王韋剛,沈元隆

(1.南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇南京 210046;2.南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院,江蘇南京 210046)

“電路分析”課程對高等工科院校通信工程專業(yè)學(xué)生而言,是一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課。針對通信工程專業(yè)“電路分析”課程教學(xué)自身的特點,如何在“電路分析”課程教學(xué)過程中往通信工程專業(yè)方向上引導(dǎo),使學(xué)生盡早地具備通信工程素養(yǎng),非常值得教學(xué)人員探討和研究。筆者多年從事通信與電子工程專業(yè)的“電路分析”課程的教學(xué)與研究工作,結(jié)合所做的通信工程類項目的實踐和經(jīng)驗,從教學(xué)方法和手段上進(jìn)行探討。

1 明確課程在專業(yè)中的地位

為了讓學(xué)生理解“電路分析”課程的意義以及與后續(xù)課程的關(guān)系,需要在正式授課前花上一至兩堂課來說明課程的地位和意義,這給學(xué)生認(rèn)清自己所處的學(xué)習(xí)階段和位置,明確學(xué)習(xí)方向有很大幫助。通信工程專業(yè)本科生學(xué)習(xí)的相關(guān)課程關(guān)系如圖1所示。從中可以看出,“電路分析”課程是其中最重要的一門基礎(chǔ)課。

圖1 電路分析和電子通信類課程

對于剛涉足通信類專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)生,參考這張體系圖是十分有用的,可便于他們了解。

2 電路理論在通信工程中實例化

“電路分析”課程一些教材中使用的實例可能會偏向于一些強(qiáng)電應(yīng)用,而對于通信工程專業(yè)的學(xué)生,更多需要了解弱電應(yīng)用。因此,教師在授課過程中有必要按專業(yè)特點施教,多舉一些通信工程應(yīng)用的實例。比如電路理論中的疊加定理通常是這樣描述的:當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有多個激勵源同時作用時,總響應(yīng)等于每個激勵源單獨作用(其余激勵源置零)時所產(chǎn)生的響應(yīng)分量的代數(shù)和。教材說明該定理時,通常只給出電壓源或電流源的例子。對于通信工程專業(yè)的學(xué)生可以結(jié)合通信系統(tǒng)實例講授,如圖2所示的一個無線通信的多進(jìn)多出MIMO的天線系統(tǒng)[1]。

圖2 MIMO系統(tǒng)中的天線模型

3 通信工程新應(yīng)用

對于理工科學(xué)生而言,在學(xué)習(xí)過程中往往會因為教材和內(nèi)容枯燥而失去興趣,因此在教學(xué)過程中教師應(yīng)該有意識地去培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,可以利用學(xué)生接收新事物快的特點來激發(fā)興趣。有的學(xué)生對“電路分析”課程存在誤解,認(rèn)為該課程跟不上當(dāng)今社會新技術(shù)的應(yīng)用。這種錯誤認(rèn)識容易造成厭學(xué)的心理,需要教師幫他們作思想轉(zhuǎn)變。教師可以從當(dāng)前的一些新技術(shù)應(yīng)用出發(fā),找出“電路分析”應(yīng)用的基礎(chǔ)背景。在講解新技術(shù)原理過程中引入課程的基本知識點。筆者在講耦合電感與變壓器一章時,授課前先舉一個低壓電力通信的例子。圖3所示是一個電力載波通信的框圖,通過現(xiàn)有的低壓電力線就可以實現(xiàn)有線通信,這讓很多學(xué)生饒有興趣,教師因勢利導(dǎo)地介紹“電路分析”課程中變壓器應(yīng)用。圖中的變壓器T1是一種寬帶變壓器,主要用于通信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中,通過耦合作用實現(xiàn)載波的傳遞;變壓器T2是一種電源變壓器,主要用于整流電路或開關(guān)電源的供電。通過這樣一個簡單的應(yīng)用例子,讓學(xué)生很快轉(zhuǎn)入到變壓器原理的學(xué)習(xí)。變壓器原理這個知識點,不僅在電工電子里非常重要,同樣也是通信工程專業(yè)里不可缺的基本知識。

圖3 電力載波通信中變壓器的應(yīng)用

4 在教學(xué)中培養(yǎng)創(chuàng)新精神

“電路分析”課程作為工科基礎(chǔ)課程,提供了良好的創(chuàng)新素材,能使學(xué)生養(yǎng)成創(chuàng)新的思維習(xí)慣,而創(chuàng)新思維又會有助于“電路分析”課程的學(xué)習(xí)。例如線性網(wǎng)絡(luò)的一般分析方法有:支路分析法、網(wǎng)孔分析法、節(jié)點分析法、回路分析法和割集分析法等。介紹了這些知識點之后,可以通過例題來考察和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力。同一道題在要求多種解法的情況下,有些解法往往異曲同工,甚至可用多種解法結(jié)合。對局部電路或支路處理用某種解法,而另外部分用其它解法。圖4是一個能夠體現(xiàn)創(chuàng)造性思維的例子[2]。

圖4 解題過程中創(chuàng)新思維的示例

已知圖4(a)中,i1=2A,i2=1A,試求當(dāng) R2斷開后i1的值。假設(shè)用支路分析法迭代求解,雖然也能夠得到正確答案,但是過程比較繁雜且容易迭代出錯。如果能夠發(fā)揮想象力,將R2斷開視作無電流;進(jìn)一步想像電路圖的右邊也存在一個同樣的電壓源,如圖4(b)所示。那么根據(jù)對稱性,R2上將沒有電流,這等效于R2斷開。這樣圖4(a)的問題就轉(zhuǎn)為求圖4(b)中 i′1的值,在圖4(b)中利用疊加定理很容易地求解出i′1=i1-i2=1A。

5 結(jié)語

對于通信工程專業(yè)類的學(xué)生,其專業(yè)背景和教學(xué)題材很有特色,在學(xué)習(xí)“電路分析”課程中,不僅需要教師因材施教,更需要教師將有專業(yè)特色的題材融合到課堂當(dāng)中去,讓學(xué)生盡早帶著問題去思考?！半娐贩治觥闭n程與通信工程專業(yè)特色相結(jié)合的例子很多,本文提及的方法僅僅是筆者在教學(xué)過程中總結(jié)出來的幾點經(jīng)驗,希望起到拋磚引玉的作用。

[1] 王韋剛,李躍宏.應(yīng)用于WLAN中MIMO OFDM 技術(shù)的性能分析[J].南昌:江西通信科技,2006,9:12-14

[2] 沈元隆,劉陳.電路分析[M].北京:人民郵電出版社,2004(5)