工程教育认证背景下大学电路分析课程改革的研究

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  【摘 要】我国的工程教育认证工作已经普遍开展起来。在这样的大背景下,《电路分析基础》作为电子信息类专业的重要专业基础课,需要通过课程改革适应工程教育专业认证的需求,为国家和社会培养更多的高层次专业人才。本文探讨了该课程教学中的一些典型问题,并提出了面向工程教育的课程改革思路。
  【关键词】工程教育认证 电路分析基础 课程改革
  前言
  国际工程教育认证制度,是为了通过协定内容建立完善的工程教育认证制度,使一国大学课程教育学历能够得到其他国家的认可,以迈向下程教育的同际化[1]。1989年美国、英国、加拿大、爱尔兰、澳大利亚和新西兰等国家的6个工程组织正式签署了关于相互承认已认证工程专业点的华盛顿协议(Washington Accord)。该协议是国际教育工程认证中最广泛最重要的协议。
  在我国,教育部于2006年3月正式成立工程教育专业认证专家委员会,部分工程教育专业的认证试点工作开始进行。2009年国际工程教育大会在北京召开,工程教育专业认证是这次大会的一个重要主题,目前我国有关部门正在努力争取加入《华盛顿协议》,以提高我国工程教育水平[1]。截至2011年,可进行认证的工程专业数量已从4个增加到10个。
  教育部工程教育专业认证专家委员会在2011年颁布的工程教育专业认证试行标准,对机械、化工、电子信息等10大类工程专业进行了详细的认证标准规定[4]。这些标准涵盖整个培养过程的各个方面,包括专业目标、课程体系、师资队伍、支持条件、学生发展、管理制度、质量评价、专业特殊要求等等。对于电子信息类专业,该标准给出了详细的专业分类以及每个细分专业的具体要求进行了规定。其中电路理论课,包含直流电路、正弦交流电路、一阶和二阶动态电路、电路的频率分析、电网络矩阵分析、分布参数电路等内容,是重要的工程基础类课程。在多数高等院校中,承担这部分教学内容的课程是《电路分析基础》。如何结合该课程目前存在的一些问题,以工程教育为目标进行课程改革,是本文讨论的重点。
  一、电路分析课程现状与问题
  《电路分析基础》是大学电类专业的入门基础课。适合于电类各专业。本课程的目的是通过对电路基本理论和电路分析方法的学习,培养学生扎实的电路分析能力。本课程的任务是使学生掌握电路的基本理论、基本分析方法;通过相关实验使学生得到实验技能的基本训练;为后续课程的学习准备必要的电路理论知识和分析方法。工程教育的核心是培养合格的高层次工程技术人员,从这个要求的角度看,目前我们的电路分析课程普遍存在与实践脱节的问题,学生不能深入理解电路分析的内在思路并应用到实际工程实践中。
  在我国,由于大学生在高中阶段普遍具有比较扎实的物理和数学基础,因此从表面上看,电路分析课程的部分内容与高中物理有一定的重复关系,换句话说,基础较好的学生在初涉电路分析课程时,会觉得很容易,几乎不需要努力学习或是认真思考。这种印象具有很大的蒙蔽性,导致很多学生没能在课程初期正确的接收电路分析中的一些基本思路,而仍然用高中物理中以欧姆定律为基础形成的思维习惯去看待和分析电路。殊不知欧姆定律在电路分析中已经不是一个根本定律,而是一种器件的属性而已。有一部分学生在高中或大学一年级阶段参与了很多课外科技实践活动,其中很多与电子电路有关。这些学生中轻视电路分析的现象更加明显。很多人觉得电子电路只是一种实际的经验型搭建而不需要更多的理论指导。这样的思维误区影响了部分学生对电路分析思想精髓的吸收以及对后续知识的理解和掌握。
  与之对应的另一个现象是,在笔者辅导大学四年级毕业设计或者研究生课题时,可以发现相当一部分学生并没能掌握电路分析课程中的一些基本概念。例如设计一个采集电路时,很少有人能够真正正确计算电路的输入阻抗。换句话说,电路分析课程中强调的各种电路分析方法和思路并没能被学生消化吸收并应用到工程实践中。这从一个侧面反映了目前的电路分析课程建设并不满足工程教育背景下对学生实践能力和工程素养培养的要求。如何通过调整教学内容和教学方法来改善这种局面,成为了电路分析教学在工程教育认证背景下面临的首要改革问题。
  二、电路分析课程改革的思考
  针对前述的问题,电路分析课程改革可以从以下几个方面着手:
  (一)加强理论教学与实验的联系
  目前,很多学校的电路分析理论课与电路分析课程实验处在互相分立的状态,虽然实验内容与理论课内容具有较好的呼应关系,但是并没有将实验内容完整的融合到理论教学中。同时,实验内容一般以理论课附庸的形式出现,做实验的目的是让学生重复理论课中已经学到的知识或者对已有知识进行一次验证。如何能够将实验与理论课更加彻底的结合,以实验带动理论,则可以有效的帮助学生理解电路分析的思想精髓并将各种抽象电路理论与实际物理过程和感官认识建立联系。例如,针对某些关键概念,可以先做实验,获取基本的实现现象后理论课程再跟进和分析。
  (二)对电路分析实验课进行工程化改造
  目前的电路分析试验课程以复现电路分析的概念和过程为主,很多具体的实验设置和环境与工程实际相差较远,我们不妨可以考虑增加一些更加实践型的环节,例如对某些实际电器进行特性测试和建模,使得实验内容更加贴近工程教育的需求。
  (三)对课程内容进行简化和扩展
  对电路分析课程内容简化和扩展的目的是为了更好的适应当前的实际工程技术现状和趋势。例如,计算机仿真分析已经在电路设计和分析中非常普及,因此,理论课程应当在强调电路的两类约束(拓扑约束和原件约束)的基础上,适当淡化网孔法、节点法等具体求解方法的叙述,至少不必将某些分析方法作为基本公式要求学生记忆。还有一些内容,例如二阶电路的谐振,实际上是系统频率响应的特殊情况,在信号与系统课程中会更完整的分析,同时在具备拉普拉斯变换等更高级知识后会更容易理解,在本课程中完全可以以介绍或者例子的方式带过。在简化已有内容的同时,还应该增加一些与工程实际结合更紧密的扩展内容,例如大量引入各种实际电路作为例题和作业。考虑到学生都有较好的高中物理学和数学基础,将一些实际电路的建模过程引入到课堂教学是完全可行的。
  (四)贯通电路分析和模拟电路课程
  电路分析与模拟电路这两门课程在内容上是紧密衔接的,传统的电子信息类专业为了强调课程的重要性和合理分配课时,都将这两部分作为两门独立的课程,授课时间、讲课教师以及教材的互相独立在事实上造成了两部分内容的衔接存在一定问题。学生在学电路分析时,不知道这些知识该怎么用,再学模电时,确有不知道去用电路分析的知识。如果能够对两门课程进行精简和融合,形成一门综合的电路课程,则可以很好地解决以上问题,更加有效地满足工程专业教育的需求。
  三、结论
  在工程教育认证背景下,电路分析课程内容和教学方法与工程教育要求存在一定的脱节,可以从加强实验、指定工程化实验内容、课程内容简化扩展以及与模拟电路课程贯通的各个方面进行课程改革,以解决前述问题,满足工程教育认证的要求。
  【参考文献】
  [1]毕家驹. 走华盛顿协议之路[J]. 高教发展与评估, 2005(6):38—42.
  [2]孙慧, 夏建国. 国际工程教育认证及其对我国高等教育改革的启示[J]. 职教论坛, 2010(7):34—35.
  [3]张学洪,张军曾, 鸿鹄. 工程教育认证制度背景下的环境工程专业本科教学改革启示[J].中国大学教学,2011(6):37—39.
  [4]全国工程教育专业认证专家委员会秘书处.工程教育专业认证标准(试行),2011.
  [5]李瀚荪.电路分析基础(第4版).北京:高等教育出版社,2006.
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