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摘要:“电磁兼容理论”课程是电气和电子类工程师必备的专业知识,具有理论深和工程实践性强的特点。为充分调动学生的学习兴趣和综合运用知识的能力,课题组从教学内容、教学方法及手段和实验实践环节等方面对该课程的教学改革进行了探索。实践表明,该教学改革取得了良好的教学效果。
关键词:电磁兼容;案例分析;专题讨论
作者简介:雷绍兰(1971-),女,四川广安人,重庆理工大学电子信息学院,讲师,工学博士,主要研究方向:电力负荷预测、电力系统运行与控制;刘述喜(1970-),男,湖南邵阳人,重庆理工大学电子信息学院,副教授,工学硕士,主要研究方向:电力电子与电力传动。(重庆 400050)
基金项目:本文系重庆理工大学博士启动金资助项目(项目编号:076026)的研究成果。
“电磁兼容理论”是电气和电子工程技术人员必备的专业基础知识。它是在掌握电路理论和电磁场理论的基础之上,通过电磁干扰源的特性分析、电磁干扰信号耦合机理分析和电子设备及系统敏感机理分析,介绍电磁兼容(EMC)的设计方法、技术途径、预测方法、实验技术和有关标准,具有理论联系实际密切、工程实践性较强、知识内容庞大、新内容不断更新等特点。如何在有限学时内使学生较好地掌握课程内容,获得最佳教学效果,最大限度培养学生的工程实践能力和创新能力,增强学生学习兴趣,是一项急需解决的问题。因此,课程组根据教学大纲要求,从课程特点、教学内容、教学方法及手段、实验实践环节等方面对该课程教学改革进行了探索。
一、“电磁兼容理论”课程的特点
“电磁兼容理论”课程以电磁场理论、电路基础、电子线路等课程为基础背景,研究在电气、电子设备下电磁干扰和抑制技术、电磁兼容标准与测试技术等。学生通过该课程的学习,能系统地掌握电磁兼容的基本原理、电磁干扰抑制的基本方法以及电磁兼容测试技术,正确理解电磁兼容的基本概念,掌握电磁兼容的原理和方法,能解决实际中的各种电磁兼容问题。
“电磁兼容理论”课程主要涉及电子、电器、医疗、电力、无线电等行业,知识集成度高,要求知识面广,因此讲授起来难度较大,学生理解起来也比较困难。在授课过程中,需要综合有关课程的基本内容,将学生已经学到的知识通过本课程有机地、和谐地结合在一起。
随着现代科学技术的发展和自动化程度的提高,电气和电子设备的数量、种类不断增加,空间电磁环境变得日益复杂。在这种复杂的电磁环境下,各种设备相互间的电磁干扰将影响其正常工作,同时恶劣的电磁环境也对人类及生态产生不良影响,这是各个企业和用户急需解决的问题。因此急需培养学生对实际生活中遇到的电磁现象进行定性、定量分析及判断的能力,为今后解决工程实际问题打下基础。掌握电磁兼容的基本理论和方法,对工科电气、电子工程类学生很有必要,也是一名合格的电气、电子工程师必须具备的知识结构中的组成部分。
二、优化教学内容
1.精练教学内容
电磁兼容问题是以电磁场理论为基础,包括信息、电工、电子、通信等学科的边缘科学,要求的基础知识面广,但要在有限的课时内让学生全面掌握是很困难的,这就要求授课老师精练教学内容。即在授课之前,授课老师应结合当前国际国内电磁兼容发展状况进行分析和调研,再实时更新或精选授课内容,注重学生工程应用能力的培养,并根据课程各章节的特点采取不同形式的讲授方式,以培养学生的素质和能力。
“电磁兼容理论”课程的主要内容分为四部分,其中第一部分内容——电磁兼容的基本原理是基本知识,需要重点讲解和学习。主要讲述的是电磁兼容的基本概念、电磁骚扰形成的机理、传播的途径等。随着计算机的普及,很多学生对电磁兼容的概念已不陌生,比如兼容机就涉及了一定的电磁兼容,主要的问题是对电磁骚扰形成机理和传播途径的理解和掌握,这要用到以前学过的电磁场、电路基础等知识点。在讲授电磁骚扰形成机理时,主要抓住电场和磁场产生的基本原理,分析电场和磁场的耦合机理,而在讲授电磁骚扰传播的途径时,应从电磁干扰的三要素入手,缺一不可,再依据电路结构和元器件特性进行分析,使学生做到条理清楚、概念明确。
第二部分内容是电磁干扰的抑制方法,也是需要重点讲解和学习的内容,它是工程应用如产品设计、开发、应用的基础。主要讲述抗电磁干扰技术,包括屏蔽技术、滤波技术、接地和搭接技术等。由于这部分内容具有较强的工程实践性,故在讲授这些内容时,可以结合工程设计和应用进行讲解,让学生对该知识点的应用有一定了解,也易于他们更深入地掌握。
第三部分内容是电磁兼容标准与测量,需要学生了解国内外有哪些电磁兼容的标准和测量方法。主要讲述电磁兼容国际、国内有关组织和标准,目前电磁兼容的主要测量内容和方法。这部分内容难度系数低,学生理解起来相对容易,但在测量方法上如果仅限于课本的讲解学生很难有系统的了解。如果条件允许,让学生结合实际的实验设备及测量设备等实物来学习能更系统地掌握这部分内容,也有益于对电磁兼容原理的理解。
第四部分内容是电磁兼容的应用,是学生比较关心和感兴趣的内容,是理论与实践的紧密结合。主要讲述电磁兼容在电子设备、电力电子装置、电力系统、通信系统以及计算机系统中的设计方法和应注意的问题。在这部分内容中,一方面可以使学生回顾或加深对电磁兼容基本原理和抗电磁干扰抑制措施的理解,另一方面也使学生对所学知识的应用有所了解和掌握,为今后的就业和发展打下基础。为了加深学生对电磁兼容的理解和认识,帮助他们更好地确定自己从事的方向,除了老师深入浅出的课堂讲授外,还可请专职工程师对着实物现场讲授,使学生们能亲身体验和感受到电磁兼容的重要性及相关措施的必要性,开阔他们的眼界,调动他们学习的积极性。
2.增加最新技术的教学
随着现代新技术的应用,产品的种类不断增加,相应的测量设备和方法不断更新,电磁兼容标准的要求也越来越严格。因此教学也必须紧跟技术的发展动态,结合现有的教学内容将逐渐成熟的、应用领域扩大的以及最新的技术介绍给学生。
三、改进教学方法和手段
1.案例分析导入式教学法
课堂教学是目前课程教学体系中的重要环节,教学质量的提高,重要的是教学方法和教学手段。如果“电磁兼容理论”课程的教学内容都依据现有的国内外电磁兼容教材,以满堂灌为主,就会降低听课效果,导致学生学习兴趣衰退。而特有的基于实际例子和特色案例的学习比较易于理解和掌握,尤其适合电磁兼容这门综合性学科的学习,可以使学生在实际应用分析中,充分体会到电磁兼容性设计在产品开发中的重要性,进一步提高学生对电磁兼容基础理论知识的认识和理解。
案例分析导入法是利用对案例的分析导入问题、概念、方法、原理等,即案例描述→问题导入→原因分析(涉及概念和基本原理等)→改进措施。为了调动学生的积极性和主动性,使学生掌握所要求的知识和技能,提高学习效率,针对学生难以理解的各章节主要内容或基本原理,先通过现实案例或声像图片提出问题让学生围绕问题进行思考,然后分析原因,导入原理的讲解和学习。例如在讲解电磁干扰传播途径时可引入案例“某探测设备在探测元件无输入信号时,其输出端信号峰值为50.8mV,远远超过了该探测设备输出端最小探测信号电压峰峰值4.0mV的要求,致使整个设备无法正常工作”,提出问题“探测设备在无输入信号时为什么会有极大的输出量值?”学生会被案例或问题吸引,并进行思考。紧接着对案例或问题进行分析,得出所要教学的电磁干扰传播途径、耦合机理和抑制方法等,学生在脑海里已有了一个现实的例子,就能较容易地理解。如果开始就给出电磁干扰传播的基本原理和方法,学生对这一抽象概念很难理解,容易失去学习的兴趣。另外,在选择案例或设置问题时,要围绕课程主要章节的重点内容或难以理解的原理和方法进行设置,注意体现教学内容的连贯性。
通过案例教学法不仅可以巩固学生对所学课程理论的理解,为综合运用所学知识解决实际问题做好准备,而且还能给学生创造一个身临其境的感觉,激发其学习的积极性。实践表明,该方法可以帮助学生们由浅入深,化难为易,提高学习效率。
2.专题讨论式教学法
专题讨论式教学法是在课堂教学活动中,围绕某一教学内容或实际问题,由老师或学生提出,或者由师生共同提出,以课堂讨论为主要形式,让学生主动获取知识,进行自我教育的一种教学方法与教学模式,其教学流程如图1所示。其关键是确定课堂讨论的问题。要取得良好的教学效果,关键是教师要为学生创设良好的讨论条件,激发学生讨论的热情。
“电磁兼容理论”课程是一门综合性交叉学科,覆盖面广,应用领域多。因此,在讲授电磁兼容应用设计时采用专题讨论式教学比较适合,比如可以分别针对电子信息、通信系统、电力系统等领域进行电磁兼容设计的讨论。在讨论之前根据电磁兼容的不同应用领域,分组布置学生查找某一个或几个专题的有关资料,充分发挥学生查找资料的能力和主观能动性,调动他们学习的积极性、主动性和创造性。然后让每组学生在课前或课堂与教师或相互之间讨论探究,达到拓展他们的思路、各抒己见、取长补短的目的,促进学生素质和能力的协调发展。同时,每组学生也可以推举一两个学生在讲台上给大家讲解他的理解和思路。对发言学生可以给予一定的奖励,比如给平时成绩适当加分。在整个讨论过程中,授课老师应掌握方向,使整个讨论始终在正确的轨道上,了解学生的发展水平,确定课堂讨论的目标,最后进行总结。
3.加强实验和实践教学
鉴于本课程很强的工程应用背景以及在产品开发设计中的重要性,将实验设计环节与实际应用密切结合,并通过校内外实习基地在实践环节切实地提高学生学习和科研的能力。
实验不仅有利于加深学生对所学内容的理解,而且也是拓展思维、开发创新的途径。为了进一步培养学生的实践和创新能力,开设必要的实验课程,并对学生开放,使学生的创新成果或想法得到验证。鼓励学生根据自己的思路设计实验方案,并在专任教师指导下进行实验。为加强学生的感性认识,可适当增加校外实践教学环节,让学生到实地参观电磁兼容设计方法在整个设计、生产过程中的应用。
参考文献:
[1]邵如平,方志,郝丽丽.“高电压技术”教学改革的探索[J].中国电力教育,2008,(4):64-65.
[2]王美仙,杨宇.“电力系统分析”课程教学与实践[J].中国电力教育,2008,(10):70-71.
[3]徐瑜,刘庆.专题讨论式教学法在“工厂供电”课程的实践与探索[J].中国电力教育,2008,(11):83-84.
[4]孙玉彤.电磁兼容技术在电力自动化系统中的应用分析[J].广东科技,2008,(6):117-118.
[5]陈凌.管理类课程的“导入式”教学模式探索[J].中国电力教育,2008,(11):64-65.
(责任编辑:刘辉)
关键词:电磁兼容;案例分析;专题讨论
作者简介:雷绍兰(1971-),女,四川广安人,重庆理工大学电子信息学院,讲师,工学博士,主要研究方向:电力负荷预测、电力系统运行与控制;刘述喜(1970-),男,湖南邵阳人,重庆理工大学电子信息学院,副教授,工学硕士,主要研究方向:电力电子与电力传动。(重庆 400050)
基金项目:本文系重庆理工大学博士启动金资助项目(项目编号:076026)的研究成果。
“电磁兼容理论”是电气和电子工程技术人员必备的专业基础知识。它是在掌握电路理论和电磁场理论的基础之上,通过电磁干扰源的特性分析、电磁干扰信号耦合机理分析和电子设备及系统敏感机理分析,介绍电磁兼容(EMC)的设计方法、技术途径、预测方法、实验技术和有关标准,具有理论联系实际密切、工程实践性较强、知识内容庞大、新内容不断更新等特点。如何在有限学时内使学生较好地掌握课程内容,获得最佳教学效果,最大限度培养学生的工程实践能力和创新能力,增强学生学习兴趣,是一项急需解决的问题。因此,课程组根据教学大纲要求,从课程特点、教学内容、教学方法及手段、实验实践环节等方面对该课程教学改革进行了探索。
一、“电磁兼容理论”课程的特点
“电磁兼容理论”课程以电磁场理论、电路基础、电子线路等课程为基础背景,研究在电气、电子设备下电磁干扰和抑制技术、电磁兼容标准与测试技术等。学生通过该课程的学习,能系统地掌握电磁兼容的基本原理、电磁干扰抑制的基本方法以及电磁兼容测试技术,正确理解电磁兼容的基本概念,掌握电磁兼容的原理和方法,能解决实际中的各种电磁兼容问题。
“电磁兼容理论”课程主要涉及电子、电器、医疗、电力、无线电等行业,知识集成度高,要求知识面广,因此讲授起来难度较大,学生理解起来也比较困难。在授课过程中,需要综合有关课程的基本内容,将学生已经学到的知识通过本课程有机地、和谐地结合在一起。
随着现代科学技术的发展和自动化程度的提高,电气和电子设备的数量、种类不断增加,空间电磁环境变得日益复杂。在这种复杂的电磁环境下,各种设备相互间的电磁干扰将影响其正常工作,同时恶劣的电磁环境也对人类及生态产生不良影响,这是各个企业和用户急需解决的问题。因此急需培养学生对实际生活中遇到的电磁现象进行定性、定量分析及判断的能力,为今后解决工程实际问题打下基础。掌握电磁兼容的基本理论和方法,对工科电气、电子工程类学生很有必要,也是一名合格的电气、电子工程师必须具备的知识结构中的组成部分。
二、优化教学内容
1.精练教学内容
电磁兼容问题是以电磁场理论为基础,包括信息、电工、电子、通信等学科的边缘科学,要求的基础知识面广,但要在有限的课时内让学生全面掌握是很困难的,这就要求授课老师精练教学内容。即在授课之前,授课老师应结合当前国际国内电磁兼容发展状况进行分析和调研,再实时更新或精选授课内容,注重学生工程应用能力的培养,并根据课程各章节的特点采取不同形式的讲授方式,以培养学生的素质和能力。
“电磁兼容理论”课程的主要内容分为四部分,其中第一部分内容——电磁兼容的基本原理是基本知识,需要重点讲解和学习。主要讲述的是电磁兼容的基本概念、电磁骚扰形成的机理、传播的途径等。随着计算机的普及,很多学生对电磁兼容的概念已不陌生,比如兼容机就涉及了一定的电磁兼容,主要的问题是对电磁骚扰形成机理和传播途径的理解和掌握,这要用到以前学过的电磁场、电路基础等知识点。在讲授电磁骚扰形成机理时,主要抓住电场和磁场产生的基本原理,分析电场和磁场的耦合机理,而在讲授电磁骚扰传播的途径时,应从电磁干扰的三要素入手,缺一不可,再依据电路结构和元器件特性进行分析,使学生做到条理清楚、概念明确。
第二部分内容是电磁干扰的抑制方法,也是需要重点讲解和学习的内容,它是工程应用如产品设计、开发、应用的基础。主要讲述抗电磁干扰技术,包括屏蔽技术、滤波技术、接地和搭接技术等。由于这部分内容具有较强的工程实践性,故在讲授这些内容时,可以结合工程设计和应用进行讲解,让学生对该知识点的应用有一定了解,也易于他们更深入地掌握。
第三部分内容是电磁兼容标准与测量,需要学生了解国内外有哪些电磁兼容的标准和测量方法。主要讲述电磁兼容国际、国内有关组织和标准,目前电磁兼容的主要测量内容和方法。这部分内容难度系数低,学生理解起来相对容易,但在测量方法上如果仅限于课本的讲解学生很难有系统的了解。如果条件允许,让学生结合实际的实验设备及测量设备等实物来学习能更系统地掌握这部分内容,也有益于对电磁兼容原理的理解。
第四部分内容是电磁兼容的应用,是学生比较关心和感兴趣的内容,是理论与实践的紧密结合。主要讲述电磁兼容在电子设备、电力电子装置、电力系统、通信系统以及计算机系统中的设计方法和应注意的问题。在这部分内容中,一方面可以使学生回顾或加深对电磁兼容基本原理和抗电磁干扰抑制措施的理解,另一方面也使学生对所学知识的应用有所了解和掌握,为今后的就业和发展打下基础。为了加深学生对电磁兼容的理解和认识,帮助他们更好地确定自己从事的方向,除了老师深入浅出的课堂讲授外,还可请专职工程师对着实物现场讲授,使学生们能亲身体验和感受到电磁兼容的重要性及相关措施的必要性,开阔他们的眼界,调动他们学习的积极性。
2.增加最新技术的教学
随着现代新技术的应用,产品的种类不断增加,相应的测量设备和方法不断更新,电磁兼容标准的要求也越来越严格。因此教学也必须紧跟技术的发展动态,结合现有的教学内容将逐渐成熟的、应用领域扩大的以及最新的技术介绍给学生。
三、改进教学方法和手段
1.案例分析导入式教学法
课堂教学是目前课程教学体系中的重要环节,教学质量的提高,重要的是教学方法和教学手段。如果“电磁兼容理论”课程的教学内容都依据现有的国内外电磁兼容教材,以满堂灌为主,就会降低听课效果,导致学生学习兴趣衰退。而特有的基于实际例子和特色案例的学习比较易于理解和掌握,尤其适合电磁兼容这门综合性学科的学习,可以使学生在实际应用分析中,充分体会到电磁兼容性设计在产品开发中的重要性,进一步提高学生对电磁兼容基础理论知识的认识和理解。
案例分析导入法是利用对案例的分析导入问题、概念、方法、原理等,即案例描述→问题导入→原因分析(涉及概念和基本原理等)→改进措施。为了调动学生的积极性和主动性,使学生掌握所要求的知识和技能,提高学习效率,针对学生难以理解的各章节主要内容或基本原理,先通过现实案例或声像图片提出问题让学生围绕问题进行思考,然后分析原因,导入原理的讲解和学习。例如在讲解电磁干扰传播途径时可引入案例“某探测设备在探测元件无输入信号时,其输出端信号峰值为50.8mV,远远超过了该探测设备输出端最小探测信号电压峰峰值4.0mV的要求,致使整个设备无法正常工作”,提出问题“探测设备在无输入信号时为什么会有极大的输出量值?”学生会被案例或问题吸引,并进行思考。紧接着对案例或问题进行分析,得出所要教学的电磁干扰传播途径、耦合机理和抑制方法等,学生在脑海里已有了一个现实的例子,就能较容易地理解。如果开始就给出电磁干扰传播的基本原理和方法,学生对这一抽象概念很难理解,容易失去学习的兴趣。另外,在选择案例或设置问题时,要围绕课程主要章节的重点内容或难以理解的原理和方法进行设置,注意体现教学内容的连贯性。
通过案例教学法不仅可以巩固学生对所学课程理论的理解,为综合运用所学知识解决实际问题做好准备,而且还能给学生创造一个身临其境的感觉,激发其学习的积极性。实践表明,该方法可以帮助学生们由浅入深,化难为易,提高学习效率。
2.专题讨论式教学法
专题讨论式教学法是在课堂教学活动中,围绕某一教学内容或实际问题,由老师或学生提出,或者由师生共同提出,以课堂讨论为主要形式,让学生主动获取知识,进行自我教育的一种教学方法与教学模式,其教学流程如图1所示。其关键是确定课堂讨论的问题。要取得良好的教学效果,关键是教师要为学生创设良好的讨论条件,激发学生讨论的热情。
“电磁兼容理论”课程是一门综合性交叉学科,覆盖面广,应用领域多。因此,在讲授电磁兼容应用设计时采用专题讨论式教学比较适合,比如可以分别针对电子信息、通信系统、电力系统等领域进行电磁兼容设计的讨论。在讨论之前根据电磁兼容的不同应用领域,分组布置学生查找某一个或几个专题的有关资料,充分发挥学生查找资料的能力和主观能动性,调动他们学习的积极性、主动性和创造性。然后让每组学生在课前或课堂与教师或相互之间讨论探究,达到拓展他们的思路、各抒己见、取长补短的目的,促进学生素质和能力的协调发展。同时,每组学生也可以推举一两个学生在讲台上给大家讲解他的理解和思路。对发言学生可以给予一定的奖励,比如给平时成绩适当加分。在整个讨论过程中,授课老师应掌握方向,使整个讨论始终在正确的轨道上,了解学生的发展水平,确定课堂讨论的目标,最后进行总结。
3.加强实验和实践教学
鉴于本课程很强的工程应用背景以及在产品开发设计中的重要性,将实验设计环节与实际应用密切结合,并通过校内外实习基地在实践环节切实地提高学生学习和科研的能力。
实验不仅有利于加深学生对所学内容的理解,而且也是拓展思维、开发创新的途径。为了进一步培养学生的实践和创新能力,开设必要的实验课程,并对学生开放,使学生的创新成果或想法得到验证。鼓励学生根据自己的思路设计实验方案,并在专任教师指导下进行实验。为加强学生的感性认识,可适当增加校外实践教学环节,让学生到实地参观电磁兼容设计方法在整个设计、生产过程中的应用。
参考文献:
[1]邵如平,方志,郝丽丽.“高电压技术”教学改革的探索[J].中国电力教育,2008,(4):64-65.
[2]王美仙,杨宇.“电力系统分析”课程教学与实践[J].中国电力教育,2008,(10):70-71.
[3]徐瑜,刘庆.专题讨论式教学法在“工厂供电”课程的实践与探索[J].中国电力教育,2008,(11):83-84.
[4]孙玉彤.电磁兼容技术在电力自动化系统中的应用分析[J].广东科技,2008,(6):117-118.
[5]陈凌.管理类课程的“导入式”教学模式探索[J].中国电力教育,2008,(11):64-65.
(责任编辑:刘辉)