本書是美國麻省理工學院(MIT)電氣工程與計算機科學系(EECS)二年級本科生必修的6.002課程(電路與電子學)教材的中譯本。
MIT是美國乃至世界最著名的研究型大學之一.其EECS系在T科領域更是聞名遐邇。除在電氣工程和計算機科學領域取得一系列令人矚目的研究成果之外,MIT EECS歷來重視本科生教學,重視教學改革,重視教材建設,每個時期均會產生能夠影響世界的經典教材。這其中既包括我國20世紀70年代翻譯的電路教材,也包括目前影響最大的信號與系統教材:、算法設計與分析教材和電力電子教材……
MIT EECS有4門本科生必修的課程,即6.001(計算機程序結構與解釋),6.002(電路與電子學),6.003(信號與系統)和6.004(計算結構)。其中6.001關於軟件設計,6.004關於計算機體系結構,二者共同構成了計算機科學(CS)的基礎;6.002關於電路,6.003關於信號,二者共同構成了電氣I程(EE)的基礎。
為了進一步說明6.002課程的地位及其在本科生培養中的作用,我們用表1列出了MIT EECS電路類課程及其與我國相關課程的對照。
可以發現,MIT EECS
6.002課程把電路和電子學緊密結合起來。EECS把我國的數字電子技術課程的基礎部分放人6.002課程.實驗部分放人6.111課程,高級部分放人6.004課程和6.012課程。與此同時.模擬電子技術課程的基礎部分也放人6,002課程,實驗部分放入6.101課程,高級部分放人6.012課程:也就是說.6.002課程中包含了電路分析方法及其在數字和模擬電路中的基礎應用,這也是該課程成為本科必修課的原因。此外,通過這種整合方式,還很好地鋅決了電路類課程數量過多,總學時數過大的問題。既讓學生在較短時間內掌握更豐富完整的知識,又為后續高級課程提供了廣闊的舞台。
這一點和我國20世紀70年代翻譯的MIT電路課程教材改革思路迥異。那時的趨勢是將電路課程和信號與系統課程進行整合,試圖用系統的觀點和全局的方法建立電路分析的理論框架,從而使得學生掌握扎實的分析功底。這一時期同時還誕生了其他類似的經典教材。在這一時期,除MIT趨向於把電路與系統相結合外,美國加州大學伯克利分校把網絡函數、圖論和狀態變量等內容融人電路分析中,成功地建立起電路理論體系。
毫無疑問,20世紀60~80年代進行的電路理論化進程使得電路這一課程更為系統化,對我國電路教學起到了很好的促進作用。但應該看到,自⒛世紀80年代起,美國電路課程教學的思路逐漸發生改變,涌現出一批更貼近實際電路、更能體現BE和CS學科發展趨勢、更符合學生認知規律的新教材。引人晶體管模型、加強對運算放大器的討論、涉及更多實際電路等方面已經成為當前流行電路教材的普遍趨勢,當然MIT
EECS的這本教材就是其中的佼佼者。據譯者所知,該教材不僅在MIT EECS使用,同時還成為斯坦福大學電路課程的教材。
結合翻譯本書的心得和譯者在清華大學從事「電路原理」課程教學的體會,可以總結出將電路與電子學相結合的幾個原因。
(1)BE和CS的學科發展使然。科學技術的發展雖然使得模擬系統和數字系統都取得了長足的進步,但數字系統表現得更為搶眼。Internet、CDMA、iPod等眩目的字眼無不映射出數字系統的勃勃生機。因此在EE和CS領域的第一門課程中應該涉及初步的數字系統。
(2)電路元件的發展使然。一方面,非線性元件、開關元件的大量使用使得我們不能僅關注集總線性非時變電路;另一方面,MOSFET和運算放大器等元件已事實上成為電路的基本元件。因此電路課程中應該讓MOSFET、運算放大器具有與電阻、電容和電感相同的地位。
(3)工程教育的需求使然。電路是FE和CS領域第一門具有丁程性質的課程。與學生熟悉的科學類課程不同,工程類課程中應該對成本、精度、復雜度等方面的折中有所涉及,從而讓學生了解到「創造世界上沒有的東西」這一工程實踐過程中需要考慮的諸多因素。電路和電子學的結合為這一思想提供了很好的平台。
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