一體化模式探索直流電路的基本規(guī)律

舒金意

摘要：在電路與電工技術(shù)課程建設(shè)過程中，對課程內(nèi)容進行了序化。結(jié)合高職學生的認知規(guī)律，以強化學生的學習參與性為宗旨，在課程中試行了以項目一體化案例教學。以直流電路的基本規(guī)律這個項目給出了教學的具體實施過程。

關(guān)鍵詞：電工技術(shù)；項目教學；教學設(shè)計

中圖分類號：TP3

文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2017）10-0214-02

為了做好課程的建設(shè)，課程組對電路與電工技術(shù)基礎(chǔ)課程建設(shè)過程中，針對高職學生理論學習不濃，要動手操作的特點，實行了以做為主，以講為輔，從實踐出真知的項目化教學，培養(yǎng)學生的積極探索精神，加深對理論知識的理解。下面主要介紹我們?nèi)绾斡庙椖炕虒W帶領(lǐng)學生探討直流電路的基本規(guī)律。

1.直流電路分析的重要性

電路與電工技術(shù)的電路部分主要包含有：直流電路、交流電路（單相和三相）。電路由電源、負載和中間環(huán)節(jié)三個部分組成。直流電路與交流電路的區(qū)別在于直流電路中電路各參數(shù)的大小穩(wěn)定；而交流電路中的激勵和響應(yīng)是變化量，負載一般是復(fù)阻抗。但二者都是對電路的電壓、電流和功率進行分析，只是在分析交流電路時采用相量表示相應(yīng)的物理量。理解并掌握了直流電路的基本定律和分析計算方法，也就為學習后續(xù)的交流電路和電子技術(shù)課程打下了很好的基礎(chǔ)。

2.針對高職學生的優(yōu)化教學過程

高職學生理論基礎(chǔ)比較薄弱，對電路知識理論學習不感興趣，喜歡動手操作，為充分調(diào)動每位學生學習的積極性和主動性，根據(jù)學生的成長規(guī)律和認知規(guī)律，將知識點進行序化，設(shè)計相應(yīng)的項目，并制作相應(yīng)的電路板。要求3個學生為一學習小組，共同學習并進行實際的操作，培養(yǎng)學生的溝通、協(xié)調(diào)能力，團隊協(xié)作能力。

整個課程按“教、學、做一體化”方式在實訓室組織實施，每個項目在老師的引導(dǎo)下學生通過測量總結(jié)出電路基本定律和定理，掌握電路基本物理量的測量方法和計算方法，掌握常用儀器的使用方法。為了全面掌握每個學生對項目的完成情況，學生除撰寫實訓報告外，還設(shè)置答辯環(huán)節(jié)，按組進行答辯。

3.直流電路分析方法

直流電路的分析方法主要有基爾霍夫定律、支路電流發(fā)、基本定理（疊加定理和戴維南定理）等。下面將展示我們結(jié)合高職學生的學習特點，怎么來做中學，做中教來探索直流電路的部分基本規(guī)律。

3.1建立電路模型

認識電路，使學生明確電路的組成部分，進行基本元器件的識別和測量進行電路板的制作與測試，完成后的電路圖如圖1所示。

3.2電路的定性分析

教師對照學生實訓電路板先講授電路中的幾個基本概念，即支路、節(jié)點、回路、網(wǎng)孔，要求學生能正確識別實訓電路的支路數(shù)、節(jié)點數(shù)、回路數(shù)和網(wǎng)孔數(shù)，并對電路的支路、節(jié)點、回路用數(shù)字或字母在實訓電路板上進行標示。

3.3電路的定量分析計算

3.3.1探索基爾霍夫電流定律（KCL）

探索：流入節(jié)點a的電流代數(shù)和與流出

節(jié)點a的電流代數(shù)和的關(guān)系；對于節(jié)點a，各支路電流代數(shù)和的關(guān)系；對于封閉面，電流代數(shù)和的關(guān)系。

對于節(jié)點a，用萬用表分別測量支路1、2、3的電流I₁、I₂、I₃，測量時要特別注意電流的方向，以流進節(jié)點的電流為“+”，流出節(jié)點的電流為“-”，記錄測量的結(jié)果。下面改變電源電壓，分別分四種情況進行測量。測量結(jié)果如表1。

用同樣的方法對b節(jié)點進行測量，也可得一組數(shù)據(jù)。學生會發(fā)現(xiàn)該節(jié)點對應(yīng)三條支路的電流關(guān)系與節(jié)點a的電流關(guān)系相同。由于測量中存在一定的誤差，我們在進行數(shù)據(jù)處理時認為0.01mA為0。通過測量讓學生總結(jié)電路的規(guī)律即KCL基爾霍夫電流定律，即對電路中任一節(jié)點，在任一時刻流入節(jié)點的電流之和，等于流出該節(jié)點的電流之和。

KCL的推廣：通過電路中任一封閉面的電流的代數(shù)和也恒等于零，即I₁+I₂-I₃=0。符號法則：流入封閉面的電流取“+”，流出取“一”。

且基爾霍夫電流定律對交流電路也適用。

3.3.2探索基爾霍夫電壓定律（KVL）

如圖3中1-3號回路分別為回路abefa、回路abcdefa、回路bcdeb。電壓、電流的參考方向與回路的繞行方向如圖所示。設(shè)若電流的參考方向與回路的繞行方向一致，則該電流在電阻上產(chǎn)生的電壓降取“+”號，否則，取“-”號。當回路內(nèi)電壓的參考方向與回路繞行方向一致時，該電壓取“+”號，反之取“-”號。

探索：電路中的任一回路，沿電路中的任一回路繞行一周，各元件電壓代數(shù)和的關(guān)系。

以1號回路為例，當電源電壓U_s1=14.9V、u_s2=10V時，用萬用表分別測R₁、R₃、R₄上的電壓及電源u_s1電壓，測得的電壓值如表2：

學生記錄測量結(jié)果，計算并探索回路上各電壓的關(guān)系，U_R1+U_R2+U_R3=O_O即回路電壓的代數(shù)和的關(guān)系，或電壓降的代數(shù)和與電壓升的代數(shù)和的關(guān)系。

分別改變電源電壓或同時改變電源電壓，對于1號回路重新測量記錄各元件上的電壓，計算并探索回路上各電壓的關(guān)系。對于回路2、3模擬回路1的測量方法進行測量，并探索回路上各電壓的關(guān)系。

學生通過對三條回路的測量，整理數(shù)據(jù)分析總結(jié)出基爾霍夫電壓定律。即：任一時刻，沿回路的繞行方向繞行一圈，電壓的代數(shù)和為零；任一時刻，沿回路的繞行方向繞行一圈，電壓降的代數(shù)和等于電壓升的代數(shù)和。

3.3.3探索支路電流法

電路的基本物理量除用儀表測量外，還可通過計算得到。以實訓電路為例，如圖4，教師講授支路電流法，并將計算結(jié)果與測量結(jié)果進行比較。

支路電流法是以支路電流為未知量，利用基爾霍夫電流定律（KCL）和電壓定律（KVL）列出個數(shù)與支路電路數(shù)量相同的相互獨立的電路方程，聯(lián)立求解，即可求得各支路電流，再進一步求解其他待求電路變量。

4.結(jié)語

上面主要探討了我們采用教學做一體化的教學模式，使學生在做中學，積極主動地融入了學習中，在進行項目的測試和計算過程中，不知不覺地學會了元器件質(zhì)量檢測技能；元件的安裝和焊接技能，電路故障檢測與排除；電流、電壓檢測能力，數(shù)據(jù)的記錄和處理能力，應(yīng)用支路電流法進行電路分析和計算的能力。甚至在最后進行項目答辯過程中鍛煉了語言表達能力，答辯技巧。

電路與電工技術(shù)是電類專業(yè)重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，具有基礎(chǔ)性與實踐性強、應(yīng)用面廣的特點。課程教學針對高職學生的認知和成長規(guī)律采用項目式分層組織教學，將更能提高學生的學習參與性和學習效果。