國外電氣工程及其自動化范文
時間:2023-10-20 17:27:06
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篇1
【摘要】電氣工程及其自動化涉及電力電子技術,計算機技術,電機電器技術信息與網(wǎng)絡控制技術,機電一體化技術等諸多領域,是一門綜合性較強的學科,其主要特點是強弱電結合、機電結合、軟硬件結合。目前,電氣工程及其自動化作為電氣信息領域的新興學科,由于和人們的日常生活以及工業(yè)生產(chǎn)聯(lián)系密切,已經(jīng)獲得了非常迅猛的發(fā)展,技術上也比較成熟,被廣泛應用在工業(yè)建筑、國防、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個領域。該文對我國電氣工程及其自動化的發(fā)展現(xiàn)狀進行分析,并提出意見,希望對我國電氣工程的發(fā)展有一定的推動作用。
【關鍵詞】電氣工程 自動化 發(fā)展現(xiàn)狀
當前,我國電氣工程及其自動化已經(jīng)取得了長足的發(fā)展,逐步實現(xiàn)了由多島自動化向系統(tǒng)集成進行轉變,新型的系統(tǒng)集成化的電氣工程自動化成功實現(xiàn)了通道共用、功能互補、信息共享,彌補了多島自動化的互不連接、功能單一和信息獨享的不足。透過計算機的模擬操作,能夠對電力系統(tǒng)的運行狀況進行判斷和監(jiān)控,從而達到精密有效的控制。目前,PC技術和網(wǎng)絡手段已經(jīng)慢慢地滲透到工商管理中了,采用PC的入機界面可以靈活地、直觀地掌握數(shù)據(jù)的動態(tài)運動。
一、我國電氣工程及自動化發(fā)展現(xiàn)狀
電氣工程及其自動化在電力系統(tǒng)中的應用。電網(wǎng)調(diào)度自動化主要通過安全分析與對策提出(SA)、數(shù)據(jù)采集與安全監(jiān)控(SCADA)和自動發(fā)電控制(AGC)與經(jīng)濟調(diào)度控制(EDC)三個手段來實現(xiàn)對電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行調(diào)整。發(fā)電廠自動化系統(tǒng)主要包括了動力機械自動控制、自動發(fā)電量控制系統(tǒng)(AGC)和自動電壓控制系統(tǒng)(AVC)系統(tǒng)。發(fā)電廠自動化系統(tǒng)能自動對發(fā)電廠進行自動檢測、電能預估、調(diào)節(jié)、監(jiān)視和管理,提高發(fā)電廠運行效率。變電站綜合自動化系統(tǒng)的5個子系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)、繼電子保護系統(tǒng),電壓、無功綜合控制子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)和低頻減負荷控制及備用電源自動投入子系統(tǒng)。通過計算機硬件系統(tǒng)或者自動化裝置,代替人工進行各種運行作業(yè),提高變電站運行水平和管理水平的自動化系統(tǒng)。配電系統(tǒng)自動化的主要功能是降低電網(wǎng)的損耗、監(jiān)控配電網(wǎng)的運行狀況、優(yōu)化配電網(wǎng)的運行方式、提高配電網(wǎng)設備自身的可靠性運行能力,以及減輕了運行人員的勞動強度和維護費用。
我國電氣自動化形成了平臺開放式的發(fā)展模式。個人計算機的發(fā)展逐漸改變了人們原有的生活方式。但是個人計算機系統(tǒng)不僅僅對人民的生活方式進行了改造,在社會生產(chǎn)層面也產(chǎn)生了重要的作用?;趥€人計算機系統(tǒng)的技術,電氣自動化領域對于操作系統(tǒng)進行了進一步的改進,系統(tǒng)操作界面更加靈活。
目前,企業(yè)對實施生產(chǎn)線電氣自動化的方式主要在原有的測控儀表內(nèi)部插入相關電子微處理器,經(jīng)過插入電子芯片處理器的測控儀器表就能夠對數(shù)據(jù)進行計算和運輸。不同的設備生產(chǎn)廠家對設備內(nèi)部精密信息的處理各不相同,這就導致了不同的設備由于各自標準不一而無法進行信息的交流和共享。為了妥善解決這一問題,開放式平臺發(fā)展模式應運而生。
電子技術與機械生產(chǎn)相結合。目前,我國的電氣自動化普遍應用于企業(yè)生產(chǎn)流水線,對生產(chǎn)所用的機械設備進行精密的控制,并對生產(chǎn)過程中的相關數(shù)據(jù)進行精確的記錄。由于電子技術具有人力操作不可比擬的優(yōu)越性,越來越多的企業(yè)將其余機械生產(chǎn)相結合,目的在于提高機械產(chǎn)品的優(yōu)越性。應用電子技術的機械設備在生產(chǎn)產(chǎn)品的質量、技術指導等方面遠遠超過了傳統(tǒng)的人力操作機械。
二、未來我國電氣工程及其自動化發(fā)展方向
雖然我國在電氣工程自動化領域已經(jīng)取得了長足的發(fā)展和進步,但相比于起步早、技術較為成熟的國外電氣自動化技術,我國的電氣工程化的發(fā)展還處于相對落后的階段,特別是部分高端核心技g還掌握在歐美發(fā)達國家的手中。所以,我國的電氣工程及其自動化技術未來的發(fā)展方向還是要集中在技術的研發(fā)上。掌握研發(fā)技術的核心部分,實現(xiàn)知識產(chǎn)權的自主化。
提高科研人員和操作人員的整體素質??茖W技術的發(fā)展離不開人,只有擁有一支優(yōu)秀的科研隊伍,才能保證我國的電氣工程及其自動化技術在世界競爭的浪潮中立于不敗之地。操作人員的技術水平也是影響電氣自動化設備正常運行的關鍵。部分操作人員由于沒有經(jīng)過專業(yè)的技術培訓,對電氣自動化的設備使用不當,在一定程度上也制約了我國電氣工程及其自動化技術的發(fā)展。
實現(xiàn)數(shù)字化與自動化的有機結合。電氣自動化和信息技術的結合所產(chǎn)生的典型代表形式為數(shù)字化技術。這是一種富含自動化創(chuàng)新經(jīng)驗,并且有效實現(xiàn)信息動態(tài)、高分辨率表現(xiàn)的重要措施。將這些信息與地球空間信息整合,建立一個科學精確的數(shù)字化地球,將各種信息存儲在計算機系統(tǒng)內(nèi),與網(wǎng)絡有機結合。
電氣自動化系統(tǒng)結構通用化。電氣的自動化系統(tǒng)結構自身的通用性,對于一個高穩(wěn)定性的電氣自動化的控制系統(tǒng)來說是極為重要的,極大地保障了企業(yè)網(wǎng)絡結構內(nèi)的計算機監(jiān)控系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)、企業(yè)管理系統(tǒng)這幾者之間的數(shù)據(jù)傳輸工作的通暢性。企業(yè)內(nèi)部的管理層人員也可以通過外界互聯(lián)網(wǎng),對實地的生產(chǎn)設備現(xiàn)狀進行監(jiān)督。在對自動化系統(tǒng)進行網(wǎng)絡規(guī)劃的過程中,要充分地保證與整個自動化生產(chǎn)線處在一個系統(tǒng)的通訊范圍內(nèi)。
三、結論
當前,我國電氣工程及其自動化已經(jīng)取得了長足的發(fā)展,逐步實現(xiàn)了由多島自動化向系統(tǒng)集成進行轉變,但和發(fā)達國家相比,在技術上仍有不成熟的地方。電氣工程及其自動化的應用范圍不再局限于單純的電力工程系統(tǒng)體系,而是更加廣泛地融入人類生產(chǎn)活動中。例如企業(yè)的綜合性自動化系統(tǒng)、交通控制自動化系統(tǒng)、經(jīng)濟管理自動化控制系統(tǒng)都將投入運行中。自動化將在更大程度上匹配當今社會飛快發(fā)展的速度,在最大程度上實現(xiàn)擬人化。
參考文獻:
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篇2
【關鍵詞】電力系統(tǒng)分析 教學方法 實踐經(jīng)驗
【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2015)09-0230-01
電力系統(tǒng)分析課程是各高等院校電氣工程及其自動化專業(yè)的核心專業(yè)課程,是該專業(yè)學生知識體系的重要組成部分,同時也是該專業(yè)學生畢業(yè)后工作或深造的必修課程。但是,對于電力系統(tǒng)分析課程而言,該課程涉及的知識面廣,對電路原理、電機學、電力電子技術等先修課程的要求較高,同時,近年來世界范圍內(nèi)智能電網(wǎng)技術發(fā)展迅猛,各種新技術層出不窮,這些因素都給課程體系的優(yōu)化設計提出了更高的要求。要求該課程在有限的課時內(nèi),基于多門先修課程的基礎知識,系統(tǒng)講授電力系統(tǒng)靜態(tài)分析方法,并結合新興技術提高學生學習興趣與專業(yè)技能。
1教材的選擇
1.1國外經(jīng)典教材
現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析與控制起源于國外,國外的電力系統(tǒng)研究者和教學工作者在幾十年的發(fā)展過程中積累了大量的寶貴經(jīng)驗,也出版了多本經(jīng)典教材,如Robert H. Miller等編著的《Power System Operation》、Turan Gonen編著的《Modern Power System Analysis》、Prabha Kundur編著的《Power System Stability and Con?鄄trol》等。這些教材對電力系統(tǒng)分析的理論講解透徹,深入淺出,且經(jīng)過幾十年時間的檢驗,其教學價值得到廣泛的認可。
雖然國內(nèi)外電力系統(tǒng)分析的基本原理是相同的,但是由于電力系統(tǒng)運行機制的不同,國外教材對培養(yǎng)我國電力系統(tǒng)人才具有一定的局限性。此外,由于電力系統(tǒng)分析課程主要針對本科二、三年級的學生,完全使用國外經(jīng)典教材進行雙語或全英授課難度較大。
1.2國內(nèi)經(jīng)典教材
國內(nèi)的高校雖然較國外高校而言在現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析領域的教學起步較晚、差距較大,但是近年來在國家政策的大力扶持下,取得了快速的發(fā)展。同時,也形成了幾本優(yōu)秀的教材,如東南大學陳衍編著的《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》、華中科技大學何仰贊等編著的《電力系統(tǒng)分析》、四川大學劉天琪等編著的《電力系統(tǒng)分析理論》等。這些教材從簡單知識入手,由淺入深,分析透徹,自成體系。
針對國內(nèi)本科電力系統(tǒng)分析教學的現(xiàn)狀,可以選擇國內(nèi)出版的講解清晰、全面的教材為主線,并以國外經(jīng)典教材為輔助。
2.教學方法的改進
電力系統(tǒng)分析課程作為電氣工程及其自動化專業(yè)核心課程,對電路原理、電機學等基礎先修課程的要求較高,且由于電力系統(tǒng)設備大多屬于高壓設備,對實驗室資金投入的要求較高,國內(nèi)只有少數(shù)幾所高校具備開展電力系統(tǒng)動模實驗的條件。如果僅僅按照教材照本宣科,學生很難深入理解和掌握相關領域的知識。因此,在理論教學實踐中,穿插教材中所缺乏的仿真實驗,并結合生活實際經(jīng)驗講解相關原理,可以更好地幫助學生掌握理論知識。
2.1計算機仿真輔助教學
MATPOWER是一款基于MATLAB的開源電力系統(tǒng)仿真軟件,具有操作簡單、運行結果可靠等優(yōu)點,可以滿足一般電力系統(tǒng)計算和分析的需要,進行簡單講解后學生即可獨立操作,作為對理論教學的輔助。
例如,在電力系統(tǒng)電壓調(diào)整章節(jié),根據(jù)如圖1所示的電壓調(diào)整原理圖,得到如式(1)所示的電壓調(diào)整關系式,進而得出電壓調(diào)整的四種措施:即改變發(fā)電機機端電壓、改變變壓器變比、改變負荷功率分布和改變網(wǎng)絡參數(shù)。
圖1 電壓調(diào)整原理圖
Vi=VGk1-■k2 (1)
但是,按部就班的理論推導難免枯燥和抽象,通過MATPOWER仿真軟件,可以簡單地通過修改相應系統(tǒng)參數(shù),經(jīng)過潮流計算后便可直觀地觀察節(jié)點電壓的變化情況,加深學生對知識的理解與記憶。
總的來說,MATPOWER是一款可以在Windows環(huán)境下方便使用的開源電力系統(tǒng)仿真軟件,可以方便地應用于課堂教學演示或課后仿真實驗。
2.2理論與實踐相結合教學
電力系統(tǒng)分析課程具有概念多、抽象和難以理解的特點,學生普遍反映所學知識與實際生活經(jīng)驗較難結合,教學內(nèi)容較為枯燥等問題。因此,在教學實踐中應努力將理論與實踐相結合,讓學生學得有興趣,學以致用。
例如,在講解“斷路器”這一常用電力設備時,如僅僅從其滅弧的原理和作用角度進行講解,往往得不到較好的教學效果。因此,作者在教學實踐中嘗試首先從電網(wǎng)電弧入手,講解電力系統(tǒng)中滅弧的重要性;然后,從生活中“斷電幾秒自動恢復”的現(xiàn)象,引入“自動重合閘”的介紹;最后,從電網(wǎng)操作安全的角度,講解“斷路器”和“隔離開關”之間的區(qū)別與聯(lián)系,以及電網(wǎng)檢修過程中兩者的操作順序。實踐表明,通過以上教學方法的應用,學生概念掌握清晰,且記憶深刻,取得了較好的教學效果。
此外,還可以用生動活潑的表達方式,激發(fā)學生學習的興趣。例如,電壓調(diào)整的方法大多是通過增加或減少無功功率的供給來達到調(diào)壓的目的,但是改變變壓器變比的方法是一個例外,因為其本身并不產(chǎn)生或消耗無功功率。如僅僅從改變變壓器變比進行調(diào)壓原理的角度進行講解,說明該調(diào)壓方式只適用于電網(wǎng)局部調(diào)壓的局限性,學生理解較為困難,記憶不深刻。因此,作者采用“我不生產(chǎn)無功,我只是無功的搬運工”這一描述,闡述改變變壓器變比的調(diào)壓原理,可有效激發(fā)學生興趣,加強記憶。
3.結束語
近年來,借助我國建設堅強智能電網(wǎng)的大背景,我國高校電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)的人才培養(yǎng)工作取得了快速發(fā)展。本文積極探索提高電力系統(tǒng)分析課程教學效果的教學方法,從教材的選擇和教學方法的改進兩個角度進行了較為詳盡的探討。作者所做的這些努力,在實踐中獲得了學生的普遍認可,同時也希望這些經(jīng)驗與方法可以為兄弟院校相關專業(yè)的教學提供參考和借鑒。
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篇3
關鍵詞 機械工程 核心課程 交叉滲透 知識孤島
中圖分類號:G642 文獻標識碼: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 工業(yè)自動化的集成綜合發(fā)展對機械工程領域人才培養(yǎng)提出了更高的要求
隨著計算機、微電子、自動控制等技術的發(fā)展,工業(yè)自動化正向集成綜合自動化過渡,機械工程技術的綜合應用正起著越來越重要的作用。機械工程的發(fā)展已經(jīng)進入一個新的階段,其概念和體系已經(jīng)涵蓋了信息處理技術、自動控制技術、系統(tǒng)工程理論、計算機技術和現(xiàn)代設計方法等知識的高度綜合交叉。
機械制造業(yè)是工業(yè)自動化的重點,機械設計制造及其自動化專業(yè)是本科院校常設的主要專業(yè),其培養(yǎng)的學生畢業(yè)后相當一部分將直接面向工廠、面向車間、面向機械工程應用與設計的現(xiàn)代化主戰(zhàn)場。機械工程領域的技術復雜性和涉及知識的交叉性,使得市場需求對未來就業(yè)者的知識結構、綜合素質能力提出了更高要求,制造業(yè)對具有厚機械基礎、寬專業(yè)口徑,同時實踐能力和適應能力強的復合型人才的需求很大,這給我們的教學工作帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)和切實的機遇。
2 國內(nèi)外高校機械工程類專業(yè)課程設置及其教學現(xiàn)狀
基于機械工程類專業(yè)平臺,能靈活應對該領域技術復雜性和涉及知識交叉性的人才培養(yǎng)模式及教學體系,國內(nèi)相關專門研究及實踐均較少。國外在這方面的研究目前主要有美國大學提出的“本科整體知識觀”,其強調(diào)大學課程的完整性,各課程之間應構成一個相互關聯(lián)的統(tǒng)一知識體系,使本科教育內(nèi)容盡可能系統(tǒng)、連貫并形成一個整體,并正成為美國21世紀大學教學改革的發(fā)展趨向。日本機械類課程比較注重應用性和廣泛性,著眼于與實際工程應用和工程設計的聯(lián)系,擴大機械相關知識的學習。德國的工科類高校則比較注重理論課程與實踐教學的銜接,注重對復合型人才的培養(yǎng)。這些都是值得我們借鑒的經(jīng)驗。國內(nèi),吉林大學針對會計學專業(yè)課程進行過知識交叉性的研究。
國內(nèi)高校機械工程類專業(yè)的人才培養(yǎng)方案,基本都按照“厚基礎,寬口徑,注重實踐環(huán)節(jié)”的原則設置,不可避免地出現(xiàn)理論課程壓縮的問題,又進一步限制了學生學習和發(fā)展的空間。因此,培養(yǎng)適應社會需求的復合型機械人才,建立合理的專業(yè)知識培養(yǎng)框架知識體系,更重要是培養(yǎng)學生的自學能力,在實踐中能靈活分析和解決問題,從而將高等教育的階段性教育轉化為終身教育,是目前國內(nèi)高校亟需研究的問題,也是國外機械工程類高等教育研究的熱點。
機械工程類人才培養(yǎng)模式一般采用基礎課、專業(yè)基礎課和專業(yè)課構成的三段式框架,基于這一框架,由主干課構成機械類人才培養(yǎng)的主要知識系統(tǒng),由其他課程構成關聯(lián)知識系統(tǒng)和輔助知識系統(tǒng)。通過近幾年來調(diào)研國內(nèi)外眾多高校的機械類專業(yè)人才培養(yǎng)方案及其教學現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn),目前在機械類專業(yè)人才培養(yǎng)體系的課程設置及教學過程中,主要存在以下問題:
(1)相同的知識和內(nèi)容,在諸多門課程中重復出現(xiàn)和重復講解的現(xiàn)象,即各專業(yè)課程間存在知識的交叉與滲透問題。各課程教學體系在知識的呈現(xiàn)和表述上各自為政,出現(xiàn)“你唱你的,我說我的”步調(diào)不一致現(xiàn)象,教學的廣度和深度取決于教師對教學大綱、課程的理解和對學生的了解,而不是來自社會對人才的需求。這樣一來,在其他專業(yè)課或專業(yè)基礎課中已經(jīng)講授過的知識和內(nèi)容,在教學中重復出現(xiàn),不僅浪費了教學資源、教學時間和教師的勞動,同時也收不到應有的教學效果。特別是在中、后期的教學實踐中,專業(yè)課程間的交叉與滲透出現(xiàn)的頻率更高。
(2)不合理的課程交叉點設置打斷了完整的“教”與“學”的鏈條。具有先后知識銜接關系的課程可能同時進行甚至錯位安置,使得本應實現(xiàn)的拓寬同期課程學習、印證前期課程學習、為后續(xù)課程打下教學銜接基礎的完整教學鏈條被打斷,學生難以建立完整系統(tǒng)的專業(yè)知識體系。尤其在工科教學中尤為重要的實驗教學環(huán)節(jié),在一些高校紛紛實施的“開放型實驗”模式教學改革過程中,對培養(yǎng)創(chuàng)新能力和實踐能力,并對理論課程進行驗證學習的實驗環(huán)節(jié)與理論學習環(huán)節(jié)存在著更為嚴重的脫節(jié)現(xiàn)象。
(3)各課程獨成體系,缺乏連接能力,課程與課程之間的銜接存在諸多知識“孤島”,不能使學生建立完整的機械工程知識體系,進入社會后適應能力差。忽視課程之間的銜接關系,各自為政的教學模式使得有些知識支離破碎、關聯(lián)松散,學生的整體知識體系構建過程受到影響,掌握的知識具有片面性。學生畢業(yè)進入企業(yè)后,由于遇到的實際工程問題通常是隱性的,無法再像課堂學習一樣,根據(jù)已知條件和固有步驟就可得到答案,加上新的科學技術成果大量應用于生產(chǎn)實際,設備的復雜性和涉及知識的交叉性大大提高,知識“孤島”缺乏連接,導致學生“只見樹木,不見森林”,難以應對在將來工作中出現(xiàn)的新問題,適應力差。這也是美國一些高校失敗的教訓,我們應當注意。
3 實施機械工程系列核心課程交叉滲透研究需注意的問題
(1)工業(yè)自動化集成綜合發(fā)展形勢下,機械工程人才培養(yǎng)模式、課程體系與社會對人才需求之間的關聯(lián)關系與契合程度。機械設計制造及其自動化專業(yè)的人才培養(yǎng)目標為具有寬厚的現(xiàn)代機械工程及自動化理論基礎和較強的工程意識、實踐能力及創(chuàng)新精神,能在機械工程及自動化領域從事設計、制造、技術開發(fā)、科學研究、生產(chǎn)組織和管理等方面工作的高素質應用型高級專門人才。視野開闊、具有靈活應對機械工程領域復雜技術和涉及交叉知識的能力、社會適應性強的專業(yè)人才才能適應工業(yè)自動化的集成綜合發(fā)展。機械類專業(yè)的人才培養(yǎng)方案及課程體系,就必須具有完整性和連貫性,注重學生知識結構的平衡,建立起結構緊密、整合的本科課程體系。
(2)探索可行的教改模式,機械工程系列核心課程間的交叉滲透,促成知識和技能的靈活遷移與緊密聯(lián)系。在現(xiàn)有各課程體系各自為政的情況下,研究如何創(chuàng)設一種類似于學術(或科研)研究的情景,協(xié)調(diào)機械工程系列核心課程的交叉與滲透,在教學中加以引導,推陳出新、舉一反三,促使學生在學習的過程中加強知識與技能的遷移和練習,培養(yǎng)學生自主獨立地發(fā)現(xiàn)問題,運用實驗、操作、搜集與處理信息等探索活動,達到知識、技能、態(tài)度的發(fā)展,特別是探索精神和創(chuàng)新能力發(fā)展。
(3)基于機械工程系列核心課程交叉滲透平臺下各課程的具體教學體系、知識體系、教材體系、實驗體系,研究各課程具體的教學廣度與深度。需注意機械工程領域知識復雜性與交叉性背景下,人才培養(yǎng)方案的適應性修訂或調(diào)整;解決專業(yè)平臺下課程之間的知識交叉滲透問題的同時,需注意銜接課程教學的深度與廣度問題。
同時,需注意在教學過程中,創(chuàng)設一種類似于學術(或科研)研究的情景,利用機械設計制造及其自動化專業(yè)核心課程的交叉滲透,增強學生對其他課程乃至整個專業(yè)知識體系的關注度和信賴感,培養(yǎng)其大機械工程的視野和主動學習能力。
4 總結
通過研究機械工程系列核心課程的交叉銜接關系,可完善機械設計制造及其自動化專業(yè)核心課程群邏輯上的一致性與連貫性,消除現(xiàn)有教學體制下課程間的重復或“孤島”。同時,幫助學生建立機械設計制造及其自動化專業(yè)整體知識體系,使其面對機械工程領域實際問題能融會貫通、相互促進、多角度思考以及綜合判斷,提高他們的競爭能力和生存能力,變階段性教育為終身教育。
基金項目:重慶市高等教育教學改革研究重大項目“以培養(yǎng)學生工程設計能力為目標的機械工程系列核心課程教學改革研究與實踐(09-1-005)”;重慶理工大學高等教育教學改革研究項目“機械工程系列核心課程交叉滲透的研究與實踐(2012010)”
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關鍵詞:電路;教材;改革
中圖分類號:G642 ; ; ; ; ;文獻標識碼:A ; ; ; ; ;文章編號:1007-0079(2014)17-0058-02
一本好的教材是提高教學質量最關鍵的因素之一?!半娐贰闭n程是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎課,是一門理論性和實踐性均很強的課程。通過該課程的學習,要求學生能掌握基本的電路理論,能靈活運用所學基本知識,分析和解決實際電路問題。要達到這樣的目的,就必須有一本好的電路教材,目前我國電路課程優(yōu)秀教材有很多,如著名的電路專家邱關源、李翰蓀教授等編寫的教材在各個高校得到了廣泛的應用。但由于各種版本的教材要考慮在各個學校的通用性、普適性,以及教材使用時間較長等原因,普遍存在重理論分析、輕實踐應用,以及知識更新慢等現(xiàn)象,隨著現(xiàn)代電路技術的日新月異,各種新的設計方法和理念也隨之出現(xiàn),一些舊的分析方法和手段被逐漸取代,為此該課程教材也應做出相應的改進與完善。本文結合目前電路課程教材使用現(xiàn)狀及筆者的教學實踐經(jīng)歷,對如何改進該課程教材質量做了初步分析與探索。
一、目前電路課程教材使用現(xiàn)狀
目前電路課程的教材有很多,其中使用較多的主要有邱關源教授等主編的《電路》、李翰蓀教授等主編的《電路分析基礎》等教材,但這些教材普遍存在重理論分析、輕實踐應用,以及知識更新慢等現(xiàn)象,本文對比中外電路課程教材使用現(xiàn)狀,提出了我國電路課程教材主要存在以下三個方面的問題:
第一,我國教材普遍存在重理論分析、輕實踐應用的現(xiàn)象。在教材內(nèi)容上,我國電路教材更傾向于講解電路的基本原理、分析計算,如基爾霍夫定理、戴維寧定理、回路電流法等,這些內(nèi)容對加強學生對電路的分析理解很有幫助,但卻忽視或弱化了這些定理的實際應用,學生在學完這些定理后,對其實際應用感受不深;但目前在國外的教材中已加入了大量的工程實例,也更加注重理論聯(lián)系實際,如F.Ulaby教授等主編出版的《Circuits》引入了當代電路的基本元件和現(xiàn)代電路分析方法,使用了大量的工程實例、數(shù)值仿真軟硬件;相比而言,我國教材在實際應用方面還比較欠缺,對于理論與實際的結合還比較少,導致我國學生在實際應用方面能力偏弱,應在將來的教材改革方面重點加入相關的實際應用內(nèi)容。
第二,一般而言,教材上的知識總是滯后于技術,但這種滯后時間不能太長,否則將會阻礙學生的發(fā)展。在我國,教材的編寫、發(fā)行是一個漫長的過程,一個版本的教材往往要使用好幾年時間,而且為了保證教材在各個學校的通用性,作者在編寫教材時通常選擇通用性、基礎性的知識點,無法或很少加入最新的研究動態(tài),對教材內(nèi)容的隨時更新更無從談起。同時,各個學校的專業(yè)特色有所不同,這類教材無法加入其專業(yè)特色方面的知識點。而發(fā)達國家的大學老師能更便利地從科研單位、企業(yè)掌握最新的科技動態(tài),幾乎每年都會在自己使用的教材中加入最新的研究成果,使學生能掌握最新的科技前沿,了解目前的電路科技發(fā)展趨勢,畢業(yè)后能更好地融于現(xiàn)代電路的潮流中。但在我國由于教師本身的科研水平參差不齊、學校對于教學的各種限制、發(fā)達國家對我國的技術封鎖、教學學時較少等原因,教師很少在教學中加入最新的技術,即使加入這些最新的技術也只是簡單的介紹,使學生缺乏對現(xiàn)代電路技術的有效了解。
第三,現(xiàn)代電路的設計思路已發(fā)生了很大改變,基本元器件及其設計結構也發(fā)生了根本性的變化,實際電路也不再是由電阻、電感、電容等分立元件構成的簡單電路,數(shù)字電路、集成電路以及計算機輔助分析在現(xiàn)代電路中得到了廣泛的應用,但目前我國的教材還是局限于這些電阻、電感、電容等基本的元器件組成的電路,還是采用列方程求解的陳舊分析方法,沒有將現(xiàn)代電路的設計理念和先進的計算機分析計算方法引入電路教材中,使教材與現(xiàn)代電路的知識有些脫節(jié);而在國外的教材中,已大量將電路和電子技術結合起來,針對現(xiàn)代電路的發(fā)展趨勢,將非線性、時變、有源等加入了電路教材中,如A. Agarwal等主編的《foundations of Analog and Digital Electronic Circuits》全面引入了MOS場效應管,并對模擬和數(shù)值電路進行了基礎分析,使電路和電子學的基本元件有機結合起來,更好地適應現(xiàn)代電路技術的發(fā)展。
為了使培養(yǎng)的學生能緊跟世界電路發(fā)展的科技潮流,針對目前國內(nèi)外電路教材上的差異,必須對現(xiàn)有電路教材的不足進行改進,促進我國電路教材的改革與完善。
二、改進措施
針對目前電路課程教材使用現(xiàn)狀和不足,本文認為應該采取如下幾點措施促進電路課程教材改革:
1.對電路教材內(nèi)容重新定位
電路是一門理論性很強的課程,但同時也是一門實踐性很強的課程,但目前在教學中老師普遍更側重對電路原理的分析,主要是給學生講解怎樣去分析電路、列方程式求解,容易使學生誤以為列方程式就可以解決電路所有問題。同時,現(xiàn)代電路的設計思路已發(fā)生很大改變,現(xiàn)代電路的基本元件及其結構也發(fā)生了根本性的變化,實際電路也不再是由電阻、電感、電容等分立元件構成的簡單電路,數(shù)字電路、集成電路以及計算機輔助分析得到了廣泛的應用,在教學過程中應加強這些方面的介紹,與之對應的也應該對教材內(nèi)容進行重新定位,加強對現(xiàn)代電路分析方法、設計理念的介紹,淘汰或精簡一些陳舊的內(nèi)容,引入新的設計方法和分析方法。將電路課程重新定位到理論與實踐并重,普通元器件與現(xiàn)代數(shù)字、集成電路元器件并重,傳統(tǒng)分析方法與現(xiàn)代計算機輔助分析方法并重,使電路課程的知識面更廣,更具有時代特色。
2.對教材內(nèi)容進行合理組織
各個高校電路課程的教學課時在不停地減少,而教材上需要講解的內(nèi)容很多,在這種形勢下,筆者認為應該對教材的內(nèi)容進行精簡,合理組織。比如電路分析方法這一部分,在教材中涉及到了支路電流法、網(wǎng)孔電流法、回路電流法、結點電壓法四種方法,這些都只是對電路的不同分析求解方法,各有各的優(yōu)缺點,在教材的編寫上可以將這些方法進行更合理的組織,先進行統(tǒng)一介紹,分析各自的適用條件及其優(yōu)缺點,然后選取一些典型的例題進行應用,讓學生能學會針對不同的電路選取最優(yōu)的求解方法。課后習題也沒有必要要求學生應用指定的方法求解,縮減課后習題量,只要學生能靈活應用這些方法求解就行。對教材內(nèi)容進行重新編排、合理組織,不要片面地追求讓學生掌握所有的方法,要側重于讓學生靈活掌握,能選擇最優(yōu)方法即可。
3.在理論知識后面加入更多的實際應用電路
理論必須與實踐相結合,目前學生普遍存在動手能力差的現(xiàn)象,究其原因還是教材太偏向理論,學生對實際應用缺乏了解。目前的電路教材大多偏向理論的分析,忽視或弱化了電路的實際應用。有些老師在教學中經(jīng)常認為,只有學生掌握了基本的理論知識,才能進行實際的應用。這種觀點沒錯,但卻忽視了理論與實際的有機結合,忽視了學生學習各門課程的時間差異,當他們學習實踐方面的課程時有可能已經(jīng)忘了所學理論知識,使理論與實踐脫節(jié)。筆者認為在教材的編寫中,應更多地加入一些實際電路,在講完理論之后,接著就分析一些實際電路,讓學生能立刻知道所學電路原理的應用,同時通過實際電路的分析也能進一步鞏固所學理論知識。正如目前國外的各種電路教材中都已加入了大量的工程實例,使學生在學習理論的同時大量接觸實際例子,理論能和實踐更好地結合,學生也能更快地融入真實的電路設計、制作與應用中,起到提高學生動手能力的作用,增強學生的國際競爭力。
4.引進先進的電路技術,加快教材內(nèi)容更新速度
相比國外教材的更新速度,我國教材的更新較慢。發(fā)達國家的大學老師能更方便地從科研單位、企業(yè)掌握最新的科技動態(tài),幾乎每年都會在自己使用的教材中加入最新的研究成果,使學生能掌握最新的科技前沿,了解目前電路的發(fā)展趨勢;但在我國,教材的編寫、發(fā)行是一個漫長的過程,一個版本的教材往往要使用好幾年時間,而且為了保證教材在各個學校的通用性,編者在編寫教材時通常只會選擇通用性的知識點,無法或很少加入最新的研究動態(tài),對教材內(nèi)容的隨時更新更無從談起;而且由于我國教師本身的科研水平參差不齊、學校對于教學的各種限制、發(fā)達國家對我國的技術封鎖等原因,教師很少能在教學中加入最新的技術,即使加入這些最新的技術也只是簡單的介紹,使學生缺乏對現(xiàn)代電路技術的有效了解。筆者認為應該改變這種局面,加快教材的發(fā)行更新,鼓勵有能力的老師自編教材,并結合自己學校的專業(yè)特色,在電路基本理論的基礎上,將最新的電路理論、科技動態(tài)等新知識加進教材,使學生能掌握最新的電路技術,緊跟時展趨勢,不至于等學生學完電路課程后發(fā)現(xiàn)所學的已經(jīng)跟不上現(xiàn)代電路科技。
5.變革實驗教材內(nèi)容,改進實驗方法
作為教材的一部分,實驗教材的改進也尤為重要。實驗是電路教學很重要的一個環(huán)節(jié),但目前很多學校普遍都采用實驗教學平臺進行一些簡單的驗證性實驗,如戴維寧定理的驗證等;實驗教材也采用與實驗平臺配套的實驗指導書,這極大地方便了學生實驗的便利性,但卻弱化了對學生實際動手能力的培養(yǎng)。針對這種現(xiàn)象,筆者建議對實驗教材和設備進行改革,在基本實驗的基礎上更側重加入一些應用型實驗,在教材內(nèi)容上引導學生按照現(xiàn)代電路設計的要求,自己動手設計并制作電路,而不是簡單地在實驗教學平臺上去插線、接線,這樣可以讓學生對元器件、實際電路的設計與制作都有更深的認識,為將來的工作打下基礎,切實增強學生實際動手能力的培養(yǎng)。
三、結語
要建設世界一流的大學,提高教學質量是關鍵,而要提高教學質量,教材的改革必須先行。作為電氣專業(yè)核心基礎課的電路教材,也應適應時代的發(fā)展,做出相應的改進與完善,對教材內(nèi)容進行不斷更新,更多地介紹現(xiàn)代電路元器件和工程實例,精簡或淘汰一些過時的內(nèi)容,引進國內(nèi)外最新的電路知識和設計思路,使教材能更好地體現(xiàn)現(xiàn)代電路的發(fā)展動態(tài)和趨勢,讓學生能更好地順應時代的發(fā)展,在學習理論的同時切實提高學生的實際動手能力。
參考文獻:
[1]邱關源,羅先覺.電路[M].北京:高等教育出版社,2013.
[2]李翰蓀.電路分析基礎[M].北京:高等教育出版社,2011.
[3]龔紹文,鄭君里,于歆杰.電路課程歷史、現(xiàn)狀和前景[J].電氣電子教學學報,2011,(6).