電工電子學課程中戴維寧定理的教學設計

陳媛媛

摘 要 戴維寧定理是電工電子學課程中電路部分的一個非常重要的電路定理。在教學中要按照學生的認識規律有效地設計好教學層次。通過引入講解、練習鞏固的教學過程，化難為易，幫助學生理解掌握戴維寧定理的解題方法。

關鍵詞 戴維寧定理；電工電子學；教學方法

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2015）23-0103-02

1 前言

戴維寧定理又稱為等效電源定理，是電工電子學課程中電路部分常用的電路分析方法之一。戴維寧定理指的是有源二端網絡可以用理想電壓源串電阻等效替代，其中理想電壓源的電壓等于有源二端網絡的開路電壓，而電阻等于有源二端網絡相應無源二端網絡的輸入電阻。運用戴維寧定理可以有效的簡化電路，是非常重要的一個電路定理。為了將抽象難懂的定理講得簡單易懂，在課堂教學中就有必要進行合理的教學設計。首先應明確教學的目的是要幫助學生掌握戴維寧定理，能運用戴維寧定理進行簡化電路的分析計算。教學的重點是要講解戴維寧定理的內容及解題步驟。教學的難點則在于如何合理運用戴維寧定理。

2 整體設計

教學安排上這部分內容通常用1課時45分鐘左右來完成。在教學方法上，可以利用現有的多媒體教學設備，以PPT課件的講解為主線，通過教師的引導提問實現啟發式教學。 整個教學過程可以分為以下四個環節：引入新知，概念介紹；例題引導，講解新知；練習加強，鞏固新知；課堂小結，布置作業。通過“引入→講解→練習→總結”的過程，實現從教師講授知識過渡到學生對知識的應用和練習。教給學生提出問題，解決問題的方法，引導學生分析、討論并動手練習得出結論。

在引入環節，首先要充分發揮學生的主觀能動性，吸引學生的興趣，把學生的思維引導到探求事物客觀規律的思路上來。可以由實際問題引入新的知識點。在電路工程實際中，常常碰到只需研究某一支路的電壓、電流或功率的問題。這類問題可歸納為一個黑匣子復雜電路的問題，特別適合應用戴維寧定理來求解。我們先通過一個實際音樂門鈴電路的實物照片來說明這類抽象電路問題的實際應用范疇。然后再給出前面學習網孔電流法時曾經講過的一道例題（如圖1所示）的模型電路圖進行講解。在圖1的電路中，我們要求解負載電阻RL上的電流IL，按照前面講解的電路知識我們可以運用網孔電流法求解出整個電路中每一條支路上的電流。但實際上我們只關心負載電阻RL上的電流IL，故這樣的求解過程顯得十分繁瑣。那么對于這類問題就特別適合使用戴維寧定理來求解。通過這樣的講解，啟發學生思考戴維寧定理的方法和其他電路分析方法的差別，理解學習戴維寧定理的意義，激發學生的學習興趣。

在講解環節，我們首先介紹基本概念和定理內容，然后通過精講例題讓學生熟悉掌握定理。在具體介紹定理內容之前，先講解二端網絡的基本概念。引導學生在實際電路中去尋找構建二端網絡。讓學生分辨不同二端網絡的區別，引入有源和無源二端網絡的概念。對于由電阻構成的無源二端網絡，根據原來電阻網絡的知識，提問學生無源二端網絡的簡化等效電路模型，介紹等效電阻或輸入電阻的概念。對于無源二端網絡可以等效為電阻，學生一般都很容易接受。那下面就進一步提出問題，引導學生思考有源二端網絡的簡化等效模型是怎樣的？引入戴維寧定理的具體內容，戴維寧定理指的是有源二端網絡可以用理想電壓源串電阻等效替代，其中理想電壓源的電壓等于有源二端網絡的開路電壓，而電阻等于有源二端網絡相應無源二端網絡的輸入電阻。再具體展開電壓和電阻值的求法。特別提示學生注意，有源二端網絡開路電壓UABO和原電路中兩點AB之間的電壓UAB的區別。二端網絡有源變無源的方法是除源。理想電壓源除源就是要讓它輸出電壓等于零，故理想電壓源所在支路要用短路線取代。理想電流源除源就是要讓它輸出電流等于零，故理想電流源所在支路要用斷路來取代。經過這樣的講解后，讓學生對戴維寧定理的內容有了一個初步的概念和認識。

接下來就需要通過具體例題的講解讓學生加深印象和清晰度。對于抽象的理論，學生一般都能聽懂，但是印象不夠深刻。這時候就需要通過講解典型例題讓學生更加深刻的理解定理內容，增加理論的清晰度，化抽象為具體。在這一部分一般精講兩道例題。通過例題的分析講解，讓學生熟悉戴維寧定理的內容和分析運用戴維寧定理的具體步驟。

例1（如圖1所示）就是前面提到的原來回路電流法中講過的一道例題，要求改用戴維寧定理來解。引導學生在這樣一個稍微復雜一點的電路中如何通過電路的變形構造出二端網絡。再根據戴維寧定理的內容進行等效的理想電壓源電壓和等效電阻的具體計算。

例2（如圖2所示）是典型直觀運用戴維寧定理求解的問題。非常容易構建出二端網絡，引導學生自己找到二端網絡，畫出戴維寧等效電路圖。通過再一次的講解讓學生加深印象，對不同電路根據戴維寧定理的內容進行等效的理想電壓源電壓和等效電阻的具體計算。理想電壓源電壓值計算中的正負符號問題是學生比較容易忽略的地方。例2中開路電壓計算值為負，說明按照我們選擇的路徑方向計算出來的電動勢的實際情況和我們設定的參考方向是相反的，可以提醒學生注意。

講完例題后需要進行歸納總結。可以通過板書小結一下戴維寧定理分析的基本步驟方法，大致分為以下三步：

1）斷開待求支路構建出有源二端網絡，求出有源二端網絡的開路電壓；

2）將有源二端網絡除源，求出無源二端網絡的等效電阻；

3）將待求支路接入等效的理想電壓源和電阻串聯電路，在戴維寧等效電路中求解待求物理量。

同時還要提醒學生戴維寧定理的使用注意事項：

一是戴維寧定理只適用于線性電路，出現非線性電路元件的電路戴維寧定理就不再成立了；

二是戴維寧定理中的“等效”是指對端口外等效，在求解端口電路內部物理量的時候是不適用等效變換的。

之后通過練習來加強鞏固新知。給出練習題（如圖3所示），讓學生仔細體會，總結戴維寧定理的解題步驟。提示學生該有源二端網絡的開口方向是朝左的，提問學生電壓源方向標注的問題。然后讓學生練習開路電壓計算和輸入電阻計算。最后畫出戴維寧等效電路圖，將待求量的計算結果算出來。幫助學生一步步的熟悉戴維寧定理的計算過程。

下課前最后總結一下本節課的重點，回顧戴維寧定理的內容，要求學生掌握戴維寧定理的分析計算方法。布置一道作業題，讓學生鞏固知識，強化基本技能訓練，養成學生良好的學習習慣。

3 結語

課堂教學仍然是高校教學的主要方式，通過合理的教學設計來完善課堂教學環節是十分有必要的。教師要按認識規律和學生的接受能力設計好教學層次，吸引學生興趣，發揮學生的主觀能動性，通過精選典型例題，將抽象的理論具體化，幫助學生更好的掌握理論知識。

參考文獻

[1]張鑒.電工基礎課程中戴維南定理的教學過程處理[J].武漢電力職業技術學院學報，2010，8（1）：33-35.

[2]王光明，楊俊.《電工與電路基礎》研究型教學探索與實踐[J].高等教育研究學報，2013（3）：36-38.endprint