电路理论基础课程教学设计.doc

yiyangdoudou电路理论基础课程教学设计齐 超课程编号：T050602课程名称：电路 / Electric Circuit开课单位：电工基础教研室本课程学时：授课80学时；实验12学时任课教师：齐超 副教授、主讲全部80学时目录 1 电路理论基础内容 12 电路教学设计 43 主要参考教材及其特点 64 电路教学改革研究 85 结束语 111 电路理论基础内容：11 主要内容体系：1 2 主要内容详解(表1)：课程名称电 路授课学时80授课班级0221101-04，0221201-02；0201101-0201107教材电路理论基础，周长源主编，高教出版社1998年序号授课学时授课方式授课内容教材页数12讲课绪论，电路元件及其表征，电路结构，基尔霍夫电流定律1-622讲课基尔霍夫电压定律，电路的线图，独立的基尔霍夫电压、电流定律方程7-1532讲课矩阵形式的基尔霍夫定律方程，特勒根定理15-2042讲课电压源与电流源，受控电源，电阻元件23-2852讲课多端电阻和二端口电阻，电容元件29-3462讲课电感元件，互感元件34-3872讲课直流电路,含源支路的直流特性，支路法(2b法)43-4782讲课支路电流法,支路电压法,混合法，回路法47- 5592讲课节点法56 -59102讲课置换定理，叠加定理和齐性定理，互易定理59-67112讲课无独立源及含独立源一端口的等效电路，67-72122讲课无独立源二端口的等效电路，星形和三角形电阻网络的等效变换72-75132讲课二端口的互联，二端口与电源及负载的联结,线性直流电路系统分析81-86142研讨习题152讲课非线性电阻元件的伏安特性，非线性直流电路方程94-98162讲课数值分析法，分段线性近似法，图解法99-108172讲课正弦电流，RLC串联电路中的正弦电流112-118182讲课GCL并联电路中的正弦电流，正弦量的相量表示,基尔霍夫定律的相量形式119-126192讲课RLC串联电路，复阻抗, GCL并联电路，复导纳126-131序号授课学时授课方式授课内容教材页数202讲课正弦电流电路方程的相量形式,例题131-135212讲课正弦一端口的等效电路,正弦电流一端口的功率135-143222讲课复功率，最大功率传输定理144-146232研讨测验习题、教学内容及教学方法交流（提交论文）对稳态电路阶段测验242讲课非正弦周期电流和电压，有效值, 平均功率155-164252讲课非正弦周期电流电路的计算例题,164-166262讲课网络函数和频率特性, RLC串联电路的频率特性174-179272讲课串联谐振电路, 并联谐振电路，感应耦合谐振电路179-186282讲课三相制，三相制的星形接法和三角形接法189-194292讲课三相电路的功率，对称三相电路的计算，不对称三相电路的概念195-201302讲课动态电路的暂态过程及其方程，电路变量的初始值210-212312讲课 一阶电路微分方程的普遍形式, 一阶电路解的普遍形式213-218322讲课一阶电路零输入响应，零状态响应，218-223332讲课全响应，阶跃响应，224-231342讲课冲激响应，卷积积分231-243352讲课二阶电路的暂态过程，状态变量分析244- 255362讲课拉普拉斯变换及其基本性质260-264372讲课拉普拉斯反变换，复频域中的电路定律与电路模型265-273382讲课线性动态电路的复频域分析法274-280392讲课网络函数281-284402讲课总复习13 主要内容关系：各部分内容之间的关系如下图：基本概念；基本定律；基本元件约束KCL，KVL，VCR网络方程分析法:支路法，节点法，网孔法等直流电路分析 正弦稳态电路分析动态电路暂态分析二端口网络电路定理，等效变换等图2 电 路 各 部 分 主 要 内 容 相 互 关 系 图2 教学设计自从19世纪末古典电子理论建立之后，电子技术科学得以迅猛发展，可以说20世纪是电气化世纪。那么21世纪大学生如何推动电子科学迈上一个新台阶？最基本的要求就是熟练掌握其基本理论电路理论。作为一名电路老师如何教授好电路理论，是我们不断探求的课题。笔者结合几年来电路教学经验，以电路理论基础的入门部分线性直流电路为例，进行了教学设计，以供商讨。21 区别于物理学中电路基本概念物理学中电压u、电流i不考虑参考方向与实际方向的区分，而电路理论中的u、i 值均是建立在预先约定参考方向下的相对值；物理学中电压u不言而喻地代表某一元件的端对电压，而电路理论中要区别好节点电压、节偶电压、支路电压u；物理学中电流i多指流经某一元件的电流大小，而电路理论中不但有支路电流i、还有网孔电流、回路电流；物理学电路中电源只有一个且多指理想独立电压源，而电路理论中独立源激励往往不止局限于一个，还存在某一时刻输出为确定源电流值的电流源，同时介绍了以前从没接触过的另一类源电压和源电流并不独立存在，而是受电路中另一处的电压或电流控制的受控电源等等。通过对上述等一些相近内容的比较，使同学们认识到，大学电类专业的电路理论不是对初中、高中及大学物理电学部分的简单重复，而是对它们的扩充和深入。22 基尔霍夫电路定律贯穿始末基尔霍夫电流定律KCL()、电压定律KVL()是集中参数电路理论中任一时刻都遵守的两个基本定律。它们是对电路互联方式的结构约束，从数学图论的观点，只要对电路元件抽象而联成的电路的线图相同，就可以列写相同的KCL、KVL方程，与元件VCR特性无关。因此在线性直流电路的列解方程分析法中，从电路完备的数学模型2b方程法，到支路电流法、回路电流分析法，再到节点电压分析法，实质都离不开对KCL、KVL定律的透彻理解和熟练应用。23 注意电路定理适用范围电路理论主要对电路模型进行电路分析，求解电路响应。一般来讲，电路分析的方法可分为两类：一类是以KCL、KVL和元件VCR方程为理论基础的网络方程分析法；另一类可通过定理、定律从电路等效的观点去变换电路或等效替代元件以求解响应。这就要求我们必须明确定理、定律的应用条件、适用范围。 下面我们来看是不是所有戴维南电路与诺顿电路之间都可以等效变换呢？分析如下电路+-3V+-4V6A3图3 (a)6A图3 (b)该一端口对外只能等效成诺顿电路，无论如何也不能进行戴维南电路的等效，因为其最简等效电路是一个源电流值为6A的独立电流源，如图3（b）所示，对外只能提供确定的源电流；同理若一端口对外只能等效成一个电压源，该一端口也没有对应的诺顿等效电路。24 范例简单且有代表性连续性选一个比较好的电路例题贯穿于每节课。这样学生在接受新内容时，先遇到一个熟悉的电路模型，自然产生一种亲切感，激发起针对旧电路学习新内容、解决新问题的兴趣。笔者在讲解线性直流电路时，一开始介绍电路的线图时，就以具有4个节点，6条支路，3个网孔的电路模型为例，如图5 (a) 所示图5（a）654213IIIIII撇开电路元件特性，只根据电路结构约束，上图可列写3个独立节点的KCL电流方程和3个独立回路（网孔）的KVL电压方程。接下来从电路完备的2b方程，到支路电流分析法，再到回路电流分析法，都延用这个电路线图，只不过求解具体响应时，每条支路添加上必要的电路元件，如图5 (b) 所示。图5（b）R3R6R5R4R26IIIIIIR1+-S3US1US4采用此方法，使线性直流电路理论对于初学者看似一个个分散的内容，通过一幅主电路图贯穿起来，便于学生理解和接受。25 小结通过电路理论基础课的教学，逐步培养了学生对知识掌握的科学态度、科学方法，提高自身的科学素质和科学创造精神，为造就高层次电气科技人才做准备。3 主要参考教材及其特点：教材1：孙桂瑛主编，电路理论基础 哈工大出版社出版，2001年1月其主要特点是:1、教材理论体系严谨，内容安排采用按激励划分的原则。2、该教材不仅注重知识内容的结构，还注重体现了“链式系统”教学法的思想。引导读者由浅入深、循序渐进的学习。3、教材的例题与理论知识点紧密结合。采用例题分散难点的策略，使教学方法更加灵活。4、为提高读者应用计算机分析电路的能力，适应计算机发展时代的要求，本书还特别介绍了最新版本的Pspice (For Windows) 电路分析软件。教材2：邱关源主编，电路第四版 高等教育出版社出版，1999年6月其主要特点是：1、教材注重协调基本内容、传统内容和新内容之间的关系。例如介绍传统的等效变换法和电路的列解方程法同时，把在模拟电子学中将要作详细介绍的运算放大器拿到电路理论中来，从元件外特性的角度提前介绍运算放大器，进而把传统的电路分析方法有效的应用到含运放的电路分析中去，为后续模拟电子课的电子线路的分析做好基本分析方法的训练。2、基本内容的介绍概念清晰、理论严谨且又精炼简洁，利于学生自学。3、适应计算机时代的飞速发展，介绍了典型的Pspise（For Window）软件包。4、由于在体系上采用以电路参数划分的原则。因此，动态电路的时域分析与复频域分析脱节，破坏了同类问题分析的连贯性。教材3：周长源主编 电路理论基础 高等教育出版社 1996年6月 其主要特点是：1、本书的结构体系采用以激励来划分的原则。内容安排顺序合理、紧凑。2、突出电路的普遍规律。例如在介绍列解方程分析电路的方法时，注重介绍列解电路方程的基本方法，其次才是技巧方面的训练。3、注重协调本课程和其它相关课程的关系。利用已有的数学、物理知识扩展电路理论。4、基本内容的介绍不如邱关源教材简练易懂。不太利于学生自学。此外还有俞大光编电工基础修订本，中册，这虽是一本60年代教材，但数学及物理概念准确、语言精炼、内容重点突出、理论联系实际。由浅入深地叙述电路计算方法。通过阅读此书，可以了解电工教材的历史状况。林争辉的电路理论（第一卷），深度和广度介于本科教学与硕士教学之间。不适合少学时电路教学。裴留庆的电路理论基础，内容安排逻辑性强，但后半部分对信号的讨论过多，教材适合无线电类专业选用。但前半部分是非无线电类专业很好的参考书。杨山的电路理论基础，语言精炼，例题及习题选择恰当。适合中等程度的学生选作参考书。4 电路教学改革研究自从教育部关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见（简称20014号文件）下发后，在全国高校又掀起了教学改革新高潮。山东农大在教师任课方面打破常规，教哪门课、课时多少不再由教务处和教研室规定，而是由教师自己选择，然后通过竞争确定教师人选和课时数。为进一步提高教学质量，推出由“你安排我上课”到“我选择我竞争”的又一改革措施。武汉工业学院为了让各层次学生都“吃饱”，在数学、英语等公共基础课实行分班、分级教学。首都师大作为师资培养基地，在基础教育全面推进的情况下，突破原有框架，改革教师教育模式，面向学校实践，着力构建教师教育新体系等等，具有不同特点的改革方案不断涌现。同时随着科教兴国方针的贯彻落实，要求我们进一步转变观念扩大视野，使教学适应以信息技术为先导的科技革命和我国社会主义市场经济体制的需要，加快教学过程的国际化进程。而电路课程是电路理论的入门课，研究对象是电网络的建模、分析、综合与设计，是电类专业学生必修的技术基础课程。学生能否熟练掌握电路课程的基本概念、基本分析计算方法将直接关系到后续课程的学习效果，能否将电路实验、仿真技能应用于实际也关系到在以后工作中解决真问题的能力。我校通过开展“面向21世纪电工电子系列课程的改革”及其它项目的研究，在电路课程的教学内容、教学方法、考试形式改革等方面进行了有益尝试，取得了一定的成功经验，在此略作总结，以供商讨。41 教学内容改革1 学时减少，提高时效为培养适应21世纪社会需要的综合型人才，国家教委、各高等院校正在积极探讨、进行教学改革。各学科增加了许多相关选修课程，这就势必减少一些原有课程的学时。在电路课学时减少的情况下，如何确保主要教学内容不受影响，我们的做法是在提高时效上下功夫。例如，将网络线图及特勒根定理放到基尔霍夫定律及其方程中，便于一开始就讨论基尔霍夫方程的独立性，其对电路行态是一种结构约束，与各支路元件无关；在大篇幅的正弦交流电路分析一章，先引入相量概念，随之与直流电阻电路比拟，很容易得到串、并联交流电路的复阻抗、复导纳；因状态变量分析属于时域分析内容，故可把状态方程的专用树列写法放到“线性动态电路暂态过程的时域分析”一章；把二端口网络等效电路作为线性直流电路中等效变换内容之一。经此处理，相同内容集中，体系紧凑，确保电路主要内容不受影响，同时提高了时效。2 电路授课，承前启后电路课是学生在大二时所学，我们深入研究电路与相关课程关系，在讲授电路课时承前启后。例如第一章就引入电路的线图，把基尔霍夫定律方程和多端元件特性方程写成矩阵形式，起到巩固先修课（高等数学、线性代数和大学物理）的作用；把非线性电阻电路提前，为后续模拟电子技术课准备了图解法和工作点的概念；在讲到电路互易定理时，引入电磁场的观点，使同学对麦克斯韦方程组有了初步认识。这样将电路课程放到整个教学计划中来考虑，做到全局最优而不是局部最优，实现最佳前后衔接，学以致用。3 内容变化，优化体系 教研室集体研究电路自身发展变化，优化课程教学体系。分析集中参数电路的基本依据是基尔霍夫定律及元件约束方程，第一章就抛开具体电路模型讲述了基尔霍夫定律，强调与元件的无关性；第二章讲述了电路课中所用到的全部电路元件及其方程。将这两章方程联立，即得电路分析的完备方程组，使学生立足于全局高度来认识电路课程。随之又可得到许多具体简明的电路分析方法用于直流电路、正弦电路、动态电路及非线性电路。4 强调理论，注重实用 强调电路理论基础的同时还要注重实用，在讲到电路的频率特性和谐振现象时，请同学自己列举出日常生活中的应用事例，很多同学立即想到，一些收音机就是利用串联谐振电路从多个不同频段的信号种选择所要收听的某个电台信号；实际中非线性电路应用广泛，在非线性直流和非线性动态电路分析过程中也适当增加应用事例，使学生掌握更多的非线性电路知识以备后用。42 教学方法改革培养学生创新精神与实践能力是素质教育的核心。为此除了改革教学内容、优化教学体系以外，教学方法的改革也至关重要。在讲授新课程内容之前，尽可能地从应用的角度去总结用学过的知识所能解决的问题，明确其适用范围和局限性，进而提出尚待解决的新问题，从而恰到好处地把学生吸引到对新知识的渴求上，增强学习新知识的欲望。为保证课堂教学效果最佳，我们教师除了对所讲内容熟练准确掌握外,还要以满腔热情的态度，诙谐幽默的语言来感染学生。例如在讲解电路元件一章时，可将发出功率的激励源比作生活中的自来水管，电感、电容比作水缸，电阻比作水杯，使同学们轻松理解供能元件、储能元件和耗能元件间的区别。要从根本上改变学生被动接受的灌输式教学模式，实行启发式、理论联系实际、穿插交融而互动的教学模式。为使学生在学习过程中与教师配合默契，课堂上适当的提问，或请同学到黑板前解与所讲理论、定律相关的例题，既能活跃课堂气氛，又调动了学生主动学习的积极性。每章结束，安排一节讨论课，同学将课下做好的本章小结和已学各章知识联系的总结进行交流。各抒己见，相互补充对方的遗漏，纠正对方的差错。传统的“我讲你听”教学模式发生了变化，课堂活了起来，学生动了起来，解决了“一听就会，一做就错”的问题。学生在与老师合作互动教学活动中，形成了有效的自主学习方法，这将使他们受益终生。长期以来我国的教育观念是求同训练，行动整齐，作业同一。而现代教育提倡学生有创新思想，敢于突破传统观念。由此课下布置作业形式多样，（1）最低要求是按传统做法解答书后习题。（2）由学生从参考教材中选择或自编典型习题，做出解答，进行题型分析，知识点剖析，原题变形。（3）知识点综述，选择对应习题。（4）归纳总结教材阅读中遇到的问题，并解答。（5）做专题讨论，写专题总结报告。（6）在实践中应用电路理论解决实际问题。充分发挥学生个性，推行创新素质教育，调动学生努力探索的积极性。43 考核形式改革多年来电路考试成绩基本上是期末笔试“一锤定音”。这种考试模式对教师、对学生势必造成“教为考”、“学为考”的教学心理，严重阻碍了综合素质教育的进行。在改革闭卷期末考试的探索中，有以下几种形式评定成绩：（1）平时各种形式的书面作业、口试15分，口试时教师每两人一组，学生抽题签，要在10分钟内完成3道必答题1道随机发挥题，按5分制综合评定打分；（2）实验操作15分，首先完成一学期内必做的实验实验内容 学时：1 叠加定理和基尔霍夫定律 2学时2 戴维南等效电路 2学时3 交流参数的测定 2学时4 串联谐振电路 2学时5 三相电路 2学时6 一阶电路暂态过程 2学时随后方可参加结业实验考试，学生要在30分钟内完成所抽到题签上的实验步骤、实验接线图、实验测量及实验结果处理等内容；（3）半开卷期末考试70分（卷面100分的70%）。在期末笔试中，一改过去单纯的计算试题，适当增加理论联系实际、综合运用所学知识等灵活试题。考试经上述改革，解决了过去的“高分低能”问题，把学生引入到积极思考、主动探究、学以致用的良性轨道上来。5 结束语实践证明，只要任课教师精心设计教学，教学内容、教学方法及考核形式经以上改革，即可发挥教师的主导作用，又能调动学生主观学习的积极性，取得了一定成绩，受到同学欢迎，得到专家好评。但教学是一项长期的探索工作，需要我们不断积累经验加以总结和完善，以期达到培养高素质人才的目的。