本書第一章從科學(xué)實(shí)驗(yàn)及其重要作用入手,闡明了電路實(shí)驗(yàn)課開設(shè)的意義、目的與教學(xué)總目標(biāo),概述了電路實(shí)驗(yàn)基本過程及要求;第二章介紹了電路實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí),包含電路常用元器件、測(cè)量的基本方式和方法、測(cè)量誤差與數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)室安全用電、實(shí)驗(yàn)故障分析與排除;第三章由11個(gè)基礎(chǔ)測(cè)量型實(shí)驗(yàn)組成;第四章由6個(gè)測(cè)試歸納型實(shí)驗(yàn)組成;第五章由6個(gè)綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)組成。附錄1和附錄2分別介紹了主要測(cè)量?jī)x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(duì)電路實(shí)驗(yàn)課程開展“電路及測(cè)試基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)目標(biāo)體系化研究”等系列教學(xué)改革項(xiàng)目的成果之一。作者在多年授課講義的基礎(chǔ)上,經(jīng)補(bǔ)充整理編寫成本書。
“電路實(shí)驗(yàn)”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(shí)驗(yàn)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(shí)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)”;電路實(shí)驗(yàn)教材中基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)理念也多為由理論指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)測(cè)量,缺少設(shè)計(jì)從實(shí)驗(yàn)測(cè)試到理論歸納的逆向過程的實(shí)驗(yàn),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(shí)驗(yàn)課程教學(xué)目標(biāo)的表述模糊籠統(tǒng),缺乏層級(jí)和可操作性。這樣往往會(huì)造成學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性差,自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰θ酰焕谂囵B(yǎng)適應(yīng)性強(qiáng)、具有創(chuàng)新意識(shí)和能力的高級(jí)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(biāo)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(jì)電路實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)?zāi)J,如何提出教學(xué)目標(biāo)來引導(dǎo)學(xué)生自主實(shí)踐探索,對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量,進(jìn)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(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、歸納總結(jié)能力和綜合設(shè)計(jì)能力,本書進(jìn)行了一系列的改革和探索,形成了體系化、層級(jí)型的教學(xué)目標(biāo),層次化、階梯式的電路實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,并引入了“實(shí)驗(yàn)先于理論”的實(shí)驗(yàn)?zāi)J,使得學(xué)生在電路實(shí)驗(yàn)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(shí)際電路物理系統(tǒng)中通過測(cè)量得到驗(yàn)證和展現(xiàn);另一方面還可以直接通過測(cè)試數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)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(jìn)一步,還能根據(jù)物理系統(tǒng)的功能需求,設(shè)計(jì)出滿足輸入激勵(lì)與輸出響應(yīng)之間約束關(guān)系的電路。
本書分為五章,共計(jì)23個(gè)實(shí)驗(yàn)專題,編寫思路與主要特點(diǎn)如下:
1.體系化、層級(jí)型的教學(xué)目標(biāo)。依據(jù)美國(guó)教育心理學(xué)家布盧姆的教育目標(biāo)分類學(xué),將基礎(chǔ)測(cè)量型和測(cè)試歸納型的每個(gè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)分為三個(gè)層級(jí):①知識(shí)目標(biāo);②技能目標(biāo);③能力目標(biāo)。其中知識(shí)目標(biāo)是基于認(rèn)識(shí)和理解層級(jí)的;技能目標(biāo)是基于應(yīng)用層級(jí)的;能力目標(biāo)是基于分析、綜合和評(píng)價(jià)層級(jí)的。同時(shí),將這些目標(biāo)具體分解、細(xì)化到每個(gè)實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)/自習(xí)與思考、思考與擴(kuò)展、測(cè)試與歸納和實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求中,從而使電路實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)目標(biāo)表述清晰,具有層級(jí)性和可操作性。
2.層次化、階梯式的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容;诮虒W(xué)目標(biāo),在電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,確定了由淺入深、由基礎(chǔ)測(cè)量到綜合設(shè)計(jì)、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(shí)驗(yàn)內(nèi)容分成基礎(chǔ)測(cè)量型、測(cè)試歸納型、綜合設(shè)計(jì)型三個(gè)層次。本書嘗試從實(shí)驗(yàn)原理演繹、實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果歸納兩種思想方法和設(shè)計(jì)理念來組織基礎(chǔ)測(cè)量型和測(cè)試歸納型的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容;從有助于學(xué)生建立信號(hào)轉(zhuǎn)換、傳遞、監(jiān)控等系統(tǒng)的概念來組織綜合設(shè)計(jì)型的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)分析與物理實(shí)證相互融合的電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系,從而將電路實(shí)驗(yàn)由傳統(tǒng)的單一驗(yàn)證原理和掌握操作技術(shù)性實(shí)驗(yàn)拓展為綜合技能訓(xùn)練的實(shí)踐;A(chǔ)測(cè)量型實(shí)驗(yàn)的任務(wù)是學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量操作手段驗(yàn)證所學(xué)到的理論知識(shí)(即從理論分析到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證);測(cè)試歸納型實(shí)驗(yàn)的任務(wù)是學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試以及對(duì)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)測(cè)試到理論歸納);綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的任務(wù)是學(xué)生依據(jù)電路功能的需求,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)滿足技術(shù)指標(biāo)的電路(即從理論到實(shí)踐、再?gòu)膶?shí)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(shí)驗(yàn)入手,循序漸進(jìn)階梯式提高,既訓(xùn)練學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能,加深對(duì)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(shí)驗(yàn)先于理論”的實(shí)驗(yàn)?zāi)J。基礎(chǔ)測(cè)量型實(shí)驗(yàn)的模式是學(xué)生先學(xué)相關(guān)電路理論后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量,重在學(xué)習(xí)基本測(cè)量方法和掌握實(shí)驗(yàn)技能并驗(yàn)證所學(xué)理論,加深對(duì)所學(xué)理論的感性認(rèn)識(shí),本質(zhì)上是運(yùn)用演繹法,即從一般到個(gè)別,普遍到特殊的推理,是認(rèn)識(shí)的具體化過程。而測(cè)試歸納型實(shí)驗(yàn)的模式是學(xué)生在學(xué)習(xí)相應(yīng)電路理論之前先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察,然后從實(shí)驗(yàn)結(jié)果和測(cè)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(shí),即通過個(gè)別認(rèn)識(shí)一般,這種方法實(shí)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(shí)驗(yàn),多次測(cè)試某線性電路響應(yīng)隨激勵(lì)變化的數(shù)據(jù)后,發(fā)現(xiàn)激勵(lì)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(lì)成正比”的結(jié)論。此例就是應(yīng)用了簡(jiǎn)單枚舉歸納法,即根據(jù)對(duì)某類事物部分對(duì)象的觀察,發(fā)現(xiàn)這些對(duì)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(duì)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(shí)踐證明,通過“基礎(chǔ)測(cè)量型實(shí)驗(yàn)”和“測(cè)試與歸納型實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)?zāi)J揭龑?dǎo)學(xué)生體驗(yàn)運(yùn)用演繹法和歸納法這兩種不同的科學(xué)研究方法,對(duì)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(shí)驗(yàn)課概論
1.1 科學(xué)實(shí)驗(yàn)及其重要作用
1.2 電路實(shí)驗(yàn)課開設(shè)的意義與目的
1.3電路實(shí)驗(yàn)類型及其教學(xué)目標(biāo)
1.4 電路實(shí)驗(yàn)的基本過程及要求
第2章電路實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)
2.1 電路常用元器件
2.2測(cè)量的基本知識(shí)
2.3測(cè)量誤差與數(shù)據(jù)處理
2.4實(shí)驗(yàn)室供電系統(tǒng)及安全用電
2.5實(shí)驗(yàn)故障分析與排除
第3章基礎(chǔ)測(cè)量型實(shí)驗(yàn)
3.1 儀表內(nèi)阻的測(cè)定與測(cè)量誤差的計(jì)算
3.2 電路元器件伏安特性的測(cè)繪
3.3運(yùn)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(cè)試
3.5 常用電子儀器的使用與典型電信號(hào)的測(cè)量
3.6 -階電路的瞬態(tài)響應(yīng)測(cè)試
3.7交流電路中元件參數(shù)的測(cè)量
3.8感性電路的測(cè)試及功率因數(shù)的提高
3.9互感的測(cè)量
3. 10三相交流電路的電壓、電流及功率測(cè)量
3. 11 二階電路的響應(yīng)研究
第4章測(cè)試歸納型實(shí)驗(yàn)
4.1 電流定律和電壓定律的自主仿真實(shí)驗(yàn)研究
4.2 電路疊加性、齊次性和互易性的實(shí)驗(yàn)研究
4.3等效電源定理的實(shí)驗(yàn)研究
4.4月、£、C元件阻抗的頻率特性的自主測(cè)定
4.5 RLC諧振電路的實(shí)驗(yàn)研究
4.6二階RC網(wǎng)絡(luò)頻率特性的測(cè)試
第5章綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)
5.1移相器的研究與設(shè)計(jì)
5.2濾波器的研究與設(shè)計(jì)
5.3有源變換器的實(shí)現(xiàn)及其應(yīng)用
5.4溫度測(cè)試與顯示電路的實(shí)現(xiàn)
5.5光報(bào)警定時(shí)器電路的設(shè)計(jì)
5.6波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
附錄A主要測(cè)量?jī)x器使用方法簡(jiǎn)介
附錄B Multisim電路仿真軟件簡(jiǎn)介
參考文獻(xiàn)