引入思政元素的“电路理论”课程教学探讨

［摘 要］ “电路理论”是电气工程及其自动化等专业的重要专业基础课程，是学生学习后续专业知识的入门课，具有非常重要的地位。怎样根据教育部的要求，挖掘本课程的思政元素，把思想政治教育贯穿人才培养体系是这门课程教师面临的重要课题。根据“电路理论”课程的知识体系和特点，提出融入思政元素的课程教学，同时根据“电路理论”的基础地位，找出该课程与其他课程的关联，引出关联课程的思政点，并将其融入教学实践，用于塑造大学生的世界观、人生观和价值观，以期为高校课程教学改革与实践提供参考与借鉴。

［关键词］ 思政元素；教学改革；教学实践

［基金项目］ 2021年度中南大学课程思政建设研究项目“大自动化类电类基础课程‘电路’课程思政研究与实践”（2021KCSZ037）

［作者简介］ 陈 宁（1970—），女，湖南长沙人，工学博士，中南大学自动化学院教授，主要从事电路理论教育研究；胡燕瑜（1968—），男，湖南安化人，工学硕士，中南大学自动化学院副教授，主要从事电路理论教育研究；王一军（1963—），男，辽宁台安人，工学博士，中南大学自动化学院教授，主要从事交通领域信息技术方向教育研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）25-0132-04 ［收稿日期］ 2022-08-23

为了提高高校人才培养质量，充分发挥好课程的育人作用，2020年5月，教育部印发了《高等学校课程思政建设指导纲要》，要求高校全面推进高校课程思政建设，把思想政治教育贯穿人才培养体系［1］。“电路理论”课程作为一门非常重要的专业基础课程，在众多工科类学科中广泛开设。“电路理论”课程体系严谨、理论性强，是后续“数字电子技术”“模拟电子技术”“自动控制原理”“数字信号处理”“传感器与检测技术”和“电力系统”等相关专业课程的重要基础。如何挖掘“电路理论”中的思政元素，将这门课程的思想政治教育与知识培养体系贯穿、渗透、融合，实现潜移默化、润物无声的教学效果，同时，将相关的后续专业课程做适当引入，调动学生学习的积极性，实现学生能力培养与价值引导的有机统一，成为当前“电路理论”课程教师所面临的重要研究课题。

一、“电路理论”课程的体系分析

“电路理论”课程的主要内容是研究电路的模型、电路的基本定律和定理，讨论电路的各种分析方法。“电路理论”课程可以分成四个模块：直流电路、交流电路、过渡过程电路、二端口网络与集成电阻电路。直流电路的理论体系和分析方法贯穿整个课程的教学过程，是中学物理和大学物理电学部分在加入高等数学知识的基础上进行的扩展和深入。交流电路是与生活和工程密切相关的实用知识体系，其与直流电路的基本原理一脉相承，但三相电路自成体系，采用相量分析法与直流分析手段有根本的区别。过渡过程电路则是在直流电路和交流电路的基础上更进一步，讨论储能元件能量变化时电路中相关电量由一种稳态到另一种稳态的变化规律。二端口网络与集成电阻电路则把复杂电路简单化，变成理想化电路模型，将整个电路的知识体系外延［2］。

二、融入思政元素的“电路理论”课程的教学

将思政元素融入每一门学科，是课程思政改革的要求，挖掘“电路理论”课程中蕴含的思政元素，融入日常教学，突出爱国情怀、职业素养和终身学习，是“电路理论”课程的改革目标。

（一）引导学生立志，把科学探索当作一生的追求

直流电路接触到的第一个重要定理——基尔霍夫定律，是年仅21岁的基尔霍夫读大学期间提出的，对解决重大电学难题起着关键的理论指引作用。他在光谱分析法和基尔霍夫衍射积分方面也做出了重大贡献。物理学家高锟说过：“做事固执、冥顽不化，可能不是好品质，但所有的科学家都应该固执己见，一旦认准的路，就要百折不回走到底，撞上南墙也不回头，否则的话，永远不会成功。”有志不在年高，大学生正值青春年华，潜心专注自己感兴趣的研究，并且持之以恒，将来才有机会在自己从事的行业开拓出一片天地。

（二）国家命运与个人前途休戚相关，需要团结努力

国家兴亡，匹夫有责。世界的竞争越来越激烈，竞争的本质是科技的竞争，当前某些西方国家对我国科技进行全面的围追堵截，由此可激发大学生的使命感、紧迫感，将国家发展与中华民族伟大复兴的中国梦和实现自我价值相结合，从而产生势不可当的“合力”［3］。

叠加原理的学习过程充分体现了“人多力齐推山倒，众人拾柴火焰高”的哲学道理。电路的叠加原理指出支路的响应等于每个独立源单独作用时响应的代数和，此物理现象可以类比国家作为一个整体的发展离不开每个公民贡献的合力，用以鼓励大学生将个人命运与国家发展紧密结合，培养学生的奉献精神和家国情怀。

又如正弦工频信号，是学习交流电路的起点，而目前以G赫兹为频率的5G通信已经深入现实生活和工作中。其中，相控阵雷达是5G通信重要的组成部分，它们既能发射雷达波，又能接收雷达波信号。一个相控阵雷达由无数个小单元的天线组成，每一个阵元都是相对独立的，如果把机械扫描比喻为“个体户”，相控阵雷达就是“合作社”。成千上万个阵元协同工作，可以大大提高雷达波的可靠性和效率。在社会中每个人的作用不同，但为了共同的目标，需要协同和协作，才能更好地完成社会赋予每个人的任务，实现个人价值与社会价值的统一。天生我材必有用，做到人尽其才，物尽其用，每个人都应该充分发挥才能，各种事物都应该充分发挥功用。正如我国古典名著《道德经》的记载：“善行无辙迹；善言无瑕谪；善数不用筹策；善闭无关楗而不可开；善结无绳约而不可解。”

（三）坚定制度自信，培养工匠精神

我国电力系统在国际上一直处于领先地位，整体的装机量和发电量稳居世界第一，特高压输电技术的国际标准就是由我国主导制定的。我国建成了葛洲坝至上海±500 kv直流线路，实现了华中、华东联网超高压1 000 kv交流传输，特高压电网将东北、西北、南方电网形成互联。正是有了这样强大的基础设施和通信网络，才能在新冠病毒感染严重的情况下，保证线上课堂的顺利展开。我国的华能核电技术的研发、北斗三号导航组网的成功、高铁网的建成，完全能使同学们坚定制度自信，为自己能成长在这样的国家深感自豪［4］。

在高频振荡电路设计中，谐振频率的确定是一个重要的环节，不同形状、大小的波导其截止波数不同，能够传播的波的模式、频率也不相同。工程项目中会根据项目需要，设计波导尺寸。波导尺寸通常较小，在设计或制造过程中，误差超过1厘米，就会造成工作频率和波导模式发生变化，出现“差之毫厘，谬以千里”的情况。测量、设计的每个环节都要体现严谨认真的工匠精神，追求工匠精神对于个人价值和社会价值的实现能发挥重要作用。

（四）把握当今，开拓未来

在对动态电路进行分析时，要清楚动态和稳态的概念。神舟飞船在返回地球过程中，进入大气层后，由于飞船外罩与大气产生剧烈摩擦，形成局部高温，产生一段与外界联络完全中断的“黑暗”时间，就是一种典型的动态过程［5］。理解动态是绝对的、稳态是相对的辩证观点，即无论直流或者交流，真正的稳态其实是不存在的。就如我们的人生，需要终身学习、不断进步，每实现一个目标，就是下一个目标的起点。人是发展的主体，既是发展的目的又是发展的动力，需要每个人都自强不息、努力奋斗，以发展的眼光直面自己的人生。

万事万物都有一个发展的过程，动态电路分析策略发展到现在，凝聚了众多学者的智慧。动态电路分析策略主要有经典微积分法和拉普拉斯分析方法：经典微积分法存在高阶微分方程求解困难的问题，借用拉普拉斯变换和反变换，把求解高阶微分方程变为求解代数方程，这与相量分析法有异曲同工之妙。后续课程“数字信号处理”和“计算控制系统”将连续信号通过Z变换后进行处理，使分析过程大大简化，这些处理思路考虑的不仅仅是数学问题，更加体现了动态变化的思维。人生的道路不是一帆风顺的，科学的道路也不是坦途，“穷则变，变则通”，正如宋代改革家王安石在《游褒禅山记》所述：“夫夷以近，则游者众；险以远，则至者少。而世之奇伟、瑰怪，非常之观，常在于险远，而人之所罕至焉，故非有志者不能至也。”

三、“电路理论”课程外延到其他相关专业课程中的思政元素分析

“电路理论”作为基础课程，理论性强，很多学生觉得这门课程很难，而且离实际应用较远，所以缺少学习兴趣。实际上，“电路理论”中的知识体系与后续的很多专业课程密切关联，这些关联知识点也隐藏着不少思政元素，通过挖掘、分析和学习，不仅可以提升学生理论知识的应用能力，还能让学生感受基础课和专业课程的深层次关联。

（一）理想与现实，有舍才有得

关于电阻的模型，根据电阻的计算公式，电阻与电导率、导线的长度成正比，与导线的截面积成反比，这是每个学过“电路理论”课程的同学都知道的基本知识。在一般的电路中直接忽略导线的电阻，将导线看作理想元件，把它的电阻视为零，这是常见的导线处理方法。但在“传感器与检测技术”的电路设计中，平衡桥测电阻、应变、位移以及热电偶测量温度时，必须考虑导线电阻会对测量结果带来的严重误差。同样，在相关的多匝线圈构成的电感电路中，线圈的电阻也必须考虑。在高精度功率控制系统中，粗电缆的电阻也必须进行分析计算。这些都体现了理论与实际之间存在差异，以及当考虑问题的角度不同时，所需考虑的要素也不同。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，那么如何体现这般道理呢？在“电路理论”课程中，需将理论知识运用到实践中，如在电热水器的“防电墙”设计中，水路经过两个“螺旋形”结构“旋进”“旋出”，实现水路的延长，正是利用了电阻的计算公式；在收音机的接收电路中，计算Q值的时候，必须考虑到线圈自身的电阻，才能达到理想的设计效果。

“电路理论”中最基本的概念电阻，可以延伸到众多专业学科的具体应用中。可以将“理想”看作电路模型，“现实”则是概念电阻的取舍，即知悉什么时候需要考虑导线的电阻，什么时候可以忽略，充分体现了“理想与现实”“舍与得”的哲理。一方面，想要成功，需要有长远的眼光，舍弃当前的某些诱惑；另一方面，细节决定成败，需要不断寻找某些被忽略掉的因素，并找到突破。

（二）“1”和“1”不同，但一个都不能少

在T型电路分析过程中，由每经过一级“T”，电流就会缩小到前一级一半的特点，引入数字电路中不同位置“1”有不同的“权值”的概念，以此构建一个D/A转换电路，实现数模转换。通过电路学习，可以认识到二进制权值的意义，为将来“数字电子技术”的学习做铺垫。以上浅显的例子告诉我们，人在社会中的分工不同，起的作用也不同，发挥自身特长，准确定位自己，才能找出自身的社会价值。D/A转换电路中的输出，离不开每个位置“1”的共同作用，需要有大局观，依靠团队协作的力量才能取得成功。拥有这种大格局，才能有“行到水穷处，坐看云起时”的豁达与坦然［6］。

（三）灵活运用所学知识，“它”未必是“它”

研究RC过渡过程，可以实现对输入信号的微分和积分等“硬”处理，RC电路也可以变成低通或高通滤波电路，如果加上采样开关，RC电路成了将连续信号变成离散信号的采样保持电路。用RC电路，还可以作为555定时器脉冲输出频率的控制电路，作为“模拟电子技术”中正弦信号发生器的选频电路。运用仿真分析，可以将脉冲输出波形分解成不同频率的正弦波叠加，用示波器观察方波是不同频率的正弦信号叠加而成的动态效应。

RC电路看似简单，应用却千差万别，测量、设计的每个环节都要认真严谨，分清“它”和“它”的区别，并把这种认真严谨的工匠精神作为毕生的追求。

（四）设计负电阻，开拓新境界，化不可能为可能

在教授运算放大器的基本知识时，通常不需要对运算放大器内部的复杂模型进行讲解，仅需要开设“电路实验”课程让学生用真实的硬件电路直观地学习信号之间的加减等简单运算关系，从而激发学生做科研和手工小制作的兴趣。“模拟电路”“数字信号处理”中就用到了这些知识点，同时与二端口网络中的负阻抗变换器进行理论和实践的关联，让学生增强对“负电阻”的认识。在非线性电路中，电流增加，电压会减少，也会出现“负电阻”。