国外电气工程及其自动化范文

时间:2023-10-20 17:27:06

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国外电气工程及其自动化

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【摘要】电气工程及其自动化涉及电力电子技术,计算机技术,电机电器技术信息与网络控制技术,机电一体化技术等诸多领域,是一门综合性较强的学科,其主要特点是强弱电结合、机电结合、软硬件结合。目前,电气工程及其自动化作为电气信息领域的新兴学科,由于和人们的日常生活以及工业生产联系密切,已经获得了非常迅猛的发展,技术上也比较成熟,被广泛应用在工业建筑、国防、农业生产等各个领域。该文对我国电气工程及其自动化的发展现状进行分析,并提出意见,希望对我国电气工程的发展有一定的推动作用。

【关键词】电气工程 自动化 发展现状

当前,我国电气工程及其自动化已经取得了长足的发展,逐步实现了由多岛自动化向系统集成进行转变,新型的系统集成化的电气工程自动化成功实现了通道共用、功能互补、信息共享,弥补了多岛自动化的互不连接、功能单一和信息独享的不足。透过计算机的模拟操作,能够对电力系统的运行状况进行判断和监控,从而达到精密有效的控制。目前,PC技术和网络手段已经慢慢地渗透到工商管理中了,采用PC的入机界面可以灵活地、直观地掌握数据的动态运动。

一、我国电气工程及自动化发展现状

电气工程及其自动化在电力系统中的应用。电网调度自动化主要通过安全分析与对策提出(SA)、数据采集与安全监控(SCADA)和自动发电控制(AGC)与经济调度控制(EDC)三个手段来实现对电网安全经济运行调整。发电厂自动化系统主要包括了动力机械自动控制、自动发电量控制系统(AGC)和自动电压控制系统(AVC)系统。发电厂自动化系统能自动对发电厂进行自动检测、电能预估、调节、监视和管理,提高发电厂运行效率。变电站综合自动化系统的5个子系统包括控制系统、继电子保护系统,电压、无功综合控制子系统、通信子系统和低频减负荷控制及备用电源自动投入子系统。通过计算机硬件系统或者自动化装置,代替人工进行各种运行作业,提高变电站运行水平和管理水平的自动化系统。配电系统自动化的主要功能是降低电网的损耗、监控配电网的运行状况、优化配电网的运行方式、提高配电网设备自身的可靠性运行能力,以及减轻了运行人员的劳动强度和维护费用。

我国电气自动化形成了平台开放式的发展模式。个人计算机的发展逐渐改变了人们原有的生活方式。但是个人计算机系统不仅仅对人民的生活方式进行了改造,在社会生产层面也产生了重要的作用。基于个人计算机系统的技术,电气自动化领域对于操作系统进行了进一步的改进,系统操作界面更加灵活。

目前,企业对实施生产线电气自动化的方式主要在原有的测控仪表内部插入相关电子微处理器,经过插入电子芯片处理器的测控仪器表就能够对数据进行计算和运输。不同的设备生产厂家对设备内部精密信息的处理各不相同,这就导致了不同的设备由于各自标准不一而无法进行信息的交流和共享。为了妥善解决这一问题,开放式平台发展模式应运而生。

电子技术与机械生产相结合。目前,我国的电气自动化普遍应用于企业生产流水线,对生产所用的机械设备进行精密的控制,并对生产过程中的相关数据进行精确的记录。由于电子技术具有人力操作不可比拟的优越性,越来越多的企业将其余机械生产相结合,目的在于提高机械产品的优越性。应用电子技术的机械设备在生产产品的质量、技术指导等方面远远超过了传统的人力操作机械。

二、未来我国电气工程及其自动化发展方向

虽然我国在电气工程自动化领域已经取得了长足的发展和进步,但相比于起步早、技术较为成熟的国外电气自动化技术,我国的电气工程化的发展还处于相对落后的阶段,特别是部分高端核心技g还掌握在欧美发达国家的手中。所以,我国的电气工程及其自动化技术未来的发展方向还是要集中在技术的研发上。掌握研发技术的核心部分,实现知识产权的自主化。

提高科研人员和操作人员的整体素质。科学技术的发展离不开人,只有拥有一支优秀的科研队伍,才能保证我国的电气工程及其自动化技术在世界竞争的浪潮中立于不败之地。操作人员的技术水平也是影响电气自动化设备正常运行的关键。部分操作人员由于没有经过专业的技术培训,对电气自动化的设备使用不当,在一定程度上也制约了我国电气工程及其自动化技术的发展。

实现数字化与自动化的有机结合。电气自动化和信息技术的结合所产生的典型代表形式为数字化技术。这是一种富含自动化创新经验,并且有效实现信息动态、高分辨率表现的重要措施。将这些信息与地球空间信息整合,建立一个科学精确的数字化地球,将各种信息存储在计算机系统内,与网络有机结合。

电气自动化系统结构通用化。电气的自动化系统结构自身的通用性,对于一个高稳定性的电气自动化的控制系统来说是极为重要的,极大地保障了企业网络结构内的计算机监控系统、计算机控制系统、企业管理系统这几者之间的数据传输工作的通畅性。企业内部的管理层人员也可以通过外界互联网,对实地的生产设备现状进行监督。在对自动化系统进行网络规划的过程中,要充分地保证与整个自动化生产线处在一个系统的通讯范围内。

三、结论

当前,我国电气工程及其自动化已经取得了长足的发展,逐步实现了由多岛自动化向系统集成进行转变,但和发达国家相比,在技术上仍有不成熟的地方。电气工程及其自动化的应用范围不再局限于单纯的电力工程系统体系,而是更加广泛地融入人类生产活动中。例如企业的综合性自动化系统、交通控制自动化系统、经济管理自动化控制系统都将投入运行中。自动化将在更大程度上匹配当今社会飞快发展的速度,在最大程度上实现拟人化。

参考文献:

[1]张军,李楠.浅谈电气控制系统(RcS)的应用和发展[J].自动化博览,2004,(6).

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【关键词】电力系统分析 教学方法 实践经验

【中图分类号】G420 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2015)09-0230-01

电力系统分析课程是各高等院校电气工程及其自动化专业的核心专业课程,是该专业学生知识体系的重要组成部分,同时也是该专业学生毕业后工作或深造的必修课程。但是,对于电力系统分析课程而言,该课程涉及的知识面广,对电路原理、电机学、电力电子技术等先修课程的要求较高,同时,近年来世界范围内智能电网技术发展迅猛,各种新技术层出不穷,这些因素都给课程体系的优化设计提出了更高的要求。要求该课程在有限的课时内,基于多门先修课程的基础知识,系统讲授电力系统静态分析方法,并结合新兴技术提高学生学习兴趣与专业技能。

1教材的选择

1.1国外经典教材

现代电力系统分析与控制起源于国外,国外的电力系统研究者和教学工作者在几十年的发展过程中积累了大量的宝贵经验,也出版了多本经典教材,如Robert H. Miller等编著的《Power System Operation》、Turan Gonen编著的《Modern Power System Analysis》、Prabha Kundur编著的《Power System Stability and Con?鄄trol》等。这些教材对电力系统分析的理论讲解透彻,深入浅出,且经过几十年时间的检验,其教学价值得到广泛的认可。

虽然国内外电力系统分析的基本原理是相同的,但是由于电力系统运行机制的不同,国外教材对培养我国电力系统人才具有一定的局限性。此外,由于电力系统分析课程主要针对本科二、三年级的学生,完全使用国外经典教材进行双语或全英授课难度较大。

1.2国内经典教材

国内的高校虽然较国外高校而言在现代电力系统分析领域的教学起步较晚、差距较大,但是近年来在国家政策的大力扶持下,取得了快速的发展。同时,也形成了几本优秀的教材,如东南大学陈衍编著的《电力系统稳态分析》、华中科技大学何仰赞等编著的《电力系统分析》、四川大学刘天琪等编著的《电力系统分析理论》等。这些教材从简单知识入手,由浅入深,分析透彻,自成体系。

针对国内本科电力系统分析教学的现状,可以选择国内出版的讲解清晰、全面的教材为主线,并以国外经典教材为辅助。

2.教学方法的改进

电力系统分析课程作为电气工程及其自动化专业核心课程,对电路原理、电机学等基础先修课程的要求较高,且由于电力系统设备大多属于高压设备,对实验室资金投入的要求较高,国内只有少数几所高校具备开展电力系统动模实验的条件。如果仅仅按照教材照本宣科,学生很难深入理解和掌握相关领域的知识。因此,在理论教学实践中,穿插教材中所缺乏的仿真实验,并结合生活实际经验讲解相关原理,可以更好地帮助学生掌握理论知识。

2.1计算机仿真辅助教学

MATPOWER是一款基于MATLAB的开源电力系统仿真软件,具有操作简单、运行结果可靠等优点,可以满足一般电力系统计算和分析的需要,进行简单讲解后学生即可独立操作,作为对理论教学的辅助。

例如,在电力系统电压调整章节,根据如图1所示的电压调整原理图,得到如式(1)所示的电压调整关系式,进而得出电压调整的四种措施:即改变发电机机端电压、改变变压器变比、改变负荷功率分布和改变网络参数。

图1 电压调整原理图

Vi=VGk1-■k2 (1)

但是,按部就班的理论推导难免枯燥和抽象,通过MATPOWER仿真软件,可以简单地通过修改相应系统参数,经过潮流计算后便可直观地观察节点电压的变化情况,加深学生对知识的理解与记忆。

总的来说,MATPOWER是一款可以在Windows环境下方便使用的开源电力系统仿真软件,可以方便地应用于课堂教学演示或课后仿真实验。

2.2理论与实践相结合教学

电力系统分析课程具有概念多、抽象和难以理解的特点,学生普遍反映所学知识与实际生活经验较难结合,教学内容较为枯燥等问题。因此,在教学实践中应努力将理论与实践相结合,让学生学得有兴趣,学以致用。

例如,在讲解“断路器”这一常用电力设备时,如仅仅从其灭弧的原理和作用角度进行讲解,往往得不到较好的教学效果。因此,作者在教学实践中尝试首先从电网电弧入手,讲解电力系统中灭弧的重要性;然后,从生活中“断电几秒自动恢复”的现象,引入“自动重合闸”的介绍;最后,从电网操作安全的角度,讲解“断路器”和“隔离开关”之间的区别与联系,以及电网检修过程中两者的操作顺序。实践表明,通过以上教学方法的应用,学生概念掌握清晰,且记忆深刻,取得了较好的教学效果。

此外,还可以用生动活泼的表达方式,激发学生学习的兴趣。例如,电压调整的方法大多是通过增加或减少无功功率的供给来达到调压的目的,但是改变变压器变比的方法是一个例外,因为其本身并不产生或消耗无功功率。如仅仅从改变变压器变比进行调压原理的角度进行讲解,说明该调压方式只适用于电网局部调压的局限性,学生理解较为困难,记忆不深刻。因此,作者采用“我不生产无功,我只是无功的搬运工”这一描述,阐述改变变压器变比的调压原理,可有效激发学生兴趣,加强记忆。

3.结束语

近年来,借助我国建设坚强智能电网的大背景,我国高校电力系统及其自动化专业的人才培养工作取得了快速发展。本文积极探索提高电力系统分析课程教学效果的教学方法,从教材的选择和教学方法的改进两个角度进行了较为详尽的探讨。作者所做的这些努力,在实践中获得了学生的普遍认可,同时也希望这些经验与方法可以为兄弟院校相关专业的教学提供参考和借鉴。

参考文献:

[1]黄肇, 黄满花, 罗庆跃. “电力系统分析”课程教学模式的研究与实践[J]. 中国电力教育, 2010, 28: 47.

[2]陈国平, 王楠, 简献忠. 数字集成电路设计教学方法探讨课程教育研究[J]. 课程教育研究, 2014, 12: 214.

[3]张静.浅析MATLAB/Simulink建模与仿真在电力系统分析教学中的应用[J]. 2014, 35: 218-219.

[4]冯宇.基于MATLAB的《电力系统分析》教学研究[J]. 教育教学论坛, 2013, 27: 73-74.

[5]吴晓华.浅谈兴趣教学在电工电子课程教学中的应用[J]. 中国教育技术装备, 2013, 30: 96.

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关键词 机械工程 核心课程 交叉渗透 知识孤岛

中图分类号:G642 文献标识码:A

Cross Penetration of Core Courses in Mechanical Engineering Series

DU Liuqing

(College of Mechanical Engineering, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054)

Abstract Integrated application of mechanical engineering technology is playing an increasingly important role. Knowledge of Mechanical Engineering Series core curriculum cross penetration, teaching across the curriculum can solve the problem of varying pace, eliminating the "knowledge island" phenomenon, to help students develop a complete knowledge system. Meanwhile, a number of issues raised cross-penetration study core courses must be noted.

Key words mechanical engineering; core courses; cross penetration; Knowledge Island

1 工业自动化的集成综合发展对机械工程领域人才培养提出了更高的要求

随着计算机、微电子、自动控制等技术的发展,工业自动化正向集成综合自动化过渡,机械工程技术的综合应用正起着越来越重要的作用。机械工程的发展已经进入一个新的阶段,其概念和体系已经涵盖了信息处理技术、自动控制技术、系统工程理论、计算机技术和现代设计方法等知识的高度综合交叉。

机械制造业是工业自动化的重点,机械设计制造及其自动化专业是本科院校常设的主要专业,其培养的学生毕业后相当一部分将直接面向工厂、面向车间、面向机械工程应用与设计的现代化主战场。机械工程领域的技术复杂性和涉及知识的交叉性,使得市场需求对未来就业者的知识结构、综合素质能力提出了更高要求,制造业对具有厚机械基础、宽专业口径,同时实践能力和适应能力强的复合型人才的需求很大,这给我们的教学工作带来了严峻的挑战和切实的机遇。

2 国内外高校机械工程类专业课程设置及其教学现状

基于机械工程类专业平台,能灵活应对该领域技术复杂性和涉及知识交叉性的人才培养模式及教学体系,国内相关专门研究及实践均较少。国外在这方面的研究目前主要有美国大学提出的“本科整体知识观”,其强调大学课程的完整性,各课程之间应构成一个相互关联的统一知识体系,使本科教育内容尽可能系统、连贯并形成一个整体,并正成为美国21世纪大学教学改革的发展趋向。日本机械类课程比较注重应用性和广泛性,着眼于与实际工程应用和工程设计的联系,扩大机械相关知识的学习。德国的工科类高校则比较注重理论课程与实践教学的衔接,注重对复合型人才的培养。这些都是值得我们借鉴的经验。国内,吉林大学针对会计学专业课程进行过知识交叉性的研究。

国内高校机械工程类专业的人才培养方案,基本都按照“厚基础,宽口径,注重实践环节”的原则设置,不可避免地出现理论课程压缩的问题,又进一步限制了学生学习和发展的空间。因此,培养适应社会需求的复合型机械人才,建立合理的专业知识培养框架知识体系,更重要是培养学生的自学能力,在实践中能灵活分析和解决问题,从而将高等教育的阶段性教育转化为终身教育,是目前国内高校亟需研究的问题,也是国外机械工程类高等教育研究的热点。

机械工程类人才培养模式一般采用基础课、专业基础课和专业课构成的三段式框架,基于这一框架,由主干课构成机械类人才培养的主要知识系统,由其他课程构成关联知识系统和辅助知识系统。通过近几年来调研国内外众多高校的机械类专业人才培养方案及其教学现状发现,目前在机械类专业人才培养体系的课程设置及教学过程中,主要存在以下问题:

(1)相同的知识和内容,在诸多门课程中重复出现和重复讲解的现象,即各专业课程间存在知识的交叉与渗透问题。各课程教学体系在知识的呈现和表述上各自为政,出现“你唱你的,我说我的”步调不一致现象,教学的广度和深度取决于教师对教学大纲、课程的理解和对学生的了解,而不是来自社会对人才的需求。这样一来,在其他专业课或专业基础课中已经讲授过的知识和内容,在教学中重复出现,不仅浪费了教学资源、教学时间和教师的劳动,同时也收不到应有的教学效果。特别是在中、后期的教学实践中,专业课程间的交叉与渗透出现的频率更高。

(2)不合理的课程交叉点设置打断了完整的“教”与“学”的链条。具有先后知识衔接关系的课程可能同时进行甚至错位安置,使得本应实现的拓宽同期课程学习、印证前期课程学习、为后续课程打下教学衔接基础的完整教学链条被打断,学生难以建立完整系统的专业知识体系。尤其在工科教学中尤为重要的实验教学环节,在一些高校纷纷实施的“开放型实验”模式教学改革过程中,对培养创新能力和实践能力,并对理论课程进行验证学习的实验环节与理论学习环节存在着更为严重的脱节现象。

(3)各课程独成体系,缺乏连接能力,课程与课程之间的衔接存在诸多知识“孤岛”,不能使学生建立完整的机械工程知识体系,进入社会后适应能力差。忽视课程之间的衔接关系,各自为政的教学模式使得有些知识支离破碎、关联松散,学生的整体知识体系构建过程受到影响,掌握的知识具有片面性。学生毕业进入企业后,由于遇到的实际工程问题通常是隐性的,无法再像课堂学习一样,根据已知条件和固有步骤就可得到答案,加上新的科学技术成果大量应用于生产实际,设备的复杂性和涉及知识的交叉性大大提高,知识“孤岛”缺乏连接,导致学生“只见树木,不见森林”,难以应对在将来工作中出现的新问题,适应力差。这也是美国一些高校失败的教训,我们应当注意。

3 实施机械工程系列核心课程交叉渗透研究需注意的问题

(1)工业自动化集成综合发展形势下,机械工程人才培养模式、课程体系与社会对人才需求之间的关联关系与契合程度。机械设计制造及其自动化专业的人才培养目标为具有宽厚的现代机械工程及自动化理论基础和较强的工程意识、实践能力及创新精神,能在机械工程及自动化领域从事设计、制造、技术开发、科学研究、生产组织和管理等方面工作的高素质应用型高级专门人才。视野开阔、具有灵活应对机械工程领域复杂技术和涉及交叉知识的能力、社会适应性强的专业人才才能适应工业自动化的集成综合发展。机械类专业的人才培养方案及课程体系,就必须具有完整性和连贯性,注重学生知识结构的平衡,建立起结构紧密、整合的本科课程体系。

(2)探索可行的教改模式,机械工程系列核心课程间的交叉渗透,促成知识和技能的灵活迁移与紧密联系。在现有各课程体系各自为政的情况下,研究如何创设一种类似于学术(或科研)研究的情景,协调机械工程系列核心课程的交叉与渗透,在教学中加以引导,推陈出新、举一反三,促使学生在学习的过程中加强知识与技能的迁移和练习,培养学生自主独立地发现问题,运用实验、操作、搜集与处理信息等探索活动,达到知识、技能、态度的发展,特别是探索精神和创新能力发展。

(3)基于机械工程系列核心课程交叉渗透平台下各课程的具体教学体系、知识体系、教材体系、实验体系,研究各课程具体的教学广度与深度。需注意机械工程领域知识复杂性与交叉性背景下,人才培养方案的适应性修订或调整;解决专业平台下课程之间的知识交叉渗透问题的同时,需注意衔接课程教学的深度与广度问题。

同时,需注意在教学过程中,创设一种类似于学术(或科研)研究的情景,利用机械设计制造及其自动化专业核心课程的交叉渗透,增强学生对其他课程乃至整个专业知识体系的关注度和信赖感,培养其大机械工程的视野和主动学习能力。

4 总结

通过研究机械工程系列核心课程的交叉衔接关系,可完善机械设计制造及其自动化专业核心课程群逻辑上的一致性与连贯性,消除现有教学体制下课程间的重复或“孤岛”。同时,帮助学生建立机械设计制造及其自动化专业整体知识体系,使其面对机械工程领域实际问题能融会贯通、相互促进、多角度思考以及综合判断,提高他们的竞争能力和生存能力,变阶段性教育为终身教育。

基金项目:重庆市高等教育教学改革研究重大项目“以培养学生工程设计能力为目标的机械工程系列核心课程教学改革研究与实践(09-1-005)”;重庆理工大学高等教育教学改革研究项目“机械工程系列核心课程交叉渗透的研究与实践(2012010)”

参考文献

[1] 魏晓东,宋远航,姜思政,罗佳滨,宋汉君.综合性大学医学教育课程交叉渗透融合的研究与对策[J].中华医学教育杂志,2004.10(5):14-16.

[2] 吴威名.会计学专业课程间交叉渗透的研究与实践[J].白城师范学院学报,2005.19(2):97-99.

[3] 唐杰,云建军,王兆明.关于课程间交叉渗透问题的分析[J].长春大学学报,2006.16(3):98-100.

[4] 任星星,张正义.美国整体知识观视野下的大学课程改革及启示[J].山西煤炭管理干部学院学报,2008.21(3):108-110.

[5] 吕孟仁.美国大学的本科教育及启示[J].吉林财税高等专科学校学报,2010.26(2):85-91,105.

[6] 舒宏,胡清泥,高菲.中日机械制图教材的比较及对教学改革的启示[J].工程图学学报,2010.31(4):166-171.

篇4

关键词:电路;教材;改革

中图分类号:G642 ; ; ; ; ;文献标识码:A ; ; ; ; ;文章编号:1007-0079(2014)17-0058-02

一本好的教材是提高教学质量最关键的因素之一。“电路”课程是电气工程及其自动化专业的一门非常重要的专业基础课,是一门理论性和实践性均很强的课程。通过该课程的学习,要求学生能掌握基本的电路理论,能灵活运用所学基本知识,分析和解决实际电路问题。要达到这样的目的,就必须有一本好的电路教材,目前我国电路课程优秀教材有很多,如著名的电路专家邱关源、李翰荪教授等编写的教材在各个高校得到了广泛的应用。但由于各种版本的教材要考虑在各个学校的通用性、普适性,以及教材使用时间较长等原因,普遍存在重理论分析、轻实践应用,以及知识更新慢等现象,随着现代电路技术的日新月异,各种新的设计方法和理念也随之出现,一些旧的分析方法和手段被逐渐取代,为此该课程教材也应做出相应的改进与完善。本文结合目前电路课程教材使用现状及笔者的教学实践经历,对如何改进该课程教材质量做了初步分析与探索。

一、目前电路课程教材使用现状

目前电路课程的教材有很多,其中使用较多的主要有邱关源教授等主编的《电路》、李翰荪教授等主编的《电路分析基础》等教材,但这些教材普遍存在重理论分析、轻实践应用,以及知识更新慢等现象,本文对比中外电路课程教材使用现状,提出了我国电路课程教材主要存在以下三个方面的问题:

第一,我国教材普遍存在重理论分析、轻实践应用的现象。在教材内容上,我国电路教材更倾向于讲解电路的基本原理、分析计算,如基尔霍夫定理、戴维宁定理、回路电流法等,这些内容对加强学生对电路的分析理解很有帮助,但却忽视或弱化了这些定理的实际应用,学生在学完这些定理后,对其实际应用感受不深;但目前在国外的教材中已加入了大量的工程实例,也更加注重理论联系实际,如F.Ulaby教授等主编出版的《Circuits》引入了当代电路的基本元件和现代电路分析方法,使用了大量的工程实例、数值仿真软硬件;相比而言,我国教材在实际应用方面还比较欠缺,对于理论与实际的结合还比较少,导致我国学生在实际应用方面能力偏弱,应在将来的教材改革方面重点加入相关的实际应用内容。

第二,一般而言,教材上的知识总是滞后于技术,但这种滞后时间不能太长,否则将会阻碍学生的发展。在我国,教材的编写、发行是一个漫长的过程,一个版本的教材往往要使用好几年时间,而且为了保证教材在各个学校的通用性,作者在编写教材时通常选择通用性、基础性的知识点,无法或很少加入最新的研究动态,对教材内容的随时更新更无从谈起。同时,各个学校的专业特色有所不同,这类教材无法加入其专业特色方面的知识点。而发达国家的大学老师能更便利地从科研单位、企业掌握最新的科技动态,几乎每年都会在自己使用的教材中加入最新的研究成果,使学生能掌握最新的科技前沿,了解目前的电路科技发展趋势,毕业后能更好地融于现代电路的潮流中。但在我国由于教师本身的科研水平参差不齐、学校对于教学的各种限制、发达国家对我国的技术封锁、教学学时较少等原因,教师很少在教学中加入最新的技术,即使加入这些最新的技术也只是简单的介绍,使学生缺乏对现代电路技术的有效了解。

第三,现代电路的设计思路已发生了很大改变,基本元器件及其设计结构也发生了根本性的变化,实际电路也不再是由电阻、电感、电容等分立元件构成的简单电路,数字电路、集成电路以及计算机辅助分析在现代电路中得到了广泛的应用,但目前我国的教材还是局限于这些电阻、电感、电容等基本的元器件组成的电路,还是采用列方程求解的陈旧分析方法,没有将现代电路的设计理念和先进的计算机分析计算方法引入电路教材中,使教材与现代电路的知识有些脱节;而在国外的教材中,已大量将电路和电子技术结合起来,针对现代电路的发展趋势,将非线性、时变、有源等加入了电路教材中,如A. Agarwal等主编的《foundations of Analog and Digital Electronic Circuits》全面引入了MOS场效应管,并对模拟和数值电路进行了基础分析,使电路和电子学的基本元件有机结合起来,更好地适应现代电路技术的发展。

为了使培养的学生能紧跟世界电路发展的科技潮流,针对目前国内外电路教材上的差异,必须对现有电路教材的不足进行改进,促进我国电路教材的改革与完善。

二、改进措施

针对目前电路课程教材使用现状和不足,本文认为应该采取如下几点措施促进电路课程教材改革:

1.对电路教材内容重新定位

电路是一门理论性很强的课程,但同时也是一门实践性很强的课程,但目前在教学中老师普遍更侧重对电路原理的分析,主要是给学生讲解怎样去分析电路、列方程式求解,容易使学生误以为列方程式就可以解决电路所有问题。同时,现代电路的设计思路已发生很大改变,现代电路的基本元件及其结构也发生了根本性的变化,实际电路也不再是由电阻、电感、电容等分立元件构成的简单电路,数字电路、集成电路以及计算机辅助分析得到了广泛的应用,在教学过程中应加强这些方面的介绍,与之对应的也应该对教材内容进行重新定位,加强对现代电路分析方法、设计理念的介绍,淘汰或精简一些陈旧的内容,引入新的设计方法和分析方法。将电路课程重新定位到理论与实践并重,普通元器件与现代数字、集成电路元器件并重,传统分析方法与现代计算机辅助分析方法并重,使电路课程的知识面更广,更具有时代特色。

2.对教材内容进行合理组织

各个高校电路课程的教学课时在不停地减少,而教材上需要讲解的内容很多,在这种形势下,笔者认为应该对教材的内容进行精简,合理组织。比如电路分析方法这一部分,在教材中涉及到了支路电流法、网孔电流法、回路电流法、结点电压法四种方法,这些都只是对电路的不同分析求解方法,各有各的优缺点,在教材的编写上可以将这些方法进行更合理的组织,先进行统一介绍,分析各自的适用条件及其优缺点,然后选取一些典型的例题进行应用,让学生能学会针对不同的电路选取最优的求解方法。课后习题也没有必要要求学生应用指定的方法求解,缩减课后习题量,只要学生能灵活应用这些方法求解就行。对教材内容进行重新编排、合理组织,不要片面地追求让学生掌握所有的方法,要侧重于让学生灵活掌握,能选择最优方法即可。

3.在理论知识后面加入更多的实际应用电路

理论必须与实践相结合,目前学生普遍存在动手能力差的现象,究其原因还是教材太偏向理论,学生对实际应用缺乏了解。目前的电路教材大多偏向理论的分析,忽视或弱化了电路的实际应用。有些老师在教学中经常认为,只有学生掌握了基本的理论知识,才能进行实际的应用。这种观点没错,但却忽视了理论与实际的有机结合,忽视了学生学习各门课程的时间差异,当他们学习实践方面的课程时有可能已经忘了所学理论知识,使理论与实践脱节。笔者认为在教材的编写中,应更多地加入一些实际电路,在讲完理论之后,接着就分析一些实际电路,让学生能立刻知道所学电路原理的应用,同时通过实际电路的分析也能进一步巩固所学理论知识。正如目前国外的各种电路教材中都已加入了大量的工程实例,使学生在学习理论的同时大量接触实际例子,理论能和实践更好地结合,学生也能更快地融入真实的电路设计、制作与应用中,起到提高学生动手能力的作用,增强学生的国际竞争力。

4.引进先进的电路技术,加快教材内容更新速度

相比国外教材的更新速度,我国教材的更新较慢。发达国家的大学老师能更方便地从科研单位、企业掌握最新的科技动态,几乎每年都会在自己使用的教材中加入最新的研究成果,使学生能掌握最新的科技前沿,了解目前电路的发展趋势;但在我国,教材的编写、发行是一个漫长的过程,一个版本的教材往往要使用好几年时间,而且为了保证教材在各个学校的通用性,编者在编写教材时通常只会选择通用性的知识点,无法或很少加入最新的研究动态,对教材内容的随时更新更无从谈起;而且由于我国教师本身的科研水平参差不齐、学校对于教学的各种限制、发达国家对我国的技术封锁等原因,教师很少能在教学中加入最新的技术,即使加入这些最新的技术也只是简单的介绍,使学生缺乏对现代电路技术的有效了解。笔者认为应该改变这种局面,加快教材的发行更新,鼓励有能力的老师自编教材,并结合自己学校的专业特色,在电路基本理论的基础上,将最新的电路理论、科技动态等新知识加进教材,使学生能掌握最新的电路技术,紧跟时展趋势,不至于等学生学完电路课程后发现所学的已经跟不上现代电路科技。

5.变革实验教材内容,改进实验方法

作为教材的一部分,实验教材的改进也尤为重要。实验是电路教学很重要的一个环节,但目前很多学校普遍都采用实验教学平台进行一些简单的验证性实验,如戴维宁定理的验证等;实验教材也采用与实验平台配套的实验指导书,这极大地方便了学生实验的便利性,但却弱化了对学生实际动手能力的培养。针对这种现象,笔者建议对实验教材和设备进行改革,在基本实验的基础上更侧重加入一些应用型实验,在教材内容上引导学生按照现代电路设计的要求,自己动手设计并制作电路,而不是简单地在实验教学平台上去插线、接线,这样可以让学生对元器件、实际电路的设计与制作都有更深的认识,为将来的工作打下基础,切实增强学生实际动手能力的培养。

三、结语

要建设世界一流的大学,提高教学质量是关键,而要提高教学质量,教材的改革必须先行。作为电气专业核心基础课的电路教材,也应适应时代的发展,做出相应的改进与完善,对教材内容进行不断更新,更多地介绍现代电路元器件和工程实例,精简或淘汰一些过时的内容,引进国内外最新的电路知识和设计思路,使教材能更好地体现现代电路的发展动态和趋势,让学生能更好地顺应时代的发展,在学习理论的同时切实提高学生的实际动手能力。

参考文献:

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