“戴維南定理”的教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)方法研究

舒君+王妍+常青美

摘要：以《電路分析基礎(chǔ)》課程中的“戴維南定理”為研究對(duì)象，從教學(xué)重難點(diǎn)和具體學(xué)情出發(fā)，進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)方法研究。通過構(gòu)思教學(xué)設(shè)計(jì)，綜合利用啟發(fā)式、推演式、案例式、探究式等多種教學(xué)方法，達(dá)到加強(qiáng)理論，實(shí)驗(yàn)并重，指導(dǎo)實(shí)踐的教學(xué)效果，解決了傳統(tǒng)教學(xué)中理論和實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐分離和脫節(jié)的問題。

關(guān)鍵詞：戴維南定理 教學(xué)設(shè)計(jì) 教學(xué)方法 教學(xué)效果

【中圖分類號(hào)】TM13-4；G642

引言

《電路分析基礎(chǔ)》作為電路理論的重要組成部分，是電力、電子、信息、通信、計(jì)算機(jī)等專業(yè)的重要專業(yè)理論基礎(chǔ)課，也是后續(xù)課程《信號(hào)與系統(tǒng)》、《現(xiàn)代電子線路》、《數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)》等的先導(dǎo)課程。課程的主要教學(xué)任務(wù)是引導(dǎo)學(xué)生掌握線性電路的基本概念、基本理論和基本分析方法[1]。

該課程主要包含三部分內(nèi)容：電阻電路分析、動(dòng)態(tài)電路分析和正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析。這里以“戴維南定理”為教學(xué)實(shí)踐對(duì)象，通過對(duì)該定理進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)方法研究，使學(xué)生掌握如何通過分析計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方法建立戴維南等效電路，以及戴維南等效電路的應(yīng)用，力求達(dá)到加強(qiáng)理論，實(shí)驗(yàn)并重，指導(dǎo)實(shí)踐的教學(xué)效果。

一、教學(xué)重難點(diǎn)和學(xué)情分析

在對(duì)“戴維南定理”進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)方法研究之前，首先要把握學(xué)習(xí)的重難點(diǎn)，以教學(xué)任務(wù)和目標(biāo)為立足點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合具體學(xué)情進(jìn)行分析。

《電路分析基礎(chǔ)》課程的核心思想如流程圖1所示，首先建立電路模型，然后建立電路模型所對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，最終求解電路并分析電路的物理原理。從流程圖可以看出，建立電路模型是電路分析的第一步，那么如何建立電路模型呢？電路分析給出了兩種建立電路模型的基本方法：一種是基于電路結(jié)構(gòu)建模型；另一種是基于電路端口特性建模型。如何基于定理建立等效電路模型是本節(jié)內(nèi)容的重點(diǎn)，由于電路結(jié)構(gòu)的多樣化，求解等效電路的方法也有所不同，需要分情況分析和討論，因此重點(diǎn)同時(shí)也是難點(diǎn)；戴維南定理的建模思想學(xué)員首次接觸，其應(yīng)用相對(duì)靈活，是本節(jié)的第二個(gè)難點(diǎn)。在學(xué)習(xí)該定理之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了電路的基本分析方法和疊加定理，可以用于定理的求解、證明和應(yīng)用分析。

了解了重難點(diǎn)和基本學(xué)情，接下來將具體研究如何構(gòu)思教學(xué)設(shè)計(jì)，綜合利用多種教學(xué)方法，使學(xué)生熟練掌握戴維南等效電路的建立及應(yīng)用。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)方法研究

近年來，在大學(xué)不斷推進(jìn)教學(xué)深化改革的背景下，通過教學(xué)交流和總結(jié)，吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，不斷在教學(xué)中反思、總結(jié)和實(shí)踐，力求將“以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的新型教學(xué)理念和教學(xué)方法融入電類專業(yè)理論基礎(chǔ)課程的教學(xué)中，解決傳統(tǒng)教學(xué)中理論和實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐分離和脫節(jié)的問題[2]。

1. 承上啟下 巧妙導(dǎo)課

在上課初始，如何利用有限的時(shí)間巧妙導(dǎo)課，使知識(shí)點(diǎn)的引入合理自然，是引領(lǐng)學(xué)生思維，駕馭課堂的第一步。

為消除學(xué)員對(duì)電路建模新方法的陌生感，首先介紹電路建模背景，包括建模思想、建模類型和建模作用，幫助學(xué)生建立建模的概念。考慮到戴維南定理的本質(zhì)，擬由對(duì)復(fù)雜電路的分析引入等效的概念，通過對(duì)前面所學(xué)過的等效二端網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的回顧，引入戴維南定理的具體內(nèi)容。

2. 推導(dǎo)論證 案例分析

在導(dǎo)課環(huán)節(jié)，學(xué)生了解了戴維南定理的具體內(nèi)容——任意一個(gè)線性含獨(dú)立源的二端網(wǎng)絡(luò)N均可用一個(gè)電壓源Uoc串聯(lián)電阻R0來等效。為了使學(xué)生認(rèn)識(shí)到戴維南等效電路成立的必然性，以及等效電路中兩個(gè)重要參數(shù)：Uoc和R0的具體物理意義，首先借助所學(xué)過的等效二端網(wǎng)絡(luò)的概念和疊加定理的知識(shí)對(duì)定理進(jìn)行證明。接下來直接切入主題，介紹基于定理的等效電路的建立方法，即如何求解開路電壓Uoc和除源等效電阻R0。需要注意的是，針對(duì)不同電路類型，R0的求解方法有所不同，因此要結(jié)合實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生分情況分析討論，并進(jìn)行歸納總結(jié)，明確各方法的區(qū)別和聯(lián)系，同時(shí)考慮一題多解的情況。

采用推演式教學(xué)法，論證嚴(yán)密，充分體現(xiàn)了教學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性。針對(duì)不同電路類型，采用案例式教學(xué)法，使學(xué)生熟練掌握戴維南等效電路的求解方法并深刻理解定理的普適性；通過分析對(duì)比，幫助學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)該建模方法的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)；通過歸納總結(jié)，啟發(fā)學(xué)生自我構(gòu)建知體系[3]。

3. 討論對(duì)比指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)代大學(xué)教育中普遍存在著理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)分離和脫節(jié)的現(xiàn)象，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)事倍功半，沒有很好的發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。為了解決這一問題，在理論教學(xué)中有意識(shí)、有目的的分析、指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，將理論和實(shí)驗(yàn)有機(jī)的聯(lián)系起來，既引起了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的充分重視，也是對(duì)所要開展的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有效的預(yù)習(xí)，達(dá)到事半功倍的效果。

戴維南等效電路的測(cè)量是《電路分析基礎(chǔ)》配套實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一個(gè)非常重要的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，在舉例分析已知電路結(jié)構(gòu)情況下，如何通過計(jì)算建立戴維南等效電路之后，緊接著提出問題——對(duì)于未知電路結(jié)構(gòu)的情況下，如何通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方法建立戴維南等效電路呢？接下來引導(dǎo)學(xué)生一起探索并總結(jié)兩種基本的測(cè)量方法：半值電壓法和伏安關(guān)系曲線法，同時(shí)提醒學(xué)生關(guān)注實(shí)驗(yàn)過程中的一些注意事項(xiàng)：如直接測(cè)量短路電流可能會(huì)燒壞電表等。通過探討和總結(jié)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到理論和實(shí)驗(yàn)的聯(lián)系和差別，了解了一些基本的實(shí)驗(yàn)常識(shí)[4]。

4. 結(jié)合實(shí)例 融合應(yīng)用

前面主要學(xué)習(xí)了如何通過分析計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方法建立戴維南等效電路，那么戴維南等效電路又有哪些方面的應(yīng)用呢？接下來主要采用案例式教學(xué)法，借助所掌握的電路的基本理論和基本分析方法，分類討論戴維南等效電路在簡(jiǎn)化復(fù)雜電路分析、功率匹配和求解含非線性元件的電路中的具體應(yīng)用。

三、總結(jié)

《電路分析基礎(chǔ)》是一門理論、實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐相融合的課程，實(shí)驗(yàn)可以用來鞏固、驗(yàn)證理論知識(shí)，還可以用來指導(dǎo)實(shí)踐，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力、科研能力和創(chuàng)新能力[5]。將實(shí)驗(yàn)引入電類課程的理論教學(xué)，解決了傳統(tǒng)教學(xué)中理論和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐分離和脫節(jié)的問題，

成為傳統(tǒng)教學(xué)的有益補(bǔ)充。

參考文獻(xiàn)

[1] 李瀚蓀.電路分析基礎(chǔ)[M].第四版.北京：高等教育出版社.2009

[2] 常青美，孫亮.電類核心基礎(chǔ)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國電力教育，2012， 18： 60-61

[3] 李延明.建構(gòu)主義教育理論及其對(duì)我國基礎(chǔ)教育教學(xué)改革的啟示[J].新鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，23（4）： 158-162

[4] 沈小麗，潘蘭芳.問題情境教學(xué)在戴維南定理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究[J].中國科技教育，2012.3

[作者介紹] 舒君（1980-），女，河南洛陽，碩士，講師，教員，解放軍信息工程大學(xué)信息與系統(tǒng)工程學(xué)院電路與系統(tǒng)教研室，研究方向：電路與系統(tǒng)。

王妍（1983-），女，河南焦作，碩士，講師，教員，解放軍信息工程大學(xué)信息與系統(tǒng)工程學(xué)院電路信號(hào)與系統(tǒng)教研室，研究方向：電路與系統(tǒng)。

王雪明（1968-），女，鄭州，本科，副教授，教員，解放軍信息工程大學(xué)信息與系統(tǒng)工程學(xué)院電路信號(hào)與系統(tǒng)教研室，研究方向：電路與系統(tǒng)。