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電氣工程自動化電路原理課程教學改革范文

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電氣工程自動化電路原理課程教學改革

摘要:為了改善學生對電氣工程及其自動化專業電路原理課程的學習效果,文章從優化課程教學內容、加強電氣工程及其自動化專業需要的知識點的教學、電路實驗改革和考核方式改革四個方面論述了電氣工程及其自動化專業電路原理課程教學改革

關鍵詞:電氣工程及其自動化;電路原理;考核方式

“電路原理”是北方民族大學(以下簡稱“我校”)電氣工程及其自動化、自動化、測控技術及儀器、信息工程、通信工程等電氣信息類專業一門必修的專業基礎課[1]。由于是學生接觸的第一門專業課,學生的學習還停留在高中物理電路的思維慣性中;加上課時少、內容多,教師上課所講的只是“電路原理”的主干知識,對于電氣工程及其自動化專業需要加強的內容沒有安排;電氣工程及其自動化專業在學習完“電路原理”之后就開設電機學、電力系統分析等專業課程,沒有如測控技術及儀器專業的“測控電路”、通信工程專業的“通信電子線路”等電路銜接課程;再加上實驗部分對測量技術和實驗方法缺乏系統訓練,動手環節和設計性內容少,沒有三相電路實驗,導致電氣工程及其自動化專業學生對“電路原理”課程的學習無法滿足后續專業的學習要求。區別于其他電氣信息類本科專業,電氣工程及其自動化專業對“電路原理”課程的內容和側重點要求均不同。由于我校“電路原理”是電氣信息類專業平臺課,在教學過程中無法滿足電氣工程及其自動化專業培養創新人才的要求,因此,本文從培養創新型應用人才的角度出發,以提高學生對“電路原理”課程理論知識理解及實踐動手能力為目的,對課程理論教學內容進行優化設置、加強電氣工程及其自動化專業需要的一些重要概念和知識點、改革實踐教學模式和考核方式。重點突出教學內容優化、實驗內容設置及實驗模式的改革,為我校培養創新型應用人才奠定基礎。

一、優化課程教學內容

課程體系的優化是培養高素質工程技術人才的重要前提。“電路原理”是一門較成熟的專業基礎課程,筆者結合我校電氣工程及其自動化專業培養方向,從培養創新型應用人才的角度出發,對課程體系及內容安排進行了整合和優化?!半娐吩怼笔请姎夤こ碳捌渥詣踊瘜I一門重要的專業基礎課,有些內容會出現和后續課程重疊的現象,且教學要求和目的基本相同。例如“電路原理”均勻傳輸線部分與后續課程“工程電磁場”和“高電壓技術”內容有重疊,且“工程電磁場”和“高電壓技術”課程均勻傳輸線部分教學要求能滿足“電路原理”課程的要求;“電路原理”中電路的頻率響應內容和“自動控制原理”內容有重疊,且“自動控制原理”對這部分的要求比“電路原理”更具有深度。同時,我校電氣工程及其自動化專業“電路原理”課程,選用的教材是高等教育出版社出版邱關源主編的《電路》(第5版)。由于教材共有18章,內容多,授課課時緊張,教師在教學過程中就可以刪減這兩部分內容。有些教學內容雖然和后續課程有重疊,但是不同課程對教學內容的要求和側重點不同,教師應根據不同課程授課目的的差異,從不同角度和深度設置教學內容[2]。如在講授完三相電路之后,教師可以加入對儲能元件(電感、電容)知識的拓展部分。以電容章節教學為例,以往的教學經驗表明,學生對電容的認識僅是理論概念的記憶,對于法拉有多大、電容是不是絕緣體、電力電容和電子電容的區別并沒有感性認識。因此,對于電容部分教師應加強學生對電容單位、結構、作用、性質、在直流和交流作用下充放電的動態過程、在特定電路中功能的理解,尤其是加強學生對串聯電容和并聯電容功能的理解。由于“工程電磁場”和“電機學”自感、互感和鐵芯線圈對學生的知識學習要求較高,因此附錄A中的磁路和鐵芯線圈應加入教學安排。

二、加強電氣工程及其自動化專業需要的知識點的教學

針對我校電氣工程及其自動化專業的學生,教師在教學中應突出“系統”的概念,要求學生重點掌握儲能元件、正弦穩態電路的分析、一階電路和二階電路的時域分析、向量法、含有耦合電感的電路、三相電路等知識,并關注相關知識在電氣工程學科的要求,注重其在電力系統領域的應用。教師在授課時應引入電氣工程實例,使學生逐漸熟悉“電路原理”理論電路與實際電路之間的聯系,不斷培養學生從實際電路到理論電路建模的思維方法。例如,教師在講正弦穩態電路的分析時,可以搭建日光燈實際工作電路,通過講述日光燈工作原理[3],分析鎮流器在日光燈啟動和工作狀態時的作用,使學生理解電路狀態發生變化時電感在電路中的作用及感性負載提高功率因數的原理與方法。對于抽象、難以理解的概念,則采用Flash動畫使學生理解電路系統的動態特性。例如,講含有耦合電感的電路時,教師可以引入Flash動畫,學生可以更深入地理解電感分別通過磁路和電路耦合的原理。在講一階電路和二階電路時采用Flash動畫,使學生深入理解儲能元件電場(磁場)的建立過程及能量的流動過程。對于定理的證明,教師可以引入Mutisim仿真軟件進行演示,提高學生的學習興趣,如疊加定理、基爾霍夫定律的證明等。比如,在“電機學”“電力系統分析”和“電力系統繼電保護”課程中,經常提及阻抗的性質。教學經驗表明,許多學生沒有理解透徹。對于RLC串聯電路在復平面中,電阻是實部,電抗是虛部。電阻是阻抗向量在實軸上的投影,電抗是阻抗向量在虛軸上的投影,分為感抗和容抗,虛軸正向是感抗,反向是容抗,電抗等于感抗減去容抗,如果感抗大于容抗電抗呈感性,反之呈容性。在“電路原理”三相電路線電壓(電流)與相電壓(電流)關系中,只提到了如式(1)所示的關系,授課時教師沒有講解到線電壓(電流)是相電壓(電流)的一種線性變換形式,如式(2)所示。由于學生只建立了線電壓(電流)與相電壓(電流)的數值關系與相位關系,沒有建立線電壓(電流)與相電壓(電流)的線性變換關系,所以學生無法理解在電路結構和狀態發生變化時線電壓(電流)與相電壓(電流)的關系會發生變化。導致教師在“電力系統分析”講授對稱分量法時,在課后學生經常會問到正序電壓(電流)、負序電壓(電流)、零序電壓(電流)是什么,正序電壓(電流)、負序電壓(電流)、零序電壓(電流)的物理意義是什么。其無法理解正序電壓(電流)、負序電壓(電流)、零序電壓(電流)是三相電壓(電流)的一種線性變換形式。

三、電路實驗改革

我校電路原理實驗教學之前使用的是“電路原理”實驗箱,近年引入了Mutisim虛擬仿真實驗系統,具體實驗采用實驗箱和Mutisim虛擬仿真實驗系統結合的方法,教師依照多年教學經驗和“電路原理”教學規律編寫實驗指導書,學生在實驗指導書和實驗教師的指導下完成實驗,驗證電路功能。學校也開設部分設計性實驗,但只是動手連接電路,沒有體現創新能力的培養。由于模塊化的實驗箱中電路種類、數量和功能都是確定的,學生實驗時只是連接導線,沒有自主設計電路的環節,導致學生的實驗結果都是一樣的,所以在實驗數據和結果分析時沒有給學生提供思考和探索的空間,限制了學生的創新思維,不利于學生創新能力的培養[4]。利用Mutisim虛擬仿真實驗系統開設的實驗也是以驗證電路功能為主,沒有體現學生創新能力培養的環節。為滿足電氣工程及其自動化專業對“電路原理”實驗的要求,筆者認為可將“電氣測量”實驗室和“電路原理”實驗合并,并購置面包板、電抗器、電容器、互感器、變壓器、負載箱等電氣設備。在實驗前,教師依托“電氣測量”實驗室的設備加強學生實驗測量能力的訓練,實驗過程需要學生搭建所有實驗電路,使學生熟悉理論電路元件與實際電路的聯系,逐漸掌握電路系統的建模過程。同時增加設計性實驗內容,從實驗方案確定、實驗電路搭建、實驗數據采集與測量到實驗結果分析,學生全過程自主設計,以培養學生的創新能力。另外,學校還可以開設三相電路實驗,搭建實際三相電路模型,使學生掌握對稱負載、不對稱負載三相電路的實驗,理解中性線在不對稱負載電路中的作用;擴展一階電路和二階電路的實驗內容,使學生充分理解儲能元件在電路中的作用及儲能元件的動態特性。

四、考核方式改革

近年來,我校“電路原理”課程開展了慕課教學,教學效果得到了很大提升,考核方式也有了較大的改革,提高了學習過程評價在總評成績中的比例,試卷增加了基本原理的考核內容,增加了填空題比例。此外,針對電氣工程及其自動化專業“電路原理”課程,學校在現有考核方式的基礎上增加了“電路原理”課程總結和思維導圖,教師需要和學生交流各自的思維導圖,對思維導圖給出合理解釋與理解,并將思維導圖計入總評成績,使學生對“電路原理”知識得到系統理解。具體實踐中,“電路原理”課程的考核改革為“平時表現+期末測評+實踐”三個部分。平時表現占總成績的35%,其中,作業完成情況占5%、課堂討論占10%、課程總結及思維導圖占10%、學習態度等指標占10%;期末測評占總成績的35%,同時教師應注意在試卷中增加基本原理的考核內容,增加填空題比例;實踐考核占30%,教師通過電路仿真評價學生的操作技能水平。通過相對完善的考核,促進學生知識與能力同步提高。

五、結語

“電路原理”是電氣工程及其自動化專業第一門必修的專業基礎課,電氣工程學科許多基本概念都是從這門課開始建立的,再加上實踐性較強,學生學習難度大。隨著電氣工程新技術不斷出現,新工科對電氣工程及其自動化專業要求的不斷提高,對“電路原理”課程的要求也越來越高,我們應該利用新的教學手段、新的實驗模式、先進的實驗設備,積極研究和探索教學方法。通過對“電路原理”課程的改革,我校電氣工程及其自動化專業學生學習效果得到了改善,但仍存在一些問題,需要不斷地進行探討與完善。

參考文獻:

[1]劉耀年.電路[M].北京:中國電力出版社,2013.

[2]邵琳林.“電路原理”課程教學的改革與探索[J].科技資訊,2016(22):113-114.

[3]馬麗萍,徐健.“電路原理”課程教學改革研究與探索[J].教學研究,2018(10):86-87.

[4]謝麗萍,孝大宇,齊林.基于虛擬仿真技術的電路原理實驗教學改革研究[J].中國教育信息化,2018(22):67-69.

作者:李學生 單位:北方民族大學電氣信息工程學院

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