本書第一章從科學(xué)實驗及其重要作用入手,闡明了電路實驗課開設(shè)的意義、目的與教學(xué)總目標,概述了電路實驗基本過程及要求;第二章介紹了電路實驗基礎(chǔ)知識,包含電路常用元器件、測量的基本方式和方法、測量誤差與數(shù)據(jù)處理、實驗室安全用電、實驗故障分析與排除;第三章由11個基礎(chǔ)測量型實驗組成;第四章由6個測試歸納型實驗組成;第五章由6個綜合設(shè)計型實驗組成。附錄1和附錄2分別介紹了主要測量儀器和Multisim電路仿真軟件的使用方法。
本書是近年來華東理工大學(xué)對電路實驗課程開展“電路及測試基礎(chǔ)實驗課程教學(xué)目標體系化研究”等系列教學(xué)改革項目的成果之一。作者在多年授課講義的基礎(chǔ)上,經(jīng)補充整理編寫成本書。
“電路實驗”是高等院校電子、電氣和信息工程類本科生的第一門技術(shù)基礎(chǔ)實驗課,其本質(zhì)是數(shù)學(xué)與物理系統(tǒng)(電路)相融合的教學(xué)實踐。傳統(tǒng)的教學(xué)模式一般是“教師先講授理論,學(xué)生再進行實驗”;電路實驗教材中基礎(chǔ)實驗內(nèi)容的設(shè)計理念也多為由理論指導(dǎo)實驗測量,缺少設(shè)計從實驗測試到理論歸納的逆向過程的實驗,而后者更有易于開發(fā)學(xué)生的自主探索興趣和研究潛能。另一方面,電路實驗課程教學(xué)目標的表述模糊籠統(tǒng),缺乏層級和可操作性。這樣往往會造成學(xué)生學(xué)習(xí)主動性差,自主實驗?zāi)芰θ酰焕谂囵B(yǎng)適應(yīng)性強、具有創(chuàng)新意識和能力的高級電子電氣工程技術(shù)人才。隨著新的教育理論、系統(tǒng)論和控制論等被引入教學(xué)領(lǐng)域,通過教學(xué)目標的體系化來改善教學(xué)系統(tǒng)的控制性,已被證明是一條提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率的有效途徑。因此如何設(shè)計電路實驗內(nèi)容和實驗?zāi)J,如何提出教學(xué)目標來引導(dǎo)學(xué)生自主實踐探索,對于提高實驗教學(xué)質(zhì)量,進而提高學(xué)生的綜合素質(zhì)是十分重要的。
為了培養(yǎng)學(xué)生的實驗動手能力、歸納總結(jié)能力和綜合設(shè)計能力,本書進行了一系列的改革和探索,形成了體系化、層級型的教學(xué)目標,層次化、階梯式的電路實驗內(nèi)容,并引入了“實驗先于理論”的實驗?zāi)J,使得學(xué)生在電路實驗過程中,一方面可將電路理論課程中學(xué)到的定理和定律在實際電路物理系統(tǒng)中通過測量得到驗證和展現(xiàn);另一方面還可以直接通過測試數(shù)據(jù)和實驗結(jié)果的分析,歸納總結(jié)出相應(yīng)的電路特性及其理論;更進一步,還能根據(jù)物理系統(tǒng)的功能需求,設(shè)計出滿足輸入激勵與輸出響應(yīng)之間約束關(guān)系的電路。
本書分為五章,共計23個實驗專題,編寫思路與主要特點如下:
1.體系化、層級型的教學(xué)目標。依據(jù)美國教育心理學(xué)家布盧姆的教育目標分類學(xué),將基礎(chǔ)測量型和測試歸納型的每個實驗的教學(xué)目標分為三個層級:①知識目標;②技能目標;③能力目標。其中知識目標是基于認識和理解層級的;技能目標是基于應(yīng)用層級的;能力目標是基于分析、綜合和評價層級的。同時,將這些目標具體分解、細化到每個實驗的預(yù)習(xí)/自習(xí)與思考、思考與擴展、測試與歸納和實驗報告要求中,從而使電路實驗課程教學(xué)目標表述清晰,具有層級性和可操作性。
2.層次化、階梯式的實驗內(nèi)容;诮虒W(xué)目標,在電路實驗教學(xué)中,確定了由淺入深、由基礎(chǔ)測量到綜合設(shè)計、由理論分析到歸納提煉的層次化、階梯式的總體教學(xué)方案,將實驗內(nèi)容分成基礎(chǔ)測量型、測試歸納型、綜合設(shè)計型三個層次。本書嘗試從實驗原理演繹、實驗測試結(jié)果歸納兩種思想方法和設(shè)計理念來組織基礎(chǔ)測量型和測試歸納型的實驗內(nèi)容;從有助于學(xué)生建立信號轉(zhuǎn)換、傳遞、監(jiān)控等系統(tǒng)的概念來組織綜合設(shè)計型的實驗內(nèi)容。以期構(gòu)建傳統(tǒng)方法與現(xiàn)代技術(shù)、硬件操作技能與軟件仿真實驗、數(shù)學(xué)分析與物理實證相互融合的電路實驗教學(xué)體系,從而將電路實驗由傳統(tǒng)的單一驗證原理和掌握操作技術(shù)性實驗拓展為綜合技能訓(xùn)練的實踐;A(chǔ)測量型實驗的任務(wù)是學(xué)生通過實驗測量操作手段驗證所學(xué)到的理論知識(即從理論分析到實驗驗證);測試歸納型實驗的任務(wù)是學(xué)生通過實驗測試以及對實驗結(jié)果和數(shù)據(jù)的分析,歸納總結(jié)出電路的定律、特性和功能(即從實驗測試到理論歸納);綜合設(shè)計型實驗的任務(wù)是學(xué)生依據(jù)電路功能的需求,設(shè)計并實現(xiàn)滿足技術(shù)指標的電路(即從理論到實踐、再從實踐到理論的雙向過程)。這種教學(xué)模式旨在引導(dǎo)學(xué)生從基礎(chǔ)實驗入手,循序漸進階梯式提高,既訓(xùn)練學(xué)生的基本實驗技能,加深對基礎(chǔ)理論的理解掌握,又培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法,開發(fā)學(xué)生自主研究探索的潛能。
3.引入“實驗先于理論”的實驗?zāi)J;A(chǔ)測量型實驗的模式是學(xué)生先學(xué)相關(guān)電路理論后再進行實驗測量,重在學(xué)習(xí)基本測量方法和掌握實驗技能并驗證所學(xué)理論,加深對所學(xué)理論的感性認識,本質(zhì)上是運用演繹法,即從一般到個別,普遍到特殊的推理,是認識的具體化過程。而測試歸納型實驗的模式是學(xué)生在學(xué)習(xí)相應(yīng)電路理論之前先進行實驗測試和實驗現(xiàn)象觀察,然后從實驗結(jié)果和測試數(shù)據(jù)中總結(jié)出相關(guān)的理論公式、電路特性或功能,從而獲得新知識,即通過個別認識一般,這種方法實際上屬于歸納法。例如在4.2節(jié)中,學(xué)生在學(xué)習(xí)齊次定理之前,可以通過仿真實驗,多次測試某線性電路響應(yīng)隨激勵變化的數(shù)據(jù)后,發(fā)現(xiàn)激勵與響應(yīng)之間具有比例關(guān)系,而沒有發(fā)現(xiàn)反例,便可歸納總結(jié)出線性電路“響應(yīng)與激勵成正比”的結(jié)論。此例就是應(yīng)用了簡單枚舉歸納法,即根據(jù)對某類事物部分對象的觀察,發(fā)現(xiàn)這些對象都具有某種屬性,而又沒有遇到相反情況,因此推導(dǎo)出該類事物所有對象都具有某種屬性的一般性結(jié)論的推理方法。多年教學(xué)實踐證明,通過“基礎(chǔ)測量型實驗”和“測試與歸納型實驗”的實驗?zāi)J揭龑?dǎo)學(xué)生體驗運用演繹法和歸納法這兩種不同的科學(xué)研究方法,對培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力和邏輯推理能力、開發(fā)學(xué)生的探索潛能是成功有效的。
……
第1章電路實驗課概論
1.1 科學(xué)實驗及其重要作用
1.2 電路實驗課開設(shè)的意義與目的
1.3電路實驗類型及其教學(xué)目標
1.4 電路實驗的基本過程及要求
第2章電路實驗基礎(chǔ)知識
2.1 電路常用元器件
2.2測量的基本知識
2.3測量誤差與數(shù)據(jù)處理
2.4實驗室供電系統(tǒng)及安全用電
2.5實驗故障分析與排除
第3章基礎(chǔ)測量型實驗
3.1 儀表內(nèi)阻的測定與測量誤差的計算
3.2 電路元器件伏安特性的測繪
3.3運算放大器及其受控電源的構(gòu)建
3.4二端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的測試
3.5 常用電子儀器的使用與典型電信號的測量
3.6 -階電路的瞬態(tài)響應(yīng)測試
3.7交流電路中元件參數(shù)的測量
3.8感性電路的測試及功率因數(shù)的提高
3.9互感的測量
3. 10三相交流電路的電壓、電流及功率測量
3. 11 二階電路的響應(yīng)研究
第4章測試歸納型實驗
4.1 電流定律和電壓定律的自主仿真實驗研究
4.2 電路疊加性、齊次性和互易性的實驗研究
4.3等效電源定理的實驗研究
4.4月、£、C元件阻抗的頻率特性的自主測定
4.5 RLC諧振電路的實驗研究
4.6二階RC網(wǎng)絡(luò)頻率特性的測試
第5章綜合設(shè)計型實驗
5.1移相器的研究與設(shè)計
5.2濾波器的研究與設(shè)計
5.3有源變換器的實現(xiàn)及其應(yīng)用
5.4溫度測試與顯示電路的實現(xiàn)
5.5光報警定時器電路的設(shè)計
5.6波形發(fā)生器的設(shè)計與實現(xiàn)
附錄A主要測量儀器使用方法簡介
附錄B Multisim電路仿真軟件簡介
參考文獻