《电路与信号分析》教学大纲

PAGE1PAGE8《电路与信号分析》教学大纲课程编号：XXXXXXX英文名称：AnalysisofCircuitsandSignals考核性质：必修，考试总学时数：理论46学时，实践10学时折算学分：3先修课程：《高等数学》、《大学物理》选用教材：《电路与信号分析》贾永兴、朱莹、林莹、陈姝、陈亮编著，2020开课学期：第二学年春季（或秋季）学期适用专业：信息工程、网络工程、计算机科学与技术、通信工程、电子工程等一、课程概述（一）课程地位本课程是研究电路与信号的基本规律及其分析方法的一门工程技术基础课程。它与先修课程《高等数学》、《大学物理》密切相关，又是学习后续《电子技术基础》、《通信技术基础》等课程的基础。通过本课程的学习，使学生掌握电路与信号分析的基本理论知识和分析方法，培养学生发现、分析和解决一般电类工程问题的能力，强化学生的科学思维方法和创新能力，并向其他学科领域扩展打下基础。（二）课程性质本课程是信息工程、网络工程、计算机科学与技术一门核心专业基础课程。（三）基本理念遵循实施素质教育、突出创新能力培养的指导思想，教学过程中要强调以素质教育和创新教育为主，使学生夯实基本知识、掌握基本技能、培养基本能力、提高基本素质。（四）设计思路以培养学生在电路级、系统级层次上分析问题和解决问题能力的要求来选择课程内容。1、教学内容设计方面，按照从电阻电路到动态电路，从微观电路到宏观系统，从时域分析到变换域分析的组织结构，将传统的《电路分析基础》和《信号与系统》课程有机融合，抓住两者的内在联系优化内容设计，强调理论分析方法的物理意义和工程背景，揭示知识发现过程，揭示问题的本质，突出知识点间的联系，体现“教知识、教方法、教思维”，注重发现问题、分析问题和解决问题的思路。处理好继承与更新、本门课程与后续课程之间的衔接关系，并用新观点、新体系来处理经典的内容，达到推陈出新的效果，达到树立学生创新意识的目的。2、教学方法与手段设计方面，积极推进教法创新，加强教师与学生的互动互学，针对课程概念多、公式多、方法多的内容特点，灵活采用研讨式、学导式、启发式、探究式、问题驱动式等多种教学方法，突出物理意义和工程应用，进一步强化课堂教学与自主学习相结合、理论教学与实践教学相结合、传统教学手段与信息化教学手段相结合，充分调动学生学习的积极性和主动性。3、课外教学实施方面，依托学生科技创新活动，利用各种实践平台，鼓励学生开展创新课题研究，增强自主学习兴趣。指导学生积极参加校内各类设计和竞赛，激发学生的荣誉感、创新意识和协作意识，促进教学改革的深化。二、课程目标（一）总体目标通过教师的引导和学生的学习，使学生掌握电路分析的基本理论和基本方法，学会利用信号和系统的思想分析解决电路的实际问题，培养学生基本的科学思维能力、分析计算能力、自主学习能力、工程应用能力，提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，为后续课程的学习和职业发展奠定所需的理论基础和技能基础。（二）分类目标1、知识与技能（1）具有分析集总参数电路模型的能力；（2）具有利用等效思想分析复杂电路的能力；（3）具有利用变换域思想分析实际信号和系统特性的能力；（4）具有从系统角度来研究和分析电路特性的能力；（5）在深刻理解本课程理论知识的基础上，具有应用各种分析方法，解决一般电类工程问题的能力。2、过程与方法根据课程的地位与特点，按照深入浅出、循序渐进的认识规律组合教学内容。（1）课前预习：教师应预先为学生布置预习内容，发挥学生主观能动性和学习潜力，开展探索性自学。学生通过标记、批注、摘要、归纳等明确重点，学会发现、分析、比较、概括、记忆、想象、探索，学会科学的思维方法。（2）课堂讲授：课堂上通过研讨式、学导式、启发式、探究式、问题驱动式等教学方法，揭示知识产生过程，精讲多练，引导学生理论联系实际，理解现象、发现问题、提出问题、参与讨论、解决问题，培养学生分析、对比、归纳、总结的能力和科学思维品质，强调物理意义和工程应用，建立初步的工程意识，并结合计算机仿真、多媒体动画、网络资源等教学手段以提高教学效果。（3）实验实践：本课程有较强的工程应用背景，通过动手实践，让学生加深对理论知识的理解，培养学生的工程实践能力，激发学生的创新思维。在教学过程中注重理论教学与实践教学的配合，培养学生运用所学的理论知识分析和解决工程实际问题的能力。（4）习题讨论：选择紧贴基本概念、理论，紧贴工程实践，体现基本方法的典型例题，积极展开讨论和示范讲解，培养学生发现问题、分析问题及解决问题的意识和能力。（5）自主学习：通过开放网络教学资源和学生创新实践平台，引领学生做好预习和复习，开展自主学习，积极参与各种创新竞赛，调动学生学习积极性，促进其个性化发展。3、情感态度与价值观（1）通过严密的分析和计算过程，培养科学思维、科学精神、科学道德和科学方法。（2）通过理论和工程问题的结合，自觉培养理论联系实际的科学态度，建立初步的工程意识。（3）通过自主学习，参加科技创新活动，培养创新意识、团队意识、进取精神和协作能力。三、内容标准理论教学：（一）直流电阻电路分析内容与要求（1）了解实际电路的组成，理解电路模型、集总假设的概念。（2）理解电压、电流、功率等电路基本变量的定义，理解参考方向及关联参考方向的概念，掌握功率的计算方法。（3）了解电路元件分类，掌握电阻元件、电压源、电流源、受控源的定义及其端口伏安关系。（4）理解基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）及其实质，掌握KCL和KVL方程的列写方法。（5）理解电路等效变换的概念，掌握电阻串、并、混联电路的等效化简与计算；理解实际电源两种模型及其等效变换；了解受控源电路的等效化简方法。（6）掌握支路电流法、节点法和网孔法原理，理解求解电路问题的方程法。通过本章的学习，使学生了解电路分析的一般方法，培养学习兴趣。要通过对直流电阻电路基本概念和定律的学习，培养学生对于实际电路抽象为模型概念的理解能力，确立以两类约束作为电路分析依据的思维方法。要使学生理解等效的概念、依据、方法及应用，具备简化分析复杂问题的能力。要培养学生“把握实质，提炼思路”的科学思维方法，重点掌握用方程法分析解决电路问题的思路，课外可适当拓展用计算机编程和软件仿真求解电路的方法。（二）电路定理与安全用电常识内容与要求理解齐次定理和叠加定理的内容，掌握齐次定理和叠加定理的应用；掌握等效电源定，掌握最大功率传输条件及其应用。了解安全用电常识。通过本章的学习，使学生进一步掌握电路分析方法的应用，引导学生从具体分析中总结规律，培养学生举一反三、触类旁通的能力。对同一电路问题，可引导学生采用等效、方程、定理等多种方法分析并进行比较、联想，以拓宽思路。（三）信号分析基础内容与要求（1）理解信号的概念与分类。（2）掌握信号的时域描述，掌握典型信号的定义及特性。（3）掌握信号的变换和运算与波形的关系。（4）理解信号分解的常用方法。通过本章的学习，使学生能够从信号的角度来分析理解电路中的电压电流等变量，建立从直流到交流、从恒定量到随时间变化动态量的拓展，同时掌握常用信号的基本特性，掌握信号表示式和波形图的描述方法，以及信号运算的基本规则，建立信号分解的思想，为后续分析复杂问题打下初步的知识和能力基础。（四）动态电路系统的时域分析内容与要求（1）掌握电容、电感元件的定义，理解线性电容元件和电感元件的端口伏安关系及储能性质；（2）理解状态变量的概念，理解电容元件和电感元件的换路定则，掌握电路变量初始值的计算方法；（3）掌握一阶动态电路方程的建立方法，掌握直流一阶电路的三要素法；（4）理解系统的基本概念和分类方法；（5）掌握系统线性、时不变、因果性的判断方法，掌握动态电路系统数学模型的建立方法；（6）理解系统全响应的分解方法和物理意义，掌握动态电路系统零输入响应的求解方法；（7）理解单位冲激响应的概念和物理意义，掌握其求解方法。（8）掌握卷积积分计算方法，掌握利用卷积法求解电路系统零状态响应的方法。通过本章的学习，使学生掌握动态元件的定义、伏安关系及其性质，并深刻理解动态电路的基本概念和工作过程，培养逻辑推理和逻辑思维能力。同时建立将具体电路问题抽象至系统层面进行分析的科学思维方法，形成从宏观系统的高度求解电路零状态响应问题的工程素养。这部分的讲解可采用对比联想的启发式教学方法，引导学生将具体电路与抽象系统建立联系。（五）信号与系统的频域分析内容与要求（1）理解周期信号傅里叶级数展开的基本方法，掌握周期信号频谱的概念和频谱图的绘制方法；（2）理解用傅里叶变换分析非周期信号频谱的基本思想，掌握常用信号的傅里叶变换和频谱图；（3）掌握傅里叶变换的基本性质、定理及其应用；（4）理解周期信号的傅里叶变换；（5）理解系统函数的物理意义和求解方法，掌握电路频响模型的建立方法；（6）掌握LTI系统响应的频域求解方法；（7）理解信号经系统传输失真的原因，掌握系统无失真传输的判决条件，理解理想低通滤波器的特性，了解系统的物理可实现条件；（8）理解信号采样的概念，掌握时域采样定理，掌握信号采样频率的计算方法。通过本章的学习，使学生建立变换域的思想，从频域的角度讨论信号表示、系统特性和系统响应，突出信号与系统的频率特性，揭示信号的时域特性与频域特性之间的联系，掌握从频域角度分析和解决实际问题的基本方法，同时为也为后学课程中分析如调制、滤波等通信和信号处理的实际问题奠定基础。这部分的讲解可采用启发式、探究式和问题牵引式教学方法，引导学生发散思维，培养学生理论联系实际、分析解决实际问题的能力。实践教学：（一）元器件的检测与基尔霍夫定律的验证内容与要求：（1）学会识别常用无源元件，掌握基本元器件标称值的读取方法。（2）掌握万用表和直流稳压电源的基本原理和正确使用方法。（3）学会使用万用表检测电阻等基本元器件。（4）学会使用万用表测量直流电流和电压。（5）验证基尔霍夫电压、电流定律，加深对基尔霍夫电压、电流定律的理解。（二）等效电源定理的研究内容与要求：（1）学习测定线性有源二端网络等效电源参数的基本方法。（2）验证戴维南定理和诺顿定理。（3）掌握网络伏安特性的测量方法。（4）验证最大功率传输条件。（三）交流信号参数的测量内容与要求：（1）学习函数信号发生器、交流毫伏表、双踪示波器的使用方法。（2）产生并观察周期性正弦波、锯齿波、矩形波等典型信号的波形。（3）掌握信号的幅度、周期（频率）的测量方法。（4）初步掌握两个同频率正弦信号间相位差的测量方法。（四）矩形信号的频谱分析内容与要求： （1）理解信号频域测量的基本原理。（2）测量周期矩形脉冲信号的频谱，分析信号的周期、脉冲宽度对频谱特性的影响，加深对周期信号频谱特点的理解。（四）系统频率特性的测试内容与要求：（1）掌握RC电路幅频特性曲线和相频特性曲线的测试方法。（2）测试并验证其他常用线性系统的频率特性。四、实施建议（一）预修课程《高等数学》、《大学物理》（二）教学实施总体方案1．课时分配建议序号教学内容课堂教学学时实践教学学时1直流电阻电路分析1022电路定理及安全用电423信号分析基础424动态电路系统的时域分析125信号与系统的频域分析164总计46102.理论教学本门课程融合了《电路分析基础》和《信号与系统》两门课程的大部分内容。通过本课程的教学，使学生掌握电路与信号分析相关方法的基本概念和基本原理，熟悉多种方法的分析思路和应用场合，能够运用系统分析的方法解决实际工作中使用所遇到的问题。理论教学要贯彻“精讲”教学原则，大力推广学导式、探究式、问题驱动式等教学模式。课堂教学要突出“学为主体、教为主导”，教师讲课要深入浅出，讲课步骤按“简要回顾、问题的提出、解决和应用、延伸与推广、总结与思考”等几块内容进行。课内可适时安排一些讨论课，设计“分析方法讨论”、“概念是非讨论”、“典型例题剖析”等项目，帮助学生掌握容易混淆的概念、选用合适的电路分析方法、纠正常见的错误。开课前任课教师要特别注意了解学生的学习基础等基本情况，制定切实可行的实施计划，其中课时分配可视实际情况申请在小范围内适当调整，以体现因材施教。积极拓展知识面的宽度和关联度，适当扩充学科前沿知识。3、实践教学实践教学是课堂教学的内涵挖掘和外延拓展，它与课堂教学之间既分工明确，又紧密联系，互为补充。教师要根据理论教学需要、围绕如何激发学生自主实践兴趣和提高实践教学效果进行教学内容组织和课堂教学设计。教学过程主要以实体为主，视需要穿插仿真实验、虚拟实验、综合实验、创新实验等实验形式，综合利用各种教学资源，帮助学生加深对理论知识的理解、提高工程实践能力、激发创新思维。要把课堂教学与课外自主实践相结合，鼓励学生自主开展综合性、创新性实验。注意充分利用考核方式的引导作用，激发学生自主实践的兴趣，注重过程考核，兼顾结果。（三）教材选编与使用的基本设想教材选编与使用既要考虑突出综合素质和创新能力的培养，强调实用性，又要考虑内容的循序渐进以及教学实施的方便，同时具有丰富且紧扣教学内容的习题供学习使用，并能够与新的教学手段如多媒体、计算机紧密结合。目前本科教学采用了机械工业出版社的《电路与信号分析》，基本做到教材基础扎实，内容新颖，习题丰富，达到教学使用要求。（四）考核评价评价学生学习成绩应从平时作业、阶段测验、动手实践、期末考核方面综合评测根据考核内容的重要性分别采取不同的权值，建议原则上采用“60+20+20”模式，即理论60分、实验20分、平时（含课堂表现、作业与测验等）20分，实施中可灵活掌握。另外，还可适当对创造性解决实际问题、或提出高质量创新性问题、或