高校《電工基礎(chǔ)》課程直流電路分析模塊教學(xué)新思路

靳宇星 常海賜 宋斌 吐爾尼亞孜·艾比布

摘要：針對(duì)高職、大專院?！峨姽せA(chǔ)》課程直流電路教學(xué)部分，知識(shí)點(diǎn)多、內(nèi)容抽象、理論性強(qiáng)等突出問題，提出了一種直流電路教學(xué)模塊的授課新思路。即從電路分析的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)出發(fā)設(shè)計(jì)了直流電路教學(xué)的“一、二、三、四”新方法——即一個(gè)電路圖，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，三個(gè)技能，四種方法。通過在課堂上采用該法授課，結(jié)果顯示該部分的理論講授起來更加流暢，學(xué)生對(duì)這部分的內(nèi)容理解也更快，極大地提升了授課的連貫性和課堂效果。通過該方法可將《電工基礎(chǔ)》直流電路模塊的所有知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)，使得原本瑣碎的知識(shí)點(diǎn)變得連貫和流暢，便于學(xué)生的理解和記憶。

關(guān)鍵詞：電工基礎(chǔ);電路分析;直流電路;實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TM133

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）03-0246-03

1 背景

《電工基礎(chǔ)》課程作為高職、大專院校電氣自動(dòng)化、機(jī)電一體化等工科專業(yè)的基礎(chǔ)性課程具有理論性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)抽象等特點(diǎn)。該課程不僅要教授學(xué)生基礎(chǔ)的電路分析方法還要傳授學(xué)生基本的電工操作技能[1]。而傳統(tǒng)的教學(xué)方法在直流電路分析模塊的講授時(shí)，都會(huì)面臨知識(shí)點(diǎn)比較雜亂、瑣碎，且相互之間關(guān)聯(lián)性小，理論知識(shí)講授起來比較抽象，內(nèi)容枯燥，學(xué)生理解難度大等實(shí)際問題[2]。本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過多年的《電工基礎(chǔ)》教學(xué)實(shí)踐，從中總結(jié)出了一套簡(jiǎn)單實(shí)用、系統(tǒng)有效的新的教學(xué)思路，稱之為直流電路分析的“一、二、三、四”法。采用這種新思路來講授直流電路分析模塊通篇主講一幅電路圖，只做兩個(gè)電路實(shí)驗(yàn)，可以達(dá)到讓學(xué)生掌握三種操作技能，學(xué)會(huì)四種電路分析方法的目的。

2 一幅經(jīng)典電路圖

本文調(diào)研了多本高職院校采用的《電工基礎(chǔ)》《電工技術(shù)》等教材，經(jīng)過篩選選取一幅簡(jiǎn)單明了的經(jīng)典電路圖，既能滿足教學(xué)任務(wù)，又被大多數(shù)職教設(shè)備所采用，具體如圖1所示：

該電路圖由兩個(gè)理想電壓源和五個(gè)電阻構(gòu)成，包含了七條支路，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)兩個(gè)網(wǎng)孔，三個(gè)回路。

3 兩個(gè)實(shí)驗(yàn)

圖1中所給出的電路圖既可以完成基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可以完成疊加定理實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)電路板如圖2所示：

3.1 基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)過程：

1）圖2中Il I2、I3的方向已設(shè)定?？蛇x擇3個(gè)回路電流方向?yàn)镕BCEF、BADCB、FADEF。

2）調(diào)好兩路直流穩(wěn)壓電源接入電路。

3）估算各支路電流及電阻上電壓大小，并選擇合適的萬用表量程。

4）測(cè)量三個(gè)支路上的電流及電阻元器件上的電壓，并完成以下兩張表格中測(cè)量值一項(xiàng)。

數(shù)據(jù)分析：

本次實(shí)驗(yàn)可先完成測(cè)量值這一部分內(nèi)容，計(jì)算值可留待支路電流法學(xué)習(xí)之后再求解準(zhǔn)確的計(jì)算值，同測(cè)量值之間求解相對(duì)誤差。

3.2 疊加定理實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)過程：

1）調(diào)節(jié)兩路穩(wěn)壓電源接入U(xiǎn)1= 12V、U2=8V。

2）分別令U1和U2單獨(dú)作用和共同作用時(shí)記錄數(shù)據(jù)并完成下表：

4 三個(gè)技能

4.1 萬用表的使用技能

通過兩個(gè)實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生認(rèn)識(shí)掌握萬用表，并且掌握萬用表的基本操作以及使用萬用表進(jìn)行以下物理量的測(cè)量：

1）使用萬用表測(cè)量直流電壓;

2）使用萬用表測(cè)量直流電流;

3）使用萬用表測(cè)量電阻阻值。

4.2 電工實(shí)驗(yàn)臺(tái)的操作技能

通過兩個(gè)實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生掌握以下知識(shí)點(diǎn)：

1）掌握直流電工儀表和使用方法;

2）掌握實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基本操作及注意事項(xiàng);

3）掌握常見故障的檢查及排除。

4.3 實(shí)驗(yàn)中誤差的減小和數(shù)據(jù)分析技能

為使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加精確可靠，可在實(shí)驗(yàn)過程中采用以下措施減小實(shí)驗(yàn)誤差：

1）使用精度較高的數(shù)字式萬用表測(cè)量直流電壓源U1、U2以及所需要測(cè)量的各物理量;

2）對(duì)各物理量進(jìn)行多次測(cè)量求取平均值作為最終的測(cè)量值;

3）采用萬用表測(cè)量實(shí)驗(yàn)電路板當(dāng)中的電阻值而不是讀取實(shí)驗(yàn)板上的印制值。

5 四種電路分析方法

5.1 基爾霍夫定理

KCL：在集總電路中，任何時(shí)刻，對(duì)任意結(jié)點(diǎn)，所有流出結(jié)點(diǎn)的支路電流代數(shù)和恒等于零。即：

可以看出根據(jù)結(jié)點(diǎn)電壓法求解出的各支路電流的計(jì)算值與支路電流法求解出的一致。

6 結(jié)束語

針對(duì)高職、大專院?！峨姽せA(chǔ)》課程直流電路教學(xué)部分，本文提出的“一、二、三、四”法由簡(jiǎn)及難，以一幅經(jīng)典電路圖為主線，將整個(gè)直流電路教學(xué)模塊中分散的知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)進(jìn)行了串聯(lián)。通過兩次實(shí)驗(yàn)采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與MATLAB科學(xué)計(jì)算法求解出來的理論數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，驗(yàn)證了定理正確性的同時(shí)加深了學(xué)生對(duì)該部分知識(shí)的理解。萬用表和電工實(shí)驗(yàn)臺(tái)的操作鍛煉了學(xué)生動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。誤差分析和數(shù)據(jù)處理的過程培養(yǎng)了學(xué)生精益求精的和一絲不茍，嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的良好品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳秀華.高職院?！峨姽せA(chǔ)》課程教學(xué)改革探索[J].教育理論與實(shí)踐，2013，33（21）：28-29.

[2]宋堅(jiān).新時(shí)期高職電工電子技能實(shí)訓(xùn)教學(xué)方法研究[J].智庫時(shí)代，2018（40）：131，134.

[3]曹建林.電工技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2001.