课程2002年春教学情况简介

发布时间：2016-09-26 14:04

  本文关键词：美国麻省理工学院“电路与电子电路”课程2002年春教学情况简介，由笔耕文化传播整理发布。

第24卷　第5期2002年10月

电气电子教学学报JOURNALOFEEE

Vol.24　No.5Oct.2002

　　文章编号:1008-0686(2002)05-0018-04

美国麻省理工学院“电路与电子电路”课程

2002年春教学情况简介

宁元中,夏健刚

(四川大学电气信息学院,)摘　要:介绍了美国麻省理工学院(MIT)()课程的教学内容——“电路理论”、“模拟电子电路”和“,??“经典电磁学理论”和数学系“常微分方程”??“线性代数”的电类专业导向和现代化的教学手段9小时的教学录像等)。MIT在电类基础课教学中所采用的这些独特做法和成功经验,、教材创新和教学管理都具有一定的参考价值。关键词:电路;电子电路;先修课程;教学录像

BriefIntroductiontotheCourseArrangement

ofCircuitsandElectronics-Spring2002MIT

NINGYuan-zhong,XIAJian-gang

(CollegeofElectricalInfo.,SichuanUniv.,ChengduSichuan610065,China)

Abstract:Thispaperintroducestheteachingactivitiesofthecourse“CircuitsandElectronics2Spring2002,whichthedomesticeducatorscanuseforreference,includingthefresharrangementofclassicalMIT”

teachingmaterialsofcircuittheoryandelectronics,thephysicalandmathematicalfoundationsthatprereq2uisitesprovided,andsupplementarynine2hourlongvideotutorialsavailableintheMITlibraryandontheweb.

Keywords:circuits;electronics;prerequisites;videotutorials

0　引言

美国麻省理工学院(MIT)电气工程和计算机科学系(EECS)按照培养学生的目标划分了6个较为独立的学科研究方向:(1)系统、通信、控制和信号处理;(2)计算机科学;(3)电子学、计算机及其系统;(4)电能及电磁系统;(5)材料和器件;(6)生物电磁工程。目前该校有30%的本科学生在该系就读,他们中的一些学生今后可能在这6个学科研究方向上发展,或者将在这些领域的交叉学科内进一步深造;

而另一些学生则可能会转入其他领域工作和学习。该系为本科学习设置有3门技术基础平台:

(1)61001:计算机程序的结构和解释(StructureandInterpretationofComputerPrograms);

(2)61002:电路与电子电路(CircuitsandElec2tronics);

(3)61003:信号与系统(signalsandSystems)。在这3门课程中,基本电路理论与电子电路课程的教学,自上世纪70-80年代起进行了比较大的变革以来,目前,虽然在教学中也普遍使用了

收稿日期:2002年7月30日　　　本文为四川大学新世纪高等教育教改工程基金资助项目

作者简介:宁元中(1946-),男,教授,美国数学协会(AMS)《数学文摘(MR)》评论员(Reviewer)。主要研究方向:电网络理论、非线性系统理论

及其仿真、信号与系统基础理论以及电类专业平台课程的教学研究。主要著作:《电力谐波》,《确定信号与线性系统分析基础》等。

第24卷第5期　　　　　宁元中等:美国麻省理工学院“电路与电子电路”课程2002年春教学情况简介　　　　　　　　19

PSpice等便于操作的模拟工具和MATLAB等数据

可视化数学软件,但是就基本电路理论与电子电路课程教学的内容和形式而言,如何使这2门课程适应现代科学技术的发展,以及如何配合专业的设置和后续课程的需求,仍然是受到大家深切关注的问题。

本文将通过对美国麻省理工学院(MIT)电气工程和计算机科学系(EECS)“电路与电子电路”课程2002年春的教学安排和先修课程的介绍,以期能对

讲课日期

5L1　2??6R1　2??7L2　2??8R2　2??

2??1112L32??3L154　2??

2??1819L5　2??20R5　2??

讲课内容

KVL和KCL

答疑实验

阅读章节

1,211,213

并联、串联电阻和分压器

节点法节点法(例)

答疑

、非线性电阻和小信号

法定假日

答疑答疑

数字电路的基本概念和布尔逻辑

答疑答疑答疑

213,215,218311,313311,313

315,317

44

我国当前正在进行的“电路”与学内容和教学方式的改革,1时间安排

　　美国麻省理工学院(MIT)电气工程和计算机科学系(EECS),2002年春“电路与电子电路”课程集中讲述了:集中参数电路的基本理论,电阻元件和电阻网络,独立电源和受控源,开关电路和MOS器件,数字电路的基本理论,储能元件,一阶、二阶动态网络,时域、频域设计方法,模拟电路和数字电路及其应用等内容,几乎涵盖了国内“电路理论”、“模拟电子电路”和“数字电子电路”3门传统课程的主要内容。MIT本期该课程使用的教材为该系的自编讲义,共17章和3个附录;共安排有24次大课(Lec2ture),每周2次每次1小时,并与大课交替地安排了23次小课Recitation),也是每周2次每次1小

566

21OS开关电路和NMOS逻辑电路L6　2??

22OS开关电路和NMOS逻辑电路R6　2??

2??2526L7　2??27R7　2??28L8　2??1R8　3??

3??45L9　3??6R9　3??7L10　3??8R10　3??

3??1112L11　3??13R11　3??14L12　3??15R12　3??

3??1819L13　3??20R13　3??21L14　3??22R14　3??

PWM　D??A转换器RC网络及其阶跃响应RC网络及其阶跃响应

答疑

受控源和放大器测验1(1小时)

MOS放大器MOS放大器

77

答疑216

实验1

偏置和小信号分析偏置和小信号分析小信号电路模型小信号电路模型

实验1实验1实验1实验1答疑答疑答疑

9,109,1010161016717,8717,888

时;还在2月5日到5月16日共15周的行课期间

内,每周安排有2～3次(有实验除外)教辅人员对学生的单独(分组)辅导和答疑(tutorial)。该课程全期共布置课外作业11次,共有基本题目21题和综合题目35题,其中部分习题希望学生能用MATLAB求解和绘图,每次作业上交后公布的题解共有A4纸160多页。该课程还设有4个实验:(1)戴维南、诺顿等效和逻辑门电路;(2)MOSFET反向放大器和一阶电路;(3)二阶网络;(4)音频回放系统。实验室对学生是开放式服务的。行课期间排有每次1小时的4次阶段测验,期末考试为3小时。另外,还要求所有注册学生在授课时间外在图书馆或在校园网上观看长达9小时的教学录像作为课堂教学的补充。“电路与电子电路”课程2002年春教学日MIT

程见下表(表中L指大课,R指小课):

脉冲,单位冲激响应单位冲激响应(例)

答疑答疑答疑

测验2(1小时)

CMOS电路、NMOS逻辑电路中

的能量与功率

CMOS电路(例)

1212

春　　假

4??12L15　4??3R15　4??

LC网络及其零输入响应RLC网络及其零输入响应

实验2实验2

1311

实验21312,1314

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　电气电子教学学报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　24卷20

答疑实验

讲课日期讲课内容阅读章节

4LC网络及其单位阶跃??冲激响应实验21315,13112L16　4??

5RLC网络及其单位阶跃??冲激响应实验21315,13112R16　4??

4??89L17　4??10R17　4??11L18　4??12R18　4??

4??516L19　4??17R19　4??18L20　4??19R20　4??

4??2223L19　4??24R19　4??25L20　4??26R20　4??

4??2930L19　4??1R19　5??2L20　5??3R20　5??

5??67L21　5??8R21　5??9L22　5??10R22　5??

5??1314L23　5??15R23　5??16L24　5??

AM无线电应用(例)MOS差动放大器

答疑

正弦稳态与频率响应正弦稳态与频率响应

阻抗与导纳阻抗与导纳法定假日3()

RLCQ值

定不允许用其它的先修课程替代。这种对先修课程

规定强制性要求的原因很明确,因为没有这些扎实的物理知识和数学知识的储备,学生就不可能将主要精力集中在电路理论和电子电路的分析与综合的学习上,而且“常微分方程”??“线性代数”课程已为学生使用MATLAB奠定了基础。

“电MIT的物理系为电类专业开设的物理课程

磁学”??,而是要求学,来认识客观世界和理。在该课程的内容中涉及到从减反膜太阳镜、电话、电机、无线电、有线电视、心电图、起搏器、金属探测器、电子乐器、磁悬浮、子弹头列车,到射电望远镜、干涉仪、粒子加速器、超导、闪电、极光、彩虹、日晕月晕、夕阳、蓝天、多普勒效应、超新星、双星、中子星和黑洞等许多现代科技知识。

数学系为电类专业开设的“常微分方程”课程则要求学生掌握10项基本技能:(1)建立简单系统的一阶微分方程模型;(2)使用MATLAB计算一阶微分方程的数值解并将数据可视化;(3)用积分因子法(变动任意常数法)求解一阶线性微分方程;(4)复数的直角坐标形式与指数形式间的互换;(5)对输入为指数函数与多项式乘积的具有非零初始值的二阶常系数微分方程求解,当输入为指数函数(或正弦函数)时计算输出的幅度和相位;(6)计算傅立叶系数(三角式和指数式),用傅立叶级数计算常系数线性微分方程的周期解;(7)掌握各类时域信号的拉氏变换描述,使用部分分式法计算系统的初始值问题,计算系统的单位阶跃响应和单位冲激响应;(8)计算特征值、特征向量和矩阵函数,并用来解决一阶、二阶微分方程描写的线性系统的初始值问题;(9)绘制二阶自治系统的相图;(10)确定非线性二阶自治系统的定性性质。

数学系为电类专业开设的“线性代数”课程的内容虽是传统的,其所强调的是线性代数的基本理论,但是要让学生在学习过程中学会如何利用MAT2LAB去实现各种矩阵运算,并且了解这些矩阵运算在电类专业中的各种应用。

答疑答疑

14,B,C14,B,C14,B,C14,B,C

1515

时域响应←→频率响应

实验3

运放,放大器由运放构成放大器加法,减法,积分和微分器由运放构成滤波器

实验3实验3实验3实验3

1611-41611-41615-7,1615-7,答疑答疑答疑

特殊运放电路正反馈与振荡器测验4(1小时)

实验4

二极管二极管与RC网络二极管与LC网络二极管与运放电路

实验4实验4实验4实验4答疑答疑答疑

171714

电力电子学(简介)

特邀讲座期末考试(3小时)

2　电路与电子电路的先修课程

“电路MIT电气工程和计算机科学系规定修读与电子电路”课程的注册学生,必须完成的先修课为由物理系开设的“电磁学”??“经典电磁学理论”和由

数学系开设的“常微分方程”??“线性代数”,而且还规

3　电路与电子电路的补充教学录像

“电路与电子电路”课程,MIT在2002年春的

还要求注册学生在规定的授课时间之外,必须自行

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在图书馆或校园网上观看由PaulGray教授讲授的长达9小时的教学录像片,作为课堂教学的补充(教学录像的片断见图1)。该教学录像片内容的10个部分为:(1)节点分析法,(2)复数运算,(3)图解法分析三极管放大器,(4)小信号分析,(5)正弦稳态分析,(6)谐振,(7)运算放大器,(8)伯德图,(9)动态线性电路,(10)电流源模型(补遗)。在教学录像中“板PaulGray教授保留了最传统的讲课方式中的书”,只不过用笔和水平放置的零号图纸替代了传统

的板书工具——

粉笔和黑板。让学生在观看Paul

Gray教授的教学录像片时,随着PaulGray教授的讲解、绘图和书写很自然地产生一种正在接受Paul

这种用课程的教学录像Gray教授单独辅导的感觉。

片作为课堂教学补充的手段,既充分利用了多媒体和网络技术等先进教学工具,又遵循了课堂教学自身的规律,从而使得MIT课程,、实验和作业偏。

图1　2002年春MIT“电路与电子电路”教学录像(片断)

4　结论

“电路与电子电路”在授课的时间的安排上和

MIT的许多本科课程一样,都采用上课时间短(每次1小时,而国内一般每次用2～3个45(或50)分钟但密度大(每周大、小课各2次),同时还穿插有实验讲座、单独辅导和答疑等师生直接交流的环节,再加上课外教学录像,这样就精心地为学生营造了一种必须投入所有的时间和精力来学习的气氛。从“电路与电子电路”行课的实践还表明,先修课MIT

程的教与学的质量是“电路与电子电路”教学成功的基本保证。该系明确规定主修电气工程和计算机科学的学生在学习“电路与电子电路”前,一定要具备“电磁学理论”、“常微分方程”和“线性代数”方面的基础知识。该校还要求学生必须先修由物理系和数学系专门为主修电气工程类专业的学生开设的“电

磁学”??“经典电磁学理论”和“常微分方程”??“线性代

数”课程,而且规定不允许用其它先修课程代替。要求先修的物理课程和数学课程,除了内容要以电类专业导向外,还特别强调要利用MATLAB去实现各种算法和了解它们在电类课程中的应用,当然这就要求任课教师不仅要讲授抽象的逻辑思维,要阐明这些基本原理的物理意义和几何意义,而且要尽可能地引导学生对一些接近实际应用的题目进行数值运算或计算机模拟,也就是说要尽力做到基本原理可视化和基本运算可操作化。这也是提高教学质量和提高学生素质的关键所在。参考文献:

[1]　Information,Outline,LabsandHomework.Circuitsand

Electronics2Spring2002,EECE,MIT.Feb.,2002

[2]　Videotutorials.CircuitsandElectronics2Spring2002,EECE,

MIT.Feb.,2002

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