電路理論基礎(chǔ)課程教學(xué)設(shè)計

1、電路理論基礎(chǔ)課程教學(xué)設(shè)計. 齊 超. 課程編號：t050602. 課程名稱：電路/ electric circuit. 開課單位：電工基礎(chǔ)教研室. 本課程學(xué)時：授課80學(xué)時；實驗12學(xué)時 .yiyangdoudou電路理論基礎(chǔ)課程教學(xué)設(shè)計齊 超課程編號：t050602課程名稱：電路 / electric circuit開課單位：電工基礎(chǔ)教研室本課程學(xué)時：授課80學(xué)時；實驗12學(xué)時任課教師：齊超 副教授、主講全部80學(xué)時目錄 1 電路理論基礎(chǔ)內(nèi)容 12 電路教學(xué)設(shè)計 43 主要參考教材及其特點 64 電路教學(xué)改革研究 85 結(jié)束語 111 電路理論基礎(chǔ)內(nèi)容：11 主要內(nèi)容體系：1 2 主要內(nèi)容詳

2、解(表1)：課程名稱電 路授課學(xué)時80授課班級0221101-04，0221201-02；0201101-0201107教材電路理論基礎(chǔ)，周長源主編，高教出版社1998年序號授課學(xué)時授課方式授課內(nèi)容教材頁數(shù)12講課緒論，電路元件及其表征，電路結(jié)構(gòu)，基爾霍夫電流定律1-622講課基爾霍夫電壓定律，電路的線圖，獨立的基爾霍夫電壓、電流定律方程7-1532講課矩陣形式的基爾霍夫定律方程，特勒根定理15-2042講課電壓源與電流源，受控電源，電阻元件23-2852講課多端電阻和二端口電阻，電容元件29-3462講課電感元件，互感元件34-3872講課直流電路,含源支路的直流特性，支路法(2b法)43-

3、4782講課支路電流法,支路電壓法,混合法，回路法47- 5592講課節(jié)點法56 -59102講課置換定理，疊加定理和齊性定理，互易定理59-67112講課無獨立源及含獨立源一端口的等效電路，67-72122講課無獨立源二端口的等效電路，星形和三角形電阻網(wǎng)絡(luò)的等效變換72-75132講課二端口的互聯(lián)，二端口與電源及負(fù)載的聯(lián)結(jié),線性直流電路系統(tǒng)分析81-86142研討習(xí)題152講課非線性電阻元件的伏安特性，非線性直流電路方程94-98162講課數(shù)值分析法，分段線性近似法，圖解法99-108172講課正弦電流，rlc串聯(lián)電路中的正弦電流112-118182講課gcl并聯(lián)電路中的正弦電流，正弦量的相

4、量表示,基爾霍夫定律的相量形式119-126192講課rlc串聯(lián)電路，復(fù)阻抗, gcl并聯(lián)電路，復(fù)導(dǎo)納126-131序號授課學(xué)時授課方式授課內(nèi)容教材頁數(shù)202講課正弦電流電路方程的相量形式,例題131-135212講課正弦一端口的等效電路,正弦電流一端口的功率135-143222講課復(fù)功率，最大功率傳輸定理144-146232研討測驗習(xí)題、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法交流（提交論文）對穩(wěn)態(tài)電路階段測驗242講課非正弦周期電流和電壓，有效值, 平均功率155-164252講課非正弦周期電流電路的計算例題,164-166262講課網(wǎng)絡(luò)函數(shù)和頻率特性, rlc串聯(lián)電路的頻率特性174-179272講課串聯(lián)諧振

5、電路, 并聯(lián)諧振電路，感應(yīng)耦合諧振電路179-186282講課三相制，三相制的星形接法和三角形接法189-194292講課三相電路的功率，對稱三相電路的計算，不對稱三相電路的概念195-201302講課動態(tài)電路的暫態(tài)過程及其方程，電路變量的初始值210-212312講課 一階電路微分方程的普遍形式, 一階電路解的普遍形式213-218322講課一階電路零輸入響應(yīng)，零狀態(tài)響應(yīng)，218-223332講課全響應(yīng)，階躍響應(yīng)，224-231342講課沖激響應(yīng)，卷積積分231-243352講課二階電路的暫態(tài)過程，狀態(tài)變量分析244- 255362講課拉普拉斯變換及其基本性質(zhì)260-264372講課拉普拉斯

6、反變換，復(fù)頻域中的電路定律與電路模型265-273382講課線性動態(tài)電路的復(fù)頻域分析法274-280392講課網(wǎng)絡(luò)函數(shù)281-284402講課總復(fù)習(xí)13 主要內(nèi)容關(guān)系：各部分內(nèi)容之間的關(guān)系如下圖：基本概念；基本定律；基本元件約束kcl，kvl，vcr網(wǎng)絡(luò)方程分析法:支路法，節(jié)點法，網(wǎng)孔法等直流電路分析 正弦穩(wěn)態(tài)電路分析動態(tài)電路暫態(tài)分析二端口網(wǎng)絡(luò)電路定理，等效變換等圖2 電 路 各 部 分 主 要 內(nèi) 容 相 互 關(guān) 系 圖2 教學(xué)設(shè)計自從19世紀(jì)末古典電子理論建立之后，電子技術(shù)科學(xué)得以迅猛發(fā)展，可以說20世紀(jì)是電氣化世紀(jì)。那么21世紀(jì)大學(xué)生如何推動電子科學(xué)邁上一個新臺階？最基本的要求就是熟練掌

7、握其基本理論電路理論。作為一名電路老師如何教授好電路理論，是我們不斷探求的課題。筆者結(jié)合幾年來電路教學(xué)經(jīng)驗，以電路理論基礎(chǔ)的入門部分線性直流電路為例，進行了教學(xué)設(shè)計，以供商討。21 區(qū)別于物理學(xué)中電路基本概念物理學(xué)中電壓u、電流i不考慮參考方向與實際方向的區(qū)分，而電路理論中的u、i 值均是建立在預(yù)先約定參考方向下的相對值；物理學(xué)中電壓u不言而喻地代表某一元件的端對電壓，而電路理論中要區(qū)別好節(jié)點電壓、節(jié)偶電壓、支路電壓u；物理學(xué)中電流i多指流經(jīng)某一元件的電流大小，而電路理論中不但有支路電流i、還有網(wǎng)孔電流、回路電流；物理學(xué)電路中電源只有一個且多指理想獨立電壓源，而電路理論中獨立源激勵往往不止局限

8、于一個，還存在某一時刻輸出為確定源電流值的電流源，同時介紹了以前從沒接觸過的另一類源電壓和源電流并不獨立存在，而是受電路中另一處的電壓或電流控制的受控電源等等。通過對上述等一些相近內(nèi)容的比較，使同學(xué)們認(rèn)識到，大學(xué)電類專業(yè)的電路理論不是對初中、高中及大學(xué)物理電學(xué)部分的簡單重復(fù)，而是對它們的擴充和深入。22 基爾霍夫電路定律貫穿始末基爾霍夫電流定律kcl()、電壓定律kvl()是集中參數(shù)電路理論中任一時刻都遵守的兩個基本定律。它們是對電路互聯(lián)方式的結(jié)構(gòu)約束，從數(shù)學(xué)圖論的觀點，只要對電路元件抽象而聯(lián)成的電路的線圖相同，就可以列寫相同的kcl、kvl方程，與元件vcr特性無關(guān)。因此在線性直流電路的列解

9、方程分析法中，從電路完備的數(shù)學(xué)模型2b方程法，到支路電流法、回路電流分析法，再到節(jié)點電壓分析法，實質(zhì)都離不開對kcl、kvl定律的透徹理解和熟練應(yīng)用。23 注意電路定理適用范圍電路理論主要對電路模型進行電路分析，求解電路響應(yīng)。一般來講，電路分析的方法可分為兩類：一類是以kcl、kvl和元件vcr方程為理論基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)方程分析法；另一類可通過定理、定律從電路等效的觀點去變換電路或等效替代元件以求解響應(yīng)。這就要求我們必須明確定理、定律的應(yīng)用條件、適用范圍。 下面我們來看是不是所有戴維南電路與諾頓電路之間都可以等效變換呢？分析如下電路+-3v+-4v6a3圖3 (a)6a圖3 (b)該一端口對外只能等

10、效成諾頓電路，無論如何也不能進行戴維南電路的等效，因為其最簡等效電路是一個源電流值為6a的獨立電流源，如圖3（b）所示，對外只能提供確定的源電流；同理若一端口對外只能等效成一個電壓源，該一端口也沒有對應(yīng)的諾頓等效電路。24 范例簡單且有代表性連續(xù)性選一個比較好的電路例題貫穿于每節(jié)課。這樣學(xué)生在接受新內(nèi)容時，先遇到一個熟悉的電路模型，自然產(chǎn)生一種親切感，激發(fā)起針對舊電路學(xué)習(xí)新內(nèi)容、解決新問題的興趣。筆者在講解線性直流電路時，一開始介紹電路的線圖時，就以具有4個節(jié)點，6條支路，3個網(wǎng)孔的電路模型為例，如圖5 (a) 所示圖5（a）654213iiiiii撇開電路元件特性，只根據(jù)電路結(jié)構(gòu)約束，上圖可

11、列寫3個獨立節(jié)點的kcl電流方程和3個獨立回路（網(wǎng)孔）的kvl電壓方程。接下來從電路完備的2b方程，到支路電流分析法，再到回路電流分析法，都延用這個電路線圖，只不過求解具體響應(yīng)時，每條支路添加上必要的電路元件，如圖5 (b) 所示。圖5（b）r3r6r5r4r26iiiiiir1+-s3us1us4采用此方法，使線性直流電路理論對于初學(xué)者看似一個個分散的內(nèi)容，通過一幅主電路圖貫穿起來，便于學(xué)生理解和接受。25 小結(jié)通過電路理論基礎(chǔ)課的教學(xué)，逐步培養(yǎng)了學(xué)生對知識掌握的科學(xué)態(tài)度、科學(xué)方法，提高自身的科學(xué)素質(zhì)和科學(xué)創(chuàng)造精神，為造就高層次電氣科技人才做準(zhǔn)備。3 主要參考教材及其特點：教材1：孫桂瑛主編

12、，電路理論基礎(chǔ) 哈工大出版社出版，2001年1月其主要特點是:1、教材理論體系嚴(yán)謹(jǐn)，內(nèi)容安排采用按激勵劃分的原則。2、該教材不僅注重知識內(nèi)容的結(jié)構(gòu)，還注重體現(xiàn)了“鏈?zhǔn)较到y(tǒng)”教學(xué)法的思想。引導(dǎo)讀者由淺入深、循序漸進的學(xué)習(xí)。3、教材的例題與理論知識點緊密結(jié)合。采用例題分散難點的策略，使教學(xué)方法更加靈活。4、為提高讀者應(yīng)用計算機分析電路的能力，適應(yīng)計算機發(fā)展時代的要求，本書還特別介紹了最新版本的pspice (for windows) 電路分析軟件。教材2：邱關(guān)源主編，電路第四版 高等教育出版社出版，1999年6月其主要特點是：1、教材注重協(xié)調(diào)基本內(nèi)容、傳統(tǒng)內(nèi)容和新內(nèi)容之間的關(guān)系。例如介紹傳統(tǒng)的等效

13、變換法和電路的列解方程法同時，把在模擬電子學(xué)中將要作詳細(xì)介紹的運算放大器拿到電路理論中來，從元件外特性的角度提前介紹運算放大器，進而把傳統(tǒng)的電路分析方法有效的應(yīng)用到含運放的電路分析中去，為后續(xù)模擬電子課的電子線路的分析做好基本分析方法的訓(xùn)練。2、基本內(nèi)容的介紹概念清晰、理論嚴(yán)謹(jǐn)且又精煉簡潔，利于學(xué)生自學(xué)。3、適應(yīng)計算機時代的飛速發(fā)展，介紹了典型的pspise（for window）軟件包。4、由于在體系上采用以電路參數(shù)劃分的原則。因此，動態(tài)電路的時域分析與復(fù)頻域分析脫節(jié)，破壞了同類問題分析的連貫性。教材3：周長源主編 電路理論基礎(chǔ) 高等教育出版社 1996年6月 其主要特點是：1、本書的結(jié)構(gòu)體

14、系采用以激勵來劃分的原則。內(nèi)容安排順序合理、緊湊。2、突出電路的普遍規(guī)律。例如在介紹列解方程分析電路的方法時，注重介紹列解電路方程的基本方法，其次才是技巧方面的訓(xùn)練。3、注重協(xié)調(diào)本課程和其它相關(guān)課程的關(guān)系。利用已有的數(shù)學(xué)、物理知識擴展電路理論。4、基本內(nèi)容的介紹不如邱關(guān)源教材簡練易懂。不太利于學(xué)生自學(xué)。此外還有俞大光編電工基礎(chǔ)修訂本，中冊，這雖是一本60年代教材，但數(shù)學(xué)及物理概念準(zhǔn)確、語言精煉、內(nèi)容重點突出、理論聯(lián)系實際。由淺入深地敘述電路計算方法。通過閱讀此書，可以了解電工教材的歷史狀況。林爭輝的電路理論（第一卷），深度和廣度介于本科教學(xué)與碩士教學(xué)之間。不適合少學(xué)時電路教學(xué)。裴留慶的電路理論

15、基礎(chǔ)，內(nèi)容安排邏輯性強，但后半部分對信號的討論過多，教材適合無線電類專業(yè)選用。但前半部分是非無線電類專業(yè)很好的參考書。楊山的電路理論基礎(chǔ)，語言精煉，例題及習(xí)題選擇恰當(dāng)。適合中等程度的學(xué)生選作參考書。4 電路教學(xué)改革研究自從教育部關(guān)于加強高等學(xué)校本科教學(xué)工作提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見（簡稱20014號文件）下發(fā)后，在全國高校又掀起了教學(xué)改革新高潮。山東農(nóng)大在教師任課方面打破常規(guī)，教哪門課、課時多少不再由教務(wù)處和教研室規(guī)定，而是由教師自己選擇，然后通過競爭確定教師人選和課時數(shù)。為進一步提高教學(xué)質(zhì)量，推出由“你安排我上課”到“我選擇我競爭”的又一改革措施。武漢工業(yè)學(xué)院為了讓各層次學(xué)生都“吃飽”，在數(shù)學(xué)、

16、英語等公共基礎(chǔ)課實行分班、分級教學(xué)。首都師大作為師資培養(yǎng)基地，在基礎(chǔ)教育全面推進的情況下，突破原有框架，改革教師教育模式，面向?qū)W校實踐，著力構(gòu)建教師教育新體系等等，具有不同特點的改革方案不斷涌現(xiàn)。同時隨著科教興國方針的貫徹落實，要求我們進一步轉(zhuǎn)變觀念擴大視野，使教學(xué)適應(yīng)以信息技術(shù)為先導(dǎo)的科技革命和我國社會主義市場經(jīng)濟體制的需要，加快教學(xué)過程的國際化進程。而電路課程是電路理論的入門課，研究對象是電網(wǎng)絡(luò)的建模、分析、綜合與設(shè)計，是電類專業(yè)學(xué)生必修的技術(shù)基礎(chǔ)課程。學(xué)生能否熟練掌握電路課程的基本概念、基本分析計算方法將直接關(guān)系到后續(xù)課程的學(xué)習(xí)效果，能否將電路實驗、仿真技能應(yīng)用于實際也關(guān)系到在以后工作中

17、解決真問題的能力。我校通過開展“面向21世紀(jì)電工電子系列課程的改革”及其它項目的研究，在電路課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考試形式改革等方面進行了有益嘗試，取得了一定的成功經(jīng)驗，在此略作總結(jié)，以供商討。41 教學(xué)內(nèi)容改革1 學(xué)時減少，提高時效為培養(yǎng)適應(yīng)21世紀(jì)社會需要的綜合型人才，國家教委、各高等院校正在積極探討、進行教學(xué)改革。各學(xué)科增加了許多相關(guān)選修課程，這就勢必減少一些原有課程的學(xué)時。在電路課學(xué)時減少的情況下，如何確保主要教學(xué)內(nèi)容不受影響，我們的做法是在提高時效上下功夫。例如，將網(wǎng)絡(luò)線圖及特勒根定理放到基爾霍夫定律及其方程中，便于一開始就討論基爾霍夫方程的獨立性，其對電路行態(tài)是一種結(jié)構(gòu)約束，與

18、各支路元件無關(guān)；在大篇幅的正弦交流電路分析一章，先引入相量概念，隨之與直流電阻電路比擬，很容易得到串、并聯(lián)交流電路的復(fù)阻抗、復(fù)導(dǎo)納；因狀態(tài)變量分析屬于時域分析內(nèi)容，故可把狀態(tài)方程的專用樹列寫法放到“線性動態(tài)電路暫態(tài)過程的時域分析”一章；把二端口網(wǎng)絡(luò)等效電路作為線性直流電路中等效變換內(nèi)容之一。經(jīng)此處理，相同內(nèi)容集中，體系緊湊，確保電路主要內(nèi)容不受影響，同時提高了時效。2 電路授課，承前啟后電路課是學(xué)生在大二時所學(xué)，我們深入研究電路與相關(guān)課程關(guān)系，在講授電路課時承前啟后。例如第一章就引入電路的線圖，把基爾霍夫定律方程和多端元件特性方程寫成矩陣形式，起到鞏固先修課（高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)和大學(xué)物理）的作

19、用；把非線性電阻電路提前，為后續(xù)模擬電子技術(shù)課準(zhǔn)備了圖解法和工作點的概念；在講到電路互易定理時，引入電磁場的觀點，使同學(xué)對麥克斯韋方程組有了初步認(rèn)識。這樣將電路課程放到整個教學(xué)計劃中來考慮，做到全局最優(yōu)而不是局部最優(yōu)，實現(xiàn)最佳前后銜接，學(xué)以致用。3 內(nèi)容變化，優(yōu)化體系 教研室集體研究電路自身發(fā)展變化，優(yōu)化課程教學(xué)體系。分析集中參數(shù)電路的基本依據(jù)是基爾霍夫定律及元件約束方程，第一章就拋開具體電路模型講述了基爾霍夫定律，強調(diào)與元件的無關(guān)性；第二章講述了電路課中所用到的全部電路元件及其方程。將這兩章方程聯(lián)立，即得電路分析的完備方程組，使學(xué)生立足于全局高度來認(rèn)識電路課程。隨之又可得到許多具體簡明的電路

20、分析方法用于直流電路、正弦電路、動態(tài)電路及非線性電路。4 強調(diào)理論，注重實用 強調(diào)電路理論基礎(chǔ)的同時還要注重實用，在講到電路的頻率特性和諧振現(xiàn)象時，請同學(xué)自己列舉出日常生活中的應(yīng)用事例，很多同學(xué)立即想到，一些收音機就是利用串聯(lián)諧振電路從多個不同頻段的信號種選擇所要收聽的某個電臺信號；實際中非線性電路應(yīng)用廣泛，在非線性直流和非線性動態(tài)電路分析過程中也適當(dāng)增加應(yīng)用事例，使學(xué)生掌握更多的非線性電路知識以備后用。42 教學(xué)方法改革培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實踐能力是素質(zhì)教育的核心。為此除了改革教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)體系以外，教學(xué)方法的改革也至關(guān)重要。在講授新課程內(nèi)容之前，盡可能地從應(yīng)用的角度去總結(jié)用學(xué)過的知識所能

21、解決的問題，明確其適用范圍和局限性，進而提出尚待解決的新問題，從而恰到好處地把學(xué)生吸引到對新知識的渴求上，增強學(xué)習(xí)新知識的欲望。為保證課堂教學(xué)效果最佳，我們教師除了對所講內(nèi)容熟練準(zhǔn)確掌握外,還要以滿腔熱情的態(tài)度，詼諧幽默的語言來感染學(xué)生。例如在講解電路元件一章時，可將發(fā)出功率的激勵源比作生活中的自來水管，電感、電容比作水缸，電阻比作水杯，使同學(xué)們輕松理解供能元件、儲能元件和耗能元件間的區(qū)別。要從根本上改變學(xué)生被動接受的灌輸式教學(xué)模式，實行啟發(fā)式、理論聯(lián)系實際、穿插交融而互動的教學(xué)模式。為使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中與教師配合默契，課堂上適當(dāng)?shù)奶釂?，或請同學(xué)到黑板前解與所講理論、定律相關(guān)的例題，既能活躍課堂氣氛，又調(diào)動了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性。每章結(jié)束，安排一節(jié)討論課，同學(xué)將課下做好的本章小結(jié)和已學(xué)各章知識聯(lián)系的總結(jié)進行交流。各抒己見，相互補充對方的遺漏，糾正對方的差錯。傳統(tǒng)的“我講你聽”教學(xué)模式發(fā)生了變化，課堂活了起來，學(xué)生動了起來，解決了“一聽就會，一做就錯”的問題。學(xué)生在與老師合作互動教學(xué)活動中，形成了有效的自主學(xué)習(xí)方法，這將使他們受益終生。長期以來我國的教育觀念是求同訓(xùn)練，行動整齊，作業(yè)同一。而現(xiàn)代教育提倡學(xué)生有創(chuàng)新思想，敢于突破傳統(tǒng)觀念。由此課下布置作業(yè)形式多樣，（1）最低要求是按傳統(tǒng)做法解答書后習(xí)題。（2）由學(xué)生從參考教材中選擇或自編典型習(xí)題，做出解答，進行