多样的,但普遍的回答有正确的一面,也有错误的一面,“电阻支路的灯泡会立即发亮,而且会持续发亮”,“电容支路的灯泡不会发亮,因为电容有隔直作用”,“电感支路的灯泡会马上发亮,因为电感有通流的作用”。这时老师指出:当开关闭合时,电阻支路的灯泡会立即发亮,而且亮度始终不变。电容支路的灯泡在开关闭合瞬间很亮,然后逐渐变暗直至熄灭。电感支路的灯泡在开关闭合瞬间不亮,然后逐渐变亮,最后亮度稳定不再变化。这样的结果表明,电容或电感支路的灯泡达到最后稳定,都要经历一段中间过程。最后得出结论,含有储能元件(电感L或电容C)的电路,都存在从一种稳定状态变化到另一种稳定状态的中间过程,叫做电路的过渡过程。通过设计这三个问题,学生对电阻、电感、电容的特性有了更深的理解,同时了解了电路过渡过程的概念,对下面内容的展开有很大的帮助作用,学生的学习热情得到极大的提高。
4.串联谐振电路
在讲授串联谐振课题时,首先向学生展示一副收音机天线接收回路的原理图。提出两个问题:第一,调节可变电容,为什么可以收听到想要听的电台节目?大家知道这一问题隐含了新课中的串联谐振产生的条件知识点。第二,天线上微弱的电信号,为什么产生较大的电信号输出给后续放大电路?这一问题隐含了新课中串联谐振电路的电压谐振特点这一知识点。这一问题来源于生活,例子是大家非常熟悉的收音机,所以学生会非常好奇,一下就激了他们的学习兴趣、学习热情和求知欲,马上集中注意力,开始思考,开始探索,急切地希望通过老师的讲授,解决问题情境中所提出的问题。然后,教师开始讲授什么是串联谐振、串联谐振产生的条件、串联谐振的特点、串联谐振的频率特性曲线分析。当讲解并阐明串联谐振的条件之后,又回到开头问题情境中所提到第一个问题,请学生自己归纳总结答案。这时学生已经非常清楚地知道原来调节可变电容器的目的是使天线接收回路产生串联谐振,收音机可以接收到某一个频率的电台节目信号。当讲完串联谐振的电压放大特性之后,又回到开头问题情境中的第二个问题,答案是天线回路接收到的微弱电压信号,由于发生了串联谐振,电容两端口输出的电压信号是输入端微弱电压信号的Q倍,Q为品质因数。本课堂内容通过设计合适的问题联系了工程实践,启发学生发现工程实际问题并共同讨论解决,树立了工程观点,提高应用能力。
二、结束语
教学实践发现,采用基于问题学习的探究式教学,学生的目标很明确,兴趣受到激发,通过解决问题,还能体会一种成就感和快乐,自信心大大增强,从而更善于钻研电路分析的有关问题,进行研究和创新。当然,以上案例只是庞大的电路分析课程中部分内容的实施,今后笔者会结合工程实例,努力寻找更多的案例,设计更多的问题,通过老师和学生共同的努力,达到更好的教学效果,以推动基于问题学习的探究式教学模式的实施。
参考文献:
[1]贺洪江,王振涛.电路基础(第2版)[M].北京:高等教育出版社,
2011.
[2]党志军,常青美,潘向峰.基于问题学习法在“电路分析”课程教学中的研究[J].电气电子教学学报,2010,(B10).
[3]滕建辅,姚素芬,李海丰,等.基于PBL的“电路”教学改革与探索[J].高等工程教育研究,2009,(6).
关键词:精品课程建设;课程体系;教学内容;教学方法和手段
引言
精品课程建设是“高等学校教学质量和教学改革工程”的重要内容,2006年教育部下发教高(2006)16号文《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》中决定,在“十一五”期间,国家将启动1000门工学结合的精品课程建设,以此来带动高职院校的重点课程和精品课程建设。
课程建设是提高教学质量的依托和保证,《电路分析基础》作为通信、电子信息和自动化等技术领域的主要理论基础和主干课程之一,很多院校已将其列为精品课程进行建设。多年来,我们积极探索教学内容和教学方法的改革, 在课程建设方面取得了一定的成绩。根据高等教育改革的新形势以及我系由中职逐步向高职转型的需要,结合我院实际,《电路分析基础》课程在今年9月被立项为我院第二批院级精品课程,先后有8名任课教师投入了课程建设。通过这项工作, 进一步促进了我们高职教学理念的转变, 深化了教学内容、课程体系、教学方法和手段的改革, 提高了教学质量和水平。
1.课程建设思路
课程建设要体现现代教育思想,符合科学性、先进性和教育教学的普遍规律,具有鲜明特色,并能恰当运用现代教学技术、方法与手段,教学效果显著,具有示范和辐射推广作用。
《电路分析基础》课程是一门专业技术基础课程,注重学生素质培养、职业技能的培养;突出主线,突出重点,把立足点放到工程技术应用性上;做到既为学生后续课程服务,又能直接服务于工程技术应用能力的培养。
通过调研,我们以课程体系、教学内容、教学方法改革为重点,强化学生基本素质、实践能力和职业技能的培养,积极探索适应社会需求的多样化应用性人才培养模式,构建有高职高专特色的、理论与实践并重、以岗位群技术应用能力为主线的教学体系。通过教学方法改革和采用现代化教学手段,提高教学效果。
2.课程建设的实践与思考
2.1 构建课程新体系
学科交叉是当代科学技术发展的主要特征。为更好地处理好课程学科的“系统性”与“服务性”的关系,我们在本课程内容的设置上打破了传统课程的学科单一性,而将相关的学科知识内容和技能与电路分析基础知识有机地结合在一起,这样就能很好地给该课程的实践教学环节提供相关的知识与技能。
针对过去课程体系前后课程间的理论脱节现象,在电路分析教学中,我们有意识的通过一些章节将后续课程的一些基本概念提前介绍,让学生对知识的运用及前后课程的联系有一个系统的了解。例如通过“耦合谐振电路”等章节,加强与后续课程《电子测量仪器》及工程实际的衔接与联系等。让学生体会到所学的电路分析方法的重要性以及如何将之灵活地运用到后续课程中,使其对课程体系有更加深入和系统的了解,提高学习兴趣,拓宽视野。
2.2 课程教学内容的改革
为了培养具有较高理论水平,同时又具备实际动手能力的高技能应用型人才,结合学院特色,近年来我们对《电路分析基础》课程的传统教学内容进行了重组和改进。根据教学大纲,删减陈旧、繁琐、实用性不强的内容,精选出必需、适度、够用的内容。精讲 “直流电路的分析”、“正弦稳态电路分析”及“耦合电感和理想变压器”等章节,同时适当介绍扩大知识面的内容和学科前沿发展的趋势,并融入一些具有工程实践应用的实例。
2.3 教学方法和教学手段的改革
教学内容的改革必然要促进教学方法的改革, 而教学改革的核心是教学方法的改革,教学方法体现在整个课堂教学过程中。
在理论教学中,灵活采用问题引导与任务驱动、启发与互动、激励与鼓励、分组讨论、理论教学与实践教学相结合等教学方法,多种方法在实际教学中有机结合,从“提出问题、解决问题、推广应用、总结思考”等主要环节进行,培养学生科学的思维方法和科学研究能力。
在实践教学方面,根据知识验证、知识综合、创新设计为原则设计实验内容。营造活跃的课堂气氛,提高学生学习积极性,积极开拓学生思维,培养分析问题和解决问题的能力。实验过程中通过示教与实验相结合,理论和实践紧密结合,使学生既学到了知识,又增强了动手能力。
在教学手段方面,针对本门课程的特点,采用现代教学与传统教学相结合,利用多媒体网络教学,将现代教学手段的形象性、趣味性和高效性融入到课堂教学;同时,可展示丰富的网络资源,拓展学生思维,延伸课堂。另外应用与教材配套的Multisim10.0软件对电路中的基本原理进行仿真,有助于学生理解电路中的各种分析方法,引导学生进行模拟训练,最后直接指导学生完成相关实训。教学气氛活跃,学生学习兴趣浓厚,参与度高,师生互动效果好。
2.4 考试考核方法的改革
优化考核方式,建立以衡量综合素质为依据的评分标准。理论课实施教考分离,严密组织,从严把关;实验课采用 “操作+平时+实验报告”成绩综合评定成绩。考核内容从以理论为主转向考核学生对电子元器件的识别检测、仪器的使用和对单元电路的分析测试等综合技能。重视学生基本专业素质的培养,教学取得了很好的效果,教学质量得到了进一步提高,学生的实践操作能力明显增强,全面提高了学生的竞争意识和就业适应能力。
2.5 加强实验实训力度
当代社会对具备一定的实践操作能力和工程素质的应用型人才需求旺盛,这也正是高职教育的真正目的所在。电路实验是电路分析基础重要的教学环节,在教学中应把技能性、实验性的章节放到实验实训上,实现理论和实践教学的结合。可通过现场参观加强学生对本课程的感性认识。例如,学了“三相电路”,可以去参观实际的配电线路。与此同时,加强实验课的比重,更新实验内容,增强实验内容的实用性和综合性,并有针对性地设计实验实训要求,合理安排实验实训时间。平时开放实验室,提供良好的课外实践环境,培养学生的创新意识。通过实验和实训,大大激发学生的学习兴趣和积极性, 变被动学习为主动学习,使学生真正掌握电路知识及实验的基本技能和安全操作知识,也为后续课程在提高职业技能的训练和实践能力的培养上,奠定 良好的基础。
2.6 课程师资队伍建设
师资队伍建设的目标是逐步形成一支师德高尚、结构合理、教学水平高、教学效果好、教学特色鲜明的教学队伍。我院担任该课程的教师队伍趋于年轻化,职称结构和年龄结构不是很合理,因此加强对青年教师队伍的培养是一个刻不容缓的问题。我们的做法是:
(1)对新教师实行导师制。新教师进入课程组后,由课程组安排教学经验丰富、教学水平高的的老教师作为其导师,指导其经历全部的教学过程。新教师至少经过一学期的助课、一学期的备课,才能够进入讲课阶段,直至成为一名合格的主讲教师。
(2)加强教学环节,站好神圣讲台。为了使青年教师站好讲台,课程组严格把好主讲关,凡是第一次上台担任主讲的青年教师都必须试讲合格方能上讲台;同时积极协助院(系)搞好教学观摩和座谈、青年教师讲课比赛等。
(3)注重科学研究,加速青年教师的成长。在确保教学任务完成的前提下,课程组引导青年教师参加教材建设和教学研究项目,带领他们更好地钻研教学新技术、新手段;同时,要求青年教师参加实验室和实训基地建设,通过实践开阔视野,以便更好地把握课程知识。
(4)提高教师自身业务素质和职业能力。要求青年教师必须到企业进行实践,以最快的方式获取企业新技术,提高自身的实践创新能力和业务水平;并鼓励青年教师提高学历层次和职称水平,积极参加行业企业各类认证考试,加强“双师”队伍的建设。
3.课程建设效果
丰富的网络教学资源和良好的学习环境激发了学生的学习兴趣;教学体系和教学内容的优化整合、教学方法和手段的改革解决了内容多学时少的问题;实验条件有了较大改善,能实现2人一组;教学方法和考核方法全面改革后取得较好的效果。
在提高内涵建设的同时,我们牢记高等职业技术教育的特点,坚持校企结合、工学结合,在地方上有较高的知名度,得到了兄弟院校和社会的高度认可。学生实际动手能力较强,实训、实习产品能够体现应用价值;学生对相关基本知识和基本技能的掌握情况也得到了用人单位的好评。近年来在“全国电子专业人才设计与技能大赛”中,有3名学生获一等奖,1名学生获二等奖。
4.结束语
《电路分析基础》课程的建设和改革历时已近四年,但精品课程建设和改革涉及面广,且非一朝一夕就能办好,在与工程实际联系方面还存在一些问题,仍需要各位教师长期不懈的努力和探索。我们将密切关注本课程发展的前沿和动态, 加强交流与合作, 进一步加强师资队伍建设,广泛采纳先进的教学理念、手段和方法,积极开展校本教材和习题库建设,精益求精地做好每一项工作。相信我们的努力会带来新一轮的变革!
参考文献:
[1] 周茜,徐亚宁,《电路分析基础》课程教学设计的创新与实践,桂林电子工业学院学报,2004,24(4).
[2] 王应生, 电路分析基础课程建设的总结[J]. 桂林电子工业学院学报,1997,17(3).
关键词:课程网站;电路分析基础;精品课程
在精品课程建设的整体工程中,课程网站的建设至关重要。它可以有效地改善教学环境,丰富课程教学资源,提高学生的自主学习能力,增强师生交流互动,提高课程教学效率,从而提高课程教学质量。因此,我们利用现代教育技术手段开发建设了电路分析基础课程网站,该课程网站界面友好、使用方便、资源丰富、贴近教学[1]。经过课程组的共同努力,我校电路分析基础课于2010年被评为浙江省精品课程。电路分析基础课程网站也于2011年荣获第十一届全国多媒体课件大赛三等奖。笔者结合该课程网站的建设实践,介绍电路课程网站的设计、特色及其在教学中的应用。
1 课程网站的结构和布局设计
在电路课程网站的构建过程中,我们始终坚持以改善教学环境、丰富课程教学资源、提高课程教学效率、提高学生的自主学习能力、增强师生交流互动为目的,合理规划网站结构。电路课程网站的结构如图1所示[2]。电路课程网站采用左侧一级菜单,右侧具体内容的固定布局。网站的主页面如图2所示。
2 网站特色及其在教学中的应用
2.1 资源丰富,内容完整,实现了对学生学习的全程指导
电路课程网站一共开设了19个栏目,包括各种教学资料(课程介绍、教案、授课课件、授课录像)、学习辅助材料(在线自我测试、典型习题与解答、考研辅导)和网络资源链接等,内容完整,资源丰富。课程网站还设有自学指导专栏,提供每一章的预习提示、新概念、需重点掌握的内容和问题,要求学生带着这些问题,去教材、课程网站上寻找答案,便于学生自学[2]。同时还开设了优秀作业欣赏栏目,对每次作业进行网上点评,并且将完成较好的作业拍成照片挂在网上,以便其他学生借鉴学习。这样既有课前自学指导,又有课堂全程教学录像,还有课后优秀作业欣赏,对学生在课前、课内及课后整个学习过程中都有很大的帮助,引导学生在自主学习过程中循序渐进地学习。
2.2 习题、测试分层设计,满足不同层次学生的学习需求
针对学生学习基础、学习能力以及兴趣的不同,电路课程网站上所有的习题、测试都分层设计。网站上的习题分为简单、中等、较难等多个层次,学生可以自由选择习题的难度,符合因材施教的原则。每一章的在线自我测试栏目有对基本内容的测试和对综合能力的测试。对学习基础较差的学生只要求完成基本内容测试,对中上水平的学生建议完成综合能力测试。在线自我测试的题目是随机组题,从而避免了学生之间的相互抄袭。每次测试完毕,学生马上可以看到自己的成绩及正确答案,便于学生自我检测。为满足优秀学生的学习需求,还开设考研辅导专栏,其中包括难点解析、经典习题和考研参考文献等。因此,课程网站可以满足各个层次学生的学习需求。
2.3 重视实践,将理论和实践紧密结合,提高学生的实践能力
在电路课程网站中,除设置理论教学模块之外,还开设了电路知识应用实例栏目,用于介绍电路理论在实际生活中的各种应用实例(如图3所示)。这样既可提高学生的学习兴趣,又使电路的学习不仅仅只停留在解题层面上。同时我们还开设了实验教学和课外科技栏目。在实验教学栏目中有实验项目、实验预习提示、实验课件、实验课堂录像、实验报告反馈、常用仪器介绍等内容。在课外科技栏目中有我校历届学生作品介绍,近几年我校学生电子设计竞赛获奖情况和全国大学生电子设计竞赛官方网站链接。通过这些栏目,把理论教学与实践教学紧密结合,重视在实践教学中培养学生的创新精神与实践能力。
2.4 充分发挥教师主导、学生主体的作用,提高学生自主学习能力
在电路课程网站中,每个学生都有自己独立的账号和密码,便于学生实现自我管理,满足学生的个性化学习需求。教师则具有评价、管理功能,教师可以在网上查看所有学生的测试成绩。教师根据学生的测试情况,了解学生对课程相关内容的掌握程度,并在教学中及时进行调整,如教师对学生测试成绩普遍较差的章节进行重点补习。教师还可以查看每位学生对课程网站各部分内容的访问量,具体访问时间及整个班级所有学生对网站各部分内容的总体访问情况,根据这些反馈信息及时对课程网站的相应内容作出调整,从而真正发挥教师主导、学生主体的作用。图4为本学期机电111班学生测试成绩汇总表。图5为本学期以来课程网站各部分内容的总体访问情况。
2.5 互动性强,师生网上交流活跃
为了弥补课堂教学师生交流不足的缺陷,课程网站开设了主题讨论区、答疑区和自由讨论区。主题讨论区主要是教师针对所学知识点组织大家一起探讨,请学生积极参与回答。答疑区主要是学生提出疑问,教师来回答,学生可在该栏目上对自己关心的问题与教师进行单独交流与讨论,教师针对每个学生的特殊情况,为学生在学习上排忧解难、指点迷津,提高了学生的学习积极性。自由讨论区是学生对自己感兴趣的话题进行探讨。课程组教师轮流负责网站的维护,保障网上答疑、专题讨论等实时性强的栏目的建设。本学期以来各种帖子的数量计1 200多个(如图6所示),参与的学生在90%以上,这些都说明学生的参与积极性非常高,师生网上交流活跃。
3 结束语
电路分析基础课程网站目前已经为我校2008~2012级共5届学生所使用。自从该网站使用以来,实现了教学资源的最大限度共享,学生学习电路课程的积极性大大提高,自主学习的能力也得到了加强,课程的不及格率明显下降。表明该课程网站对电路教学起到了很好的辅助作用,为我们的教学改革带来更大的便利和发展空间。基于该课程网站电路分析基础省精品课程的建设也取得了一定的成绩。
参考文献
[1] 刘庆伟,刁文广,舒云星.模拟电子技术精品课程网站的开发[J].电气电子教学学报,2008(4):93-95.
关键词:电路分析 改革措施
《电路分析》是一门理论分析严谨的电气工程及其自动化等专业的重要专业基础课,是后续专业课程模电、数电等相关课程的理论基础,更是学生基本专业素质形成的关键课程之一,学好这门课程将为以后打下坚实基础[1]。目前,《电路分析》课程的学时压缩,使教学的难度加大了,但教学要求越来越高。所以对《电路分析》课程的教学内容、教学方法、教学手段等方面进行改革势在必行。
一、优化教学内容,适应独立学院教学
《电路分析》在教材上选用了邱关源主编的《电路》(第5版),但对各章内容及顺序作了适当的调整。主要讲授电路定律、电阻电路的等效变换、电阻电路的一般分析、电路定理、动态电路、相量法、正弦稳态电路的分析、含有耦合电感的电路、三相电路、非正弦周期电流电路等十六章内容。在《电路分析》的教学过程中,我们加强对了"电路计算机辅助分析基础”的学习,使学生初步掌握了进行大规模及复杂电路计算机辅助分析的方法。
二、注重黑板与多媒体相结合,提高学生的兴趣
在传统的课堂教学中,在黑板上画图,占去了太多的时间。采用多媒体技术,可以通过动画来表现电路的变化过程,增强了学生的感性认识,大大提高了教学效果,引起学生的学习兴趣。同时,电路计算机软件仿真技术的发展,可以在软件中设计电路在多媒体中演示,加深了学生对理论的理解。课件排版整齐、漂亮,避免了因教师的板书潦草带来的问题,同时减少了教师上课时的板书时间,使得教师有更多的时间详细地讲解难点等等。但是多媒体在电路的教学中也存在着一定的缺陷,主要表现在以下几个方面:
1.教师和学生之间缺乏情感互动。课堂教学的过程本身是教师与学生间的相互交流、相互影响,从而形成一种有助于认知活动开展的过程。教师讲解、板书的过程实际上是学生灵感、思想相互碰撞和形成的过程,而多媒体教学往往忽视了学生思想的形成过程,学生感受教师的思想不深。
2.课堂教学容易主次不分。为了迎合学生的兴趣,多媒体课件常常一味追求表面上的新颖、动感,过多运用强烈的色彩、图片和动画,旨在体现内容的丰富、功能的强大、表现手法的不凡,使得学生上课时把更多的注意力集中到多媒体课件的形式上,而忽略了对教学内容的学习和记忆[2]。
3.教师不能按课堂实际情况即兴发挥。预先制作的课件,授课时难以调整,使教师在某种程度上限制了肢体语言的使用,埋没了教师的个性和特长。有些教师如果不用多媒体授课可能教学效果很好,而采用多媒体教学后,由于受微机操作水平和课件制作水平的限制,会变得缩手缩脚,无法施展教学才能,使教学效果受到影响[3]。
三、重视理论与实际的结合,关注学科发展动态
学科的交叉和渗透促进了电路理论自身的发展,为了教育学生学会学习,提高电路课程的教学质量,教师除了在教学方法上下功夫外,还必须密切注意学科发展的新动态,在教学内容的组织上,不断丰富、补充才能跟上新形势发展的需要[4]。目前教科书介绍的电路,大多数属于较简单的网络,且只适用于手算,但并不意味着实际电路也是一些电阻、电容、电感的简单组合。随着大规模及超大规模集成电路的发展,电路的计算愈来愈复杂。复杂网络中既有平面电路,也有非平面电路,靠手工运算根本解决不了问题,只能应用计算机进行运算。例如目前使用的《电路》(第5版)中增加了电路的计算机辅助分析(即PSpice的初步知识)和如何应用MATLAB求解电路问题等内容。
教育和教学质量的提高是一项系统工程,其学术性和技术性都很强,涉及面很广,需要长期的摸索和探索。《电路》课程教学本身值得探究的东西很多,实验教学的研究,教学内容的研究等等,通过这门课的学习,让学生获得一种学习的能力和学习方法,而不是有限的书本知识。教师要不断地总结讲课经验,补充新的知识,加大课堂教学的信息量,调动学生学习的积极性,做到一切为学生着想,一切从学生的角度出发。通过多种教育技术结合和教学手段的改革提高教学效率,为把学生培养成厚基础,宽口径,能力强的复合型高级人才打下了一定的基础[5]。
参考文献:
[1]黄冰,新时期电路分析课程的教学改革实践和体会[J]自动化与仪器仪表,2003年第5期
[2]于歆杰,麻省理工学院教育教学考察报告(三)—电路与电子学课程教学法篇[J]南京:电气电子教学学报, 2004,25(6)
【关键词】行动导向;三相交流电路;实验教学
1.引言
电路分析基础是电类专业的重要专业基础课,理论性和实践性都较强,实验教学时电路分析基础课程教学的重要环节。选择何种实验手段以适应教学条件,怎样设计教学使实验效果从简单验证拓展到电路探究,怎样通过实验既锻炼学生的动手能力更培养学生的创新思维。这些都值得教师深入思考和付诸实施。
2.三相交流电路教学思路
三相电路是电力系统主要的供电方式,三相电路也是是电路分析课程中引导学生学习交流应用电路的关键章节。以往的教学先讲理论,再做实验,而学生往往在做完实验之后仍然没弄懂电路的工作,也不理解实验的数据结果,动手是盲从。调整教学思路,以行动为先导,以实践为中心,理论与实验穿插,真实实验和仿真实验结合,验证与探究递进。
3.三相交流电路教学设计
三相电路教学中,针对不同联接方式的负载,重点内容和目标及教学手段设计如下。
3.1 对称三相电路
知识目标:
(1)五种三相电源系统电路;
(2)对称三相电路的相、线电压与电流的大小和相位关系;
(3)三相电路的各功率关系。
能力目标:
(1)能识别、选择、连接符合要求的三相电路;
(2)能对三相电进行基本测量;
(3)能用Multisim对不同联接的三相电路进行虚拟仿真测量和分析;
(4)能用相量图法进行分析,能对三相电路的电压、电流、功率进行一定的工程测量和计算。
理实一体的教学方式、手段及步骤:
(1)实验认识三相电源,测量电源电压;
(2)教师讲解三相负载的连接,三相电源系统的种类及特点;
(3)学生搭建一典型三相供电系统—三相四线系统,测量相线电压电流,理解各物理量含义和特点;
(4)仿真实验测量三相电源及三相负载各种连接情况下的相、线电压电流值,分析比较大小和相位关系;
(5)教师指导下,学生分组讨论数据,分析各电压电流值的特点及关系;
(6)教师讲授相量图分析法,学生练习运用;
(7)教师讲解分析P、Q、S值的工程公式;
(8)学生仿真实验,测量功率;
(9)讨论总结。
3.2 不对称三相电路
能知目标:
(1)了解不对称三相电路的概念、特点;
(2)理解中线的作用;
(3)能正确连接和测量不对称三相电路。
教学方式、手段及步骤:多媒体、仿真实验。
4.三相交流电路实验设计
教学过程中实验与理论教学紧密结合,考虑到三相电源高电压大电流工作且负载不对称易致损毁故障,为避免出现意外并提高实验效率部分实验采用仿真实验。
4.1 三相电源测量相、线电压
使用交流电压表分别测量实验台上的星型电源的三个相电压和三个线电压,直观理解三相电源的对称性和相线电压的量值关系。左图1为电工实验台的三相电,测量数据填入表格。
图1 电工实验台的三相电
图2星型负载仿真测试电路
4.2 星型负载仿真实验
应用multisim软件创建测试电路如图2所示。
接入虚拟示波器,测量UVW三相电压波形,绘出波形图,理解三相相位关系。
(1)三相对称星形负载的电压、电流测量
接入电压表和电流表,J1打开,J2、J3闭合,测量对称星形负载在三相四线制(有中性线)时各线电压、相电压、相(线)电流和中性线电流、中性点位移电压。记入表1中。
打开开关J2,测量对称星形负载在三相三线制(无中性线)时电压、相电压、相(线)电流、中性线电流和中性点位移电压。
根据测量数据分析三相对称星形负载联接时电压、电流“线量”与“相量”的关系。
(2)三相不对称星形负载的电压、电流测量
接入电压表和电流表,J1闭合,J2、J3闭合,测量不对称星形负载在三相四线制(有中性线)时各线电压、相电压、相(线)电流和中性线电流、中性点位移电压。
打开开关J2,测量不对称星形负载在三相三线制(无中性线)时各线电压、相电压、相(线)电流、中性线电流和中性点位移电压,记入表1中。
根据测量数据分析,说明三相负载不对称时中性线的主要作用,由此得出为什么中性线不允许加装熔断器的原因。
(3)三相对称星形负载故障探究
三相对称星形负载,将U相断路,即J3打开,J1打开、J2闭合,测量四线制时各线电压、相电压、相(线)电流和中性线电流、中性点位移电压。
上述负载中,打开开关J2,测量三线制U相断路时各线电压、相电压、相(线)电流和中性线电流、中性点位移电压,记入表1中。
(4)三相电路功率测试
图3 二瓦法测试联接
接入功率表测出每相功率,计算出总功率。在B相接入电流表测出IB,计算总功率P总。参见图3接法,建立二瓦法功率测试电路并验证总功率P=P1+P2。
(5)三角形型负载仿真实验
创建测试电路如图4所示。
图4 三角形型负载仿真实验电路
正确接入电压表和电流表,分别测量J1闭合和打开两种情况下,各线电压、相电流、线电流,记录。根据实验数据分析三相对称负载三角形联接时,线电流与相电流,相电压与线电压的关系。探究思考不对称负载、一相断路等情况在三角形联接时对电路的影响。表2是三相三角形负载的电压、电流。
5.效果及总结
在三相电路教学中实验贯穿全过程,应用行动导向,从浅到深、逐步分层验证关系、探究现象、研究规律。学生通过动手实验、分组讨论、计算总结,不仅加深了对三相电路理论的理解,而且学会了带着问题有目的地去操作,边思考边完成。相比大量的理论推导分析,实验引领、探究的教学方法极大提高了学生的学习兴趣,学生积极动手、踊跃交流,教学效果明显提高。
参考文献
[1]姜大源.职业教育的学习结构论[J].中国职业技术教育,2007(1).
[2]陈卫兵,刘杰.《电路分析》课程的仿真实验设计研究[J].课程与教学,2008,06.
[3]赖华清.对加强高职院校实践教学的思考[M].职教探索与研究,2006(3).
[4]曲健.电路分析课堂教学模式的改进与探讨[J].高等教育研究,2008,09.