高校《電工基礎》課程直流電路分析模塊教學新思路

靳宇星 常海賜 宋斌 吐爾尼亞孜·艾比布

摘要：針對高職、大專院校《電工基礎》課程直流電路教學部分，知識點多、內容抽象、理論性強等突出問題，提出了一種直流電路教學模塊的授課新思路。即從電路分析的基礎知識點出發設計了直流電路教學的“一、二、三、四”新方法——即一個電路圖，兩個實驗，三個技能，四種方法。通過在課堂上采用該法授課，結果顯示該部分的理論講授起來更加流暢，學生對這部分的內容理解也更快，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》直流電路模塊的所有知識點和技能點進行串聯，使得原本瑣碎的知識點變得連貫和流暢，便于學生的理解和記憶。

關鍵詞：電工基礎;電路分析;直流電路;實驗

中圖分類號：TM133

文獻標志碼：A

文章編號：1009-3044（2020）03-0246-03

1 背景

《電工基礎》課程作為高職、大專院校電氣自動化、機電一體化等工科專業的基礎性課程具有理論性強、知識點抽象等特點。該課程不僅要教授學生基礎的電路分析方法還要傳授學生基本的電工操作技能[1]。而傳統的教學方法在直流電路分析模塊的講授時，都會面臨知識點比較雜亂、瑣碎，且相互之間關聯性小，理論知識講授起來比較抽象，內容枯燥，學生理解難度大等實際問題[2]。本課程教學團隊通過多年的《電工基礎》教學實踐，從中總結出了一套簡單實用、系統有效的新的教學思路，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，只做兩個電路實驗，可以達到讓學生掌握三種操作技能，學會四種電路分析方法的目的。

2 一幅經典電路圖

本文調研了多本高職院校采用的《電工基礎》《電工技術》等教材，經過篩選選取一幅簡單明了的經典電路圖，既能滿足教學任務，又被大多數職教設備所采用，具體如圖1所示：

該電路圖由兩個理想電壓源和五個電阻構成，包含了七條支路，兩個節點兩個網孔，三個回路。

3 兩個實驗

圖1中所給出的電路圖既可以完成基爾霍夫定律實驗驗證可以完成疊加定理實驗。實驗電路板如圖2所示：

3.1 基爾霍夫定律實驗

實驗過程：

1）圖2中Il I2、I3的方向已設定。可選擇3個回路電流方向為FBCEF、BADCB、FADEF。

2）調好兩路直流穩壓電源接入電路。

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）測量三個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量值一項。

數據分析：

本次實驗可先完成測量值這一部分內容，計算值可留待支路電流法學習之后再求解準確的計算值，同測量值之間求解相對誤差。

3.2 疊加定理實驗

實驗過程：

1）調節兩路穩壓電源接入U1= 12V、U2=8V。

2）分別令U1和U2單獨作用和共同作用時記錄數據并完成下表：

4 三個技能

4.1 萬用表的使用技能

通過兩個實驗可以讓學生認識掌握萬用表，并且掌握萬用表的基本操作以及使用萬用表進行以下物理量的測量：

1）使用萬用表測量直流電壓;

2）使用萬用表測量直流電流;

3）使用萬用表測量電阻阻值。

4.2 電工實驗臺的操作技能

通過兩個實驗可以讓學生掌握以下知識點：

1）掌握直流電工儀表和使用方法;

2）掌握實驗平臺的基本操作及注意事項;

3）掌握常見故障的檢查及排除。

4.3 實驗中誤差的減小和數據分析技能

為使得實驗數據更加精確可靠，可在實驗過程中采用以下措施減小實驗誤差：

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

2）對各物理量進行多次測量求取平均值作為最終的測量值;

3）采用萬用表測量實驗電路板當中的電阻值而不是讀取實驗板上的印制值。

5 四種電路分析方法

5.1 基爾霍夫定理

KCL：在集總電路中，任何時刻，對任意結點，所有流出結點的支路電流代數和恒等于零。即：

可以看出根據結點電壓法求解出的各支路電流的計算值與支路電流法求解出的一致。

6 結束語

針對高職、大專院校《電工基礎》課程直流電路教學部分，本文提出的“一、二、三、四”法由簡及難，以一幅經典電路圖為主線，將整個直流電路教學模塊中分散的知識點和技能點進行了串聯。通過兩次實驗采集到的實驗數據與MATLAB科學計算法求解出來的理論數據進行了對比分析，驗證了定理正確性的同時加深了學生對該部分知識的理解。萬用表和電工實驗臺的操作鍛煉了學生動手能力和團隊協作能力。誤差分析和數據處理的過程培養了學生精益求精的和一絲不茍，嚴謹治學的良好品質。

參考文獻：

[1]陳秀華.高職院校《電工基礎》課程教學改革探索[J].教育理論與實踐，2013，33（21）：28-29.

[2]宋堅.新時期高職電工電子技能實訓教學方法研究[J].智庫時代，2018（40）：131，134.

[3]曹建林.電工技術[M].北京：高等教育出版社，2001.