【摘要】帮写论文高等教育“十五”国家级规划教材《电工电子学》一书采用了模块化的全新教学体系,本文详细介绍了该教材教学模块的设计思想和模块内的基础内容、应用内容及时新内容的安排,并阐述了教材的特点和使用情况。
【关键词】电工电子学;教材;体系
1 编写背景
石油大学(华东)电工电子学中心承担了教育部21世纪初高等教育教学改革项目“非电类理工专业电工电子课程模块教学改革的研究与实践”。该项目的主题是“模块化”教学,这是多年来我国高等学校电工电子学领域想解决而一直没有解决好的一个老问题,为了完成教育部下达的这一任务要求,我们课题组进行了广泛的调研后,又进行了认真的讨论和分析,并对目前电工电子学课程体系所存在的问题进行了总结,我们认为:主要表现在课程体系不适时和内容陈旧落后这两个方面:
1.1 课程体系不适应时代要求
我国电工学的课程体系是从60年代开始逐步建立起来的,是电类专业“电路分析、模拟电路、数字电路和电机电器”四门课程的简化和浓缩。对于电类专业来说,一般都有后续课程,需要这些课程作为基础平台。而对于非电专业来说,培养目标是非电专业的工程师,而不是电类专业的研究型人才,单纯的打基础而没有落实到应用上,非电领域的用人单位肯定是不欢迎的,正如现场人员反映:“学的内容有些没有用,有用的内容有些没有学”。
另外,随着科学技术的飞速发展,新器件、新技术、新方法不断涌现,如果仅仅是在旧的课程体系下简单地增加一些新内容,这就必然导致课程内容越来越多,教材篇幅越来越大,从而使得学时少与内容多的矛盾更加突出。
1.2 教学内容陈旧落后,信息量少
目前整个课程体系、教学和教材内容都过分强调基础,一些过时的内容总被认为是基础而舍不得删除,且用大量的时间在细节问题的定量分析计算上,忽视系统概念和应用。不仅占用大量时间,使得新内容补充不进来,教学信息量少,而且学生学起来缺乏明确的目的,学习动力不足,不利于能力培养。
针对上述问题,电工电子学课程体系、教学和教材内容都必须进行改革。改革的中心是实现模块化体系,主要解决“学时越来越少,内容越来越多”的这一矛盾和“有用的内容有些没有学,学的内容有些没有用”这一现实问题。
2 模块化教材新体系
按照教育部21世纪初高等教育教学改革项目“非电类理工专业电工电子课程模块教学改革的研究与实践”的要求,结合我们多年教学改革的经验和体会,确定了一个全新的模块化课程新体系。按照这一新体系,我们组织编写了这套《电工电子学》(上、下册)教材。该教材被教育部批准为普通高等教育“十五”国家级规划教材,并于2002年9月由石油大学出版社出版。
《电工电子学》(上、下册)教材模块化体系设置如下图所示。共分基础模块(上册)和应用模块(下册)两大模块。基础模块为电工、电子学基础,介绍了电工电子技术的基本理论、基本分析和设计方法,是各专业必修的模块。应用模块为选择组合模块,它包括波形的产生与变换,信号的测量与调理、数据采集系统,功率电子系统,电机、电器及其控制,工业配电与安全用电,现代电工电子及其应用,自动控制系统,通讯系统,家用电器、汽车电子与智能化小区简介共8个模块,它们既相对独立,又无必然联系,非电类各专业可根据自己的要求和不同的学时,选择组合。
3 教材内容
下面结合图1所示的模块化教材体系框图,来说明各模块内容取舍的考虑。
3.1 基础模块(共6章)
第1~3章:依次为电路的基本概念、基本定律和基本分析方法,正弦交流(单相、三相)电路,一阶线性电路的暂态分析。这三章内容与国内目前其他教材大同小异,但对于一些不常用的内容进行了删减,如非线性电路的分析,正弦交流电的旋转矢量等。
图1 《电工电子学》模块化教材体系框图
第4章:半导体分立元件及其基本电路。由于考虑到对非电专业用大量时间讲解元器件和电路的定量分析计算无实际意义,故本章内容作了处理:
(1)简要介绍了半导体的基本知识和PN结以及二极管、三极管、场效应管及其结构,不讨论其载流子的运动过程,重点介绍元件的外部特性;
(2)大大删减了分立元件组成的放大器的定量分析计算,重点介绍放大器的基本概念和性能指标。
从而大大节省了授课学时。
第5章:模拟集成电路及其应用;首先简单介绍了集成运算放大器的组成,重点介绍了其传输特性和分析依据,然后以运放为例介绍了负反馈的概念和四种反馈组态,这样便于同学理解反馈这一难点问题;接着介绍了集成运放的线性应用和非线性应用以及集成模拟乘法器、集成模拟开关;最后介绍了功率放大器的概念和集成功率放大器及其应用。
第6章:数字集成电路及其应用,包括下列内容:数字电路基础,集成逻辑门,组合逻辑电路分析的设计,常用组合逻辑模块及应用,集成触发器,时序逻辑电路,综合应用举例,半导体存储器。本章内容作了如下处理:
(1)删减了TTL、CMOS门电路和触发器的内部结构,仅介绍了逻辑符号、功能和参数;
(2)重点介绍了中规模集成电路(如数据选择器、译码器和计数器等)及其应用;
(3)通过两个实例将本章内容进行了综合,以便建立数字系统概念。
3.2 应用模块(共8个模块分12章)
第1模块(即第7章):介绍了典型的波形产生和变换电路以及集成函数发生器,没有涉及太多分立元件电路及其分析。
第2模块(含第8、9章):内容非常实用,由于非电类任何专业的学生将来都要面对工业测控的问题,因此本模块第8章主要介绍了电量、非电量的测量方法和传感器,信号调理电路;第9章主要介绍了信号的变换、A/D、D/A、数据的采集和数据的处理,最后介绍了两个数据采集系统应用实例,以便建立工业测控系统的概念。
第3模块(含第10、11章):第10章主要介绍线性直流稳压电源和开关直流稳压电源,重点是集成稳压电源系统的设计;第11章主要介绍功率(电力)电子器件和功率变换电路,包括整流、逆变、斩波和调压以及交流变频调速系统,以便了解功率(电力)电子学这一新兴学科。
第4模块(含第12、13章):第12章重点介绍变压器、三相异步电动机的原理、特性和使用等问题,简单介绍了直流电动机和特种电动机的原理;第13章介绍了工业配电与安全用电、电缆选择等基本知识。
第5模块(含第14、15章):为最新电工电子学内容,第14章主要介绍PLC的结构、原理,重点介绍编程方法和实例;第15章主要介绍模拟可编程器件PAC和数字可编程器件PLD的原理、编程方法和实例。
第6模块(即第16章):简单介绍了自动控制系统的基本概念,控制系统的组成和控制方法,以便建立自动化的概念。
第7模块(即第17章):主要介绍现代通信方式和原理,包括电话、移动通信、卫星通信、光纤通信、遥测遥控的概念和数据传输系统。
第8模块(即第18章):介绍家用电器、汽车电子的有关知识以及最新流行的智能化小区等内容。
最后两个模块可以不作课堂讲授,让同学们自己阅读,作为引导同学拓宽视野、激发学习电工电子学积极性的选读内容。
4 教材特点
1)采用模块化结构体系,根据不同的专业、不同的要求和不同的课程学时,选择不同的模块进行组合,这样可解决“学时少与内容多的矛盾”。
2)理论联系实际。本教材通过几个典型应用模块,将电工电子技术应用到工业生产或日常生活中,解决了“学的内容没有用,有用的内容没有学”这一现实问题。有利于激发学生学习该课程的兴趣和积极性,并能解决一些实际问题。
3)对于基础内容,本着少而精原则,力求概念准确、清楚,阐述简明扼要,定理推导从简,突出方法应用。
4)删简了细节问题的定量分析计算,加强了外部特性的宏观分析。
5)注重系统概念。在应用模块中,每个模块为一个应用系统,应用系统中的局部电路或器件则会随时间的推移而被淘汰,但系统的外部特性一般不会随着技术的发展而过时。因此,重视系统的构成及应用,将会使学生终生受益,对今后的再学习或可持续发展有非常重要的作用。
6)增加了PLC、EDA等先进内容,让学生了解电工电子学的最新发展和应用。
7)增加了通信、自动控制系统、家用电器、汽车电子和智能化小区等内容,以扩大学生的视野,激发学生学习电工电子学的积极性。
8)在写作方式上,除了常规的简明易懂,好教好学外,注重启发式,有些问题不需要详细阐述的,引导学生深入思考去分析或设计,以培养学生的自学能力,学会自我索取知识的本领。
5 教材使用情况
这本《电工电子学》教材已经在我校机械、石油、化工、建工等非专业学生中试用两届,采用过两种模式:
一种模式是按照原教学计划设置“电工电子学(Ⅰ)和电工电子学(Ⅱ)”两门课程,电工电子学(Ⅰ)48学时,讲《电工电子学》(上,基础模块),电工电子学(Ⅱ)32~48学时,讲《电工电子学》(下,应用模块),(各专业根据本专业的要求选择学时数);另一种为改革试点模式,将电工电子学合并为一门课程,设置两大模块,即理论教学模块和实验教学模块,理论教学模块的讲课学时为64~90学时,实验教学模块的讲课学时为24~32学时,各专业也根据本专业的要求选择学时数。
经过两届学生试用,上课的师生一致认为:新的模块化教材,体系科学,选择灵活,适用面广,内容先进,实用性强。
《电工电子学》这一新的教材体系还需在实践中进一步完善,欢迎各学校试用该教材,并竭诚希望各位专家和老师提出修改意见。
