“KCL定律”教學設計

摘 要：KCL定律是電路的基本定律，是分析電路的重要依據，運用CAI模式從課程設計理念、設計思路、教學過程等方面對其教學方案進行系統的設計，旨在將抽象的專業理論知識與典型實例形象而直觀地聯系起來，實現最優化的教學方案設計。

關鍵詞：CAI KCL定律 教學設計

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）08（a）-0139-01

1 教學設計方案

（1）設計理念：KCL定律（基爾霍夫第一定律）是電路的基本定律，反映的是電路中各支路電流之間的約束關系，既適用于直流電路，也適用于交流電路，可以說它是分析計算后續復雜電路的重要依據。在教學過程中教師只是憑借教科書直接講授知識點及相關的例題，學生很難理解，我對學生感到難學難懂的內容進行了探討和分析，發現只要學生理解了支路、節點、回路、網孔這幾個術語的含義，就容易理解基爾霍夫定律的內容，理解了定律的內容，就可以做到熟練掌握和運用有關理論來解決實際電路問題。根據上述分析，針對KCL定律這種包含抽象概念的專業理論知識，筆者制定了CAI教學模式。CAI（Computer Aided Instruction計算機輔助教學）是在計算機輔助下進行的各種教學活動，以對話方式與學生討論教學內容、安排教學進程、進行教學訓練的方法與技術。CAI為學生提供一個良好的個人化學習環境。綜合應用多媒體、超文本、人工智能和知識庫等計算機技術，克服了傳統教學方式上單一、片面的缺點。它的使用能有效地縮短學習時間、提高教學質量和教學效率，實現最優化的教學目標。

（2）設計思路：CAI模式進行教學設計，構建理論實踐一體化教學模式，如圖1所示。

本課內容的地位和作用：本課的內容選自《煤礦電工學》第一章第四節“復雜直流電路分析”，學生在前面學習了運用電阻串、并聯化簡和歐姆定律來解決簡單直流電路的基礎上，進一步學習KCL定律分析復雜電路，既符合認知規律，有遵循技能習得過程的知識結構網，筆者結合CAI教學模式設計這節課，旨在培養學生透過現象歸納事物本質，將感性認識提升為理論知識，進而把知識轉化為技能。

教學目標的確定：根據教學大綱要求，結合教材內容和學生當前的心理特點及認知水平，筆者擬了如下三個教學目標：（1）專業知識目標：掌握支路、節點、回路、網孔等基本概念；理解KCL定律的內容。（2）能力技能目標：培養學生能夠掌握應用KCL定律列節點電流方程的方法，提高學生分析和解決電路問題的能力。（3）情感素質目標：通過類比圖形的引入，激發學生的學習興趣，調動學生的思維，從而促進學生積極思考，主動學習；培養學生透過現象歸納事物本質，鍛煉學生的查閱能力、自學能力、表達能力和評價能力，將感性認識提升為理論知識的能力；提高學生的參與競爭和團隊協作精神，養成良好的職業道德。

確定教學重難點：（1）教學重點：支路、節點、回路及網孔的理解與區分；運用基爾霍夫第一定律列節點電流方程。（2）教學難點：電流參考方向與實際方向的判斷。

教法和學法的運用CAI課件輔助教學模式，直觀教學類比引入，引導學生積極思考；采用設問情境，啟發學生大膽回答；采用比喻法，使學生容易理解；采用歸納、總結的方法，講練結合，使學生加深認識。處理問題由淺入深，并結合具體例題對問題進行總結，充分體現教師的主導作用和學生的主體地位。

2 教學實施過程

2.1 導入新課

回顧串、并聯電路。給出兩個電路，請同學分析兩電路的不同之處，有且僅有一條有源支路，可用電阻的串并聯進行化簡，是簡單電路；分析簡單電路的方法是歐姆定律。有兩條及兩條以上的有源支路，不能用電阻的串并聯進行化簡，是復雜電路；解答復雜電路的方法是什么？導入新課——KCL定律。

2.2 新課講解

講解幾個基本術語支路：由一個或幾個元件首尾相接組成的無分支電路。節點：三條或三條以上支路所聯接的點。回路：電路中任何一個閉合路徑叫做回路。網孔：內部不包含其他支路的回路，即中間無支路穿過的回路。電路實例分析（提示：回路和網孔之間存在什么關系？有什么區別？）動動腦筋：給出的電路有幾條支路、幾個節點、幾個回路、幾個網孔？

講解KCL定律。

（1）內容：流入任一節點的電流之和等于流出該節點的電流之和，即∑I入=∑I出，定律討論的對象：節點電流（故又稱節點電流定律）。

（2）習題：通過習題導出基爾霍夫第一定律的另一種表述。用KCL定律列出圖2的節點電流方程：I1+I2=I3+I4+I5可得：I1+I2-I3I4-I5=0。若規定流入節點的電流為正，流出節點的電流為負，可得基爾霍夫第一定律的另一種表述：電路中任一節點上電流的代數和恒等于零，即∑I=0。

（3）KCL定律的應用（任務進階）。

電流I為負值引出參考方向的概念，參考方向：任意假定的方向。若計算結果為正值，表明電流的實際方向與參考方向相同；計算結果為負值，表明電流的實際方向與參考方向相反。

（4）基爾霍夫第一定律的推廣：①對于電路中任意假設的封閉面來說，節點電流定律仍然成立（三極管引腳電流關系）；②對于電路之間的電流關系，仍然可由節點電流定律判定（安全用電）。

2.3 歸納總結

2.4 練習作業、板書

筆者在探討、總結前面教學經驗的基礎上，采用CAI模式進行教學設計，突破了傳統的教學設計方法，這樣的教、學情境讓學生通過一系列的思維加工過程發展自己的創新思維和自主探究能力，以解決自己面對的問題。學生不僅能夠迅速理解、掌握知識和技能，更能將知識、技能靈活應用與實踐中，充分體現了學生作為學習的主體，在教師的引導下進行實踐教學活動，實現了最優化的教學方案設計，對今后教學的改善和提高具有一定的實際意義。

參考文獻

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