从整体与局部角度进行“电路”课程教学设计的探索

摘要：“电路”是电气信息类学科最重要的一门专业基础课程，对学生的后续专业课程学习起着至关重要的过渡和总领作用。首先从整体与局部角度出发，梳理电路课程主要内容间的关系，并以关系图的形式展现，便于学生从整体角度掌握各部分内容间的关系。从整体与局部关系常用的分解与合成处理方法入手，提出对电路课程可以进行简单有趣的教学设计，通过叠加定理和非正弦周期电流电路分析两部分重要内容具体阐述了设计过程，使难懂的电路分析问题得到清晰而简化的表达，有助于学生掌握解决问题的方法。初步的教学尝试表明，若能在教学过程中注重此类文理知识的相通交融，必将使老师和学生受益，获得良好的教学效果。

关键词：电路课程；教学设计；整体与局部；文理交融

作者简介：张伟（1978-），女，辽宁鞍山人，河南理工大学电气工程与自动化学院，副教授；韩素敏（1979-），女，河南洛阳人，河南理工大学电气工程与自动化学院，副教授。（河南 焦作 454000）

基金项目：本文系河南理工大学教育教学改革项目（项目编号：2012JG024）、河南理工大学电气学院教育教学改革项目（项目编号：2012DQJG05）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）06-0046-02

整体与部分（局部）是唯物辩证法揭示客观事物整体和它的组成部分间相互关系的一对哲学范畴。[1]整体是由若干个部分组成，但非机械相加，当整体中各部分以有序、合理、优化的结构形成整体，整体功能大于各个部分功能之和，产生部分所没有的新的功能和特性，在事物发展中起主要或决定作用。部分是整体的一个方面，一个环节，是体现整体多样性的内容之一，对整体的发展起一定的影响作用。若用整体与局部的哲学关系分析问题，需要首先从整体上把握事物，立足整体，统筹全局，观察整体利于看清全局与各部分间的关系；观察局部可以帮助更好地理解整体，并使其在整体中发挥最大作用。

整体与局部的哲学关系在电路课程中也有所体现，笔者通过教学实践，从整体与局部的哲学认识角度出发，梳理电路课程主要内容，进行积极有趣的教学设计，帮助学生更好地理解课程中的相关内容，获得了很好的教学效果。这里仅对改革的主要方面进行阐述，目的是希望使更多的理工科老师能在教学中渗透文科思想及知识，这样不仅对学生学习课程内容大有裨益，改变枯燥的授课方式，同时对于学生处理问题的思维能力也有所帮助。

一、电路课程主要内容的整体与局部关系

电路理论课程内容一般分为两个大部分：电路分析和电路综合，其关系如图1所示。

现有教材及课程主要涉及电路分析部分，即以实际电路（主要针对集总参数电路）抽象出来的电路模型为研究对象，应用合适的分析方法对给定的电路模型进行分析，通过电路中电压、电流、功率（能量）等主要变量分析电路工作状态及运行特性。

由于课程内容中所讲的定理、定律、方法众多，学生在有限的课程学时内对内容的理解不深，在应用时经常在选取何种方法上难做选择。[2]图2给出整个课程的内容关系图（选用教材[3]），在绪论及每章内容之前给学生一个清晰的“位置”呈现。

从整体角度看电路分析的主要内容可理解为“一个中心，三大类分析方法，三种电路类型”。“一个中心”体现了研究对象——集总参数电路必须满足的两大约束：整体的拓扑约束关系（即基尔霍夫电压、电流定律）和局部的支路约束关系（即元件约束VCR）。让学生明确这个中心是所有求解问题的归宿点，任何所讨论的问题都可以由其得出结论，同时提醒其“万能”但并非最简的分析方法。在这个统领中心之下便有课程内容的“三大类分析方法”：等效变换法、系统分析法、电路定理解题。他们是研究工作者经过长期研究得到的这个中心的更为具体的体现。这三大类方法以最简单的直流电阻电路为例进行说明，但对于另外两种电路类型，正弦稳态电路和动态电路也是相通的，只需做相应思维扩展。

这样的一个从整体（课程的核心）到局部（具体内容和方法）的关系由图形直观展现，给学生一个较清晰的全局认识，在绪论和每个新章节授课前笔者都会再展示该课程图，并向学生强调将要学习部分与整体和其他学过部分间的关系，收到了很好的教学效果。下面给出笔者在教学设计中采用的两个整体与局部思想的较为成功的应用案例。

二、整体与局部关系在课程内容中的体现

1.叠加原理

叠加原理不仅是电路分析中的一种主要分析方法，对于线性问题的分析具有重要的意义，也是人们在处理一大类问题中应用整体与局部、分解与合成思想的成功应用范例。笔者通过一个简单的引例进行内容的教学设计，如图3所示首先给出两个简单的电阻电路，让学生给出2欧电阻两端电压，如虚线框所示，再给出第三个电路图，问此时的电压，学生很容易得出正确结果。

教学设计中要注意关键的三点引导工作。引导一，指出若首先给定的电路是复杂的，则处理思路是什么？引导二，这里蕴含着整体与部分的思想，与之对应的处理方式类同于分解与合成的思路。引导三，对于线性电路，这就是叠加定理的基本内容（叠加定理阐述：对于任何线性电路，电路任意处的响应（电压、电流）是所有激励源单独作用下响应的代数相加），叠加后体现了事物的整体特性。

在进行一些特殊问题时要稍做处理，利用这种先感性后理性，文理交融式的教学设计，不仅把内容兴趣化，由浅入深地学习了内容，同时对学生的思维引导也是一个积极调动的过程。

2.非正弦周期电流电路分析

非正弦周期电流电路是应用广泛的一种实用电路，如相关的谐波抑制问题、信号处理问题等都与此相关。本课程中侧重于非正弦周期激励源作用于线性电路时的一类电路分析。多年实践教学表明，学生对此部分内容掌握经常抓不住要点。通过启发式的教学引导，主要应用要整体与局部（其处理方式是分解与合成）的思想进行如下教学设计。

第1层引导，请学生们思考所讨论的非正弦周期量与周期量的关系，由简单直观的一个引例配合说明，如图4所示。指明分解是为了看清事物中每个单元的特点和作用，合成是为了表示每个单元共同作用后的整体特性。

第2层引导，非正弦周期信号能不能分解成一些正弦量的合成？在满足狄里赫利条件下（电工中遇到的物理量一般满足该条件）由傅立叶级数展开处理成式（1）的表达。

（1）

第3层引导，以这样的函数作为激励源下的线性电路分析便是课程的非正弦周期电流电路分析。其处理思路如图5所示。

非正弦周期电流电路分析的处理方法实质依然以叠加原理为核心，也即分解与合成、整体与局部的问题处理思维，只是此时要处理两种电路类型（直流电阻电路和正弦稳态电路）。有了这样的感观认识后，再辅以习题加深体会，同时做特殊强调，学生就可以较轻松地掌握处理问题的要点。

上面仅对电路课程教学中应用整体与局部思想进行教学设计的两个案例进行说明，若教师能在教学过程中细心分析、联系，还可以进行一些类似的教学设计，如动态电路的全响应、零状态和零输入响应关系等。

三、结论

在教学过程中，老师与学生若想获得双赢的良好结果，也要处理好部分与整体的关系。老师在教学过程中要注意抓住学生的整体水平进行教学设计，不能过高过低地评估学生能力，也就是关注了整体性，需要让大部分学生跟上教学进度，同时也要注意个别学生的反映，通过有效手段调动他们的积极性，实现一个有效的“闭环控制”。

用整体与局部关系的哲学视角对电路课程教学问题进行思考，既对整体与局部关系的认识得以加深，理论联系实际，又为枯燥的理工科知识注入了利于理解的人文信息，启迪科研思路和人生。希望本文的独特视角能提醒理工科的研究工作者在教学和科研工作能渗透人文、哲学的信息，从而可以更好地开展教学科研工作，若能将其用于理工科的教学中，必将有效提高教学质量。

参考文献：

[1]金观涛.整体的哲学[M].成都：四川人民出版社，1987.

[2]龚绍文，郑君里，于歆杰.电路课程的历史、现状和前景[J].电气电子教学学报，2011，33（6）：5-12，40.

[3]邱关源.电路[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.