電工電子學課程中關于基爾霍夫電流電壓定律的課程思政教學設計

摘? 要? 電工電子學課程中擁有豐富的思政元素。在基爾霍夫定律部分涉及兩個思政元素：科學史中科學家基爾霍夫的介紹；電路中的內外部約束條件和人們所受到的內外部約束條件的類比。就這部分內容進行課程思政教學設計，將授課要點與思政元素有效融合，設計合適的實施過程，貫徹“三全育人”的教育方針。

關鍵詞? 電工電子學；課程思政；教學設計；基爾霍夫電流電壓定律

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）07-0084-03

0? 引言

習近平總書記指出，要挖掘其他課程和教學方式中蘊含的思想政治教育資源，實現全員全程全方位育人[1]。因此，高校思想政治教育工作近年來備受重視。高校思政教育作為大學生教育工作的重要環節，不但是思政類課程教學要完成的任務，其他專業課程教學中也需要加入思政元素，加強思政教育。需要注意的是，專業課程的課程思政教育和純粹的思政類課程教學有明顯的區別。如何將專業知識教學與世界觀、人生觀、價值觀的培養聯系起來，將品德教育點滴滲透到專業課程教學的全過程中，潛移默化地對學生進行引導和塑造，是非常值得思考和探討的問題。

電工電子學作為高等院校在工科非電類專業中普遍設立的一門電類基礎課程，為實現課程專業教學目標和思政目標的有效融合，在對學生傳授知識的過程中自然融入思政教學，必須進行合理的課程設計，并對教育手段和教學模式加以完善。下面以基爾霍夫電流電壓定律這部分內容為例，進行電工電子學課程思政教學設計。

1? 教學內容

基爾霍夫定律是電工電子學課程中電路理論部分最基本也是最重要的定律之一。它分為基爾霍夫電流定律（KCL）和基爾霍夫電壓定律（KVL）。在基爾霍夫電流電壓定律的前序學習中，學生已經掌握電路中電流電壓參考方向的概念，可以運用歐姆定律、電阻的串聯和并聯關系式等方法來分析計算一些簡單的電路，但對于復雜的電路，這些方法就力有不逮了，因此要尋找電路求解新方法。德國物理學家基爾霍夫就找到了這種新方法。

基爾霍夫電流電壓定律反映了電路網絡結構所滿足的約束關系：電流定律指出在集總電路中，任一結點，所有支路電流的代數和恒為零；電壓定律則指出任一回路，所有支路電壓的代數和恒為零。利用基爾霍夫定律得到的電流電壓結構約束關系，再結合電路中電阻、電壓源、電流源等基本元件所遵循的元件伏安特性所帶來的元件約束關系，可以聯立方程組求解各種復雜電路。它的適用范圍非常廣泛，直流電路可以用，交流電路也可以用；串并聯電路可以用，星形三角形電路網絡也可以用；三五個電阻、電源組成的簡單電路可以用，多個復雜電路元件組成的大規模電路網絡也可以用，區別無非是電路電流電壓方程個數和計算難度的不同。正是因為基爾霍夫定律適用的廣泛性，它也被稱為分析求解電路、計算電路中電壓及電流的萬能工具。

課前需要復習的知識點為電阻的串并聯、電壓電流的參考方向。本節課的教學目標是掌握基爾霍夫電流電壓定律的概念并能熟練應用，重難點主要在于結構約束和元件約束兩類約束條件的靈活使用，教學方式上可以采用線上教學和線下教學相結合、多媒體課件PPT播放和黑板板書相結合，滲透課程思政元素，對學生進行啟發式教學[2]。

2? 教學設計

整個教學過程設計流程如下。

2.1? 課前布置自學預習任務

通過推送學堂在線的慕課小視頻，讓學生自行回顧基本電阻的串并聯電路計算。

2.2? 課前測試

通過雨課堂推送串并聯簡單電路測試題，用測試題檢驗學生自學預習的效果。

2.3? 定律背景介紹和思政引申點1

介紹基爾霍夫定律在電路理論中的地位和作用，為什么需要引入基爾霍夫定律？它的應用場合是什么？滲透思政教育，通過介紹科學家基爾霍夫的事跡，引導青年學生追求真理，勇攀科學高峰。

2.4? 電流定律理論講授

先介紹支路、結點、回路的概念，再通過具體講解，解釋清楚基爾霍夫電流定律（KCL）的內容。

2.5? 課堂練習1

給出兩道應用基爾霍夫電流定律（KCL）求解的典型例題，幫助學生掌握基爾霍夫電流定律（KCL）的簡單應用。

2.6? 電壓定律理論講授

通過講解，解釋清楚基爾霍夫電壓定律（KVL）的內容。

2.7? 課堂練習2

給出兩道應用基爾霍夫電壓定律（KVL）求解的典型例題，幫助學生掌握基爾霍夫電壓定律（KVL）的簡單應用。

2.8? 課堂總結和思政引申點2

板書兩類約束條件，通過電路的內部約束和外部約束類比自然人與社會人的內部約束和外部約束，教導學生要遵規守紀。總結結構約束和元件約束兩類約束條件，引申到人類社會的內部約束和外部約束。

2.9? 課堂練習3

給出3～4道復雜電路的練習題，讓學生運用基爾霍夫電流電壓定律和電路元件性質進行求解。可以留一兩分鐘讓學生思考，然后教師講解四五分鐘。引導學生總結利用基爾霍夫定律求解電路電壓電流問題的方向和思路。通過雨課堂布置課堂練習題，讓學生自己動手做練習。學練結合，學生透徹理解基爾霍夫定律并能夠熟練使用其來求解電路。

3? 思政元素

在基爾霍夫定律這部分教學內容中主要涉及的思政元素有兩個：科學史中科學家基爾霍夫的介紹；電路中的內外部約束條件和人們所受到的內外部約束條件的類比。下面分別就這兩個思政元素的引入加以說明。

3.1? 科學家基爾霍夫

青年人思維活躍精力旺盛，容易接受新鮮實物，創造欲旺盛。大學時代如果能打好理論基礎，保持對科學研究的濃厚興趣，養成嚴謹認真的治學態度，未來很可能在科學研究中實現創新性的突破。德國物理學家古斯塔夫·羅伯特·基爾霍夫就是其中的杰出代表。1845年，21歲的基爾霍夫剛從德國哥尼斯堡大學畢業，就發表了第一篇學術論文，提出著名的基爾霍夫電流電壓定律，解決了復雜電路分析方面的難題。其后，他在物理熱學、光學及化學等方面作出重要貢獻。通過介紹基爾霍夫的生平，可以鼓勵學生勤于思考，積極鉆研問題，努力攀登科學高峰。基爾霍夫能夠提出基爾霍夫電流電壓定律，是他積極追尋科學理論，認真嚴謹進行科學歸納推導的結果，他本人也因這個成就被稱為“電路求解大師”。通過基爾霍夫的科學研究經歷，可以看到科學研究并不是遙不可及的，掌握正確的學習方法，培養積極探索的科學態度，有助于挖掘科學創造的潛能。

在課程教學中加入科學家的科學研究經歷介紹，簡單介紹科學史的發展，可以幫助學生對科學研究產生興趣，引導學生積極進取，掌握正確的思維方法和學習方法，培養對科學執著追求和及時總結的習慣，形成科學的世界觀和方法論。

3.2? 兩類約束條件

通過學習電路理論，知道電路要遵循兩個規律，即電路元件滿足的伏安關系和電路網絡結構滿足的基爾霍夫電流電壓定律，這是電路的內部元件約束和外部結構約束。內部約束和外部約束兩類條件必須同時滿足。同樣，人有兩個屬性，即自然人和社會人，自然人會受到自我需求的內部約束，而社會人會受到社會要求的外部約束。人類社會的內部約束和外部約束兩類條件也必須同時滿足，個人行為既要滿足個人發展需要，又要滿足社會發展需要[3]。

人們在從事社會活動中必須遵從道德規范和職業規范。學生要遵守學校的各項規章制度，這樣才能營造出良好有序、積極向上的校園氛圍。可以結合新冠肺炎疫情防控來談約束的必要性。疫情防控期間，個人行為既要符合自身特點，也要滿足社會整體防疫要求，內部和外部兩類約束條件缺一不可。人生中有多少付出就有多少回報，生活中的平衡無處不在。就像基爾霍夫定律，流入電流之和等于流出電流之和，電壓升之和等于電壓降之和。

4? 結束語

基爾霍夫電流電壓定律是電路分析的基本定律，是學生進一步學習復雜直流電路乃至交流電路的關鍵。教師在專業課程教學過程中尋找基爾霍夫電流電壓定律蘊含的思政育人元素，在進行專業知識教學的同時進行思政教育，把知識傳授和學生的生活實際相結合，有助于深入淺出地把定律的內容講透徹，幫助學生熟練掌握該定律。科學家的介紹也讓學生對知識更感興趣，有效消除學習上的畏難情緒，學習更加主動和得心應手。利用課堂合理地引導學生熱愛科學，進而熱愛專業，樹立正確的價值觀，是一種非常有效的方式。但是需要注意的是，思政元素的引入不宜過多，引入方式不能太生硬，順勢而為，點到即止。總之，相關思政元素的點在教學過程中可用幾句話提點一下，講解的重點還是要放在具體教學內容上，不可偏離教學的主題。

參考文獻

[1] 習近平.習近平談治國理政（第二卷）[M].北京：外文出版社，2017.

[2] 効迎春，王國偉，宿忠娥，等.電路課程思政教學改革與實踐探索[J].中國教育技術裝備，2019（10）：82-84．

[3] 冉慧娟，謝慶，葛玉敏.新冠肺炎疫情下電路課程思政案例構建及教學實踐初探[J].教育觀察，2020，9（9）：119-121.

*項目來源：2020年北京高等教育“本科教學改革創新項目”（173）；2020年度電子信息類專業教指委教學改革研究項目（2020-YB-09）；2020年北京工商大學教育教學改革研究立項項目（jg205105）；人才培養質量建設—北京高校優質本科教材課件建設—電工電子技術基本教程（19008021070）。

作者：陳媛媛，北京工商大學人工智能學院，副教授，主要從事半導體光電子技術研究（100048）。