“戴維南定理”的教學設計與教學方法研究

舒君+王妍+常青美

摘要：以《電路分析基礎》課程中的“戴維南定理”為研究對象，從教學重難點和具體學情出發(fā)，進行教學設計與教學方法研究。通過構思教學設計，綜合利用啟發(fā)式、推演式、案例式、探究式等多種教學方法，達到加強理論，實驗并重，指導實踐的教學效果，解決了傳統(tǒng)教學中理論和實驗、實踐分離和脫節(jié)的問題。

關鍵詞：戴維南定理 教學設計 教學方法 教學效果

【中圖分類號】TM13-4；G642

引言

《電路分析基礎》作為電路理論的重要組成部分，是電力、電子、信息、通信、計算機等專業(yè)的重要專業(yè)理論基礎課，也是后續(xù)課程《信號與系統(tǒng)》、《現代電子線路》、《數字技術基礎》等的先導課程。課程的主要教學任務是引導學生掌握線性電路的基本概念、基本理論和基本分析方法[1]。

該課程主要包含三部分內容：電阻電路分析、動態(tài)電路分析和正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析。這里以“戴維南定理”為教學實踐對象，通過對該定理進行教學設計與教學方法研究，使學生掌握如何通過分析計算和實驗測量的方法建立戴維南等效電路，以及戴維南等效電路的應用，力求達到加強理論，實驗并重，指導實踐的教學效果。

一、教學重難點和學情分析

在對“戴維南定理”進行教學設計和教學方法研究之前，首先要把握學習的重難點，以教學任務和目標為立足點，同時結合具體學情進行分析。

《電路分析基礎》課程的核心思想如流程圖1所示，首先建立電路模型，然后建立電路模型所對應的數學模型，最終求解電路并分析電路的物理原理。從流程圖可以看出，建立電路模型是電路分析的第一步，那么如何建立電路模型呢？電路分析給出了兩種建立電路模型的基本方法：一種是基于電路結構建模型；另一種是基于電路端口特性建模型。如何基于定理建立等效電路模型是本節(jié)內容的重點，由于電路結構的多樣化，求解等效電路的方法也有所不同，需要分情況分析和討論，因此重點同時也是難點；戴維南定理的建模思想學員首次接觸，其應用相對靈活，是本節(jié)的第二個難點。在學習該定理之前，學生已經學習了電路的基本分析方法和疊加定理，可以用于定理的求解、證明和應用分析。

了解了重難點和基本學情，接下來將具體研究如何構思教學設計，綜合利用多種教學方法，使學生熟練掌握戴維南等效電路的建立及應用。

二、教學設計與教學方法研究

近年來，在大學不斷推進教學深化改革的背景下，通過教學交流和總結，吸取經驗教訓，不斷在教學中反思、總結和實踐，力求將“以教師為主導，學生為主體”的新型教學理念和教學方法融入電類專業(yè)理論基礎課程的教學中，解決傳統(tǒng)教學中理論和實驗、實踐分離和脫節(jié)的問題[2]。

1. 承上啟下 巧妙導課

在上課初始，如何利用有限的時間巧妙導課，使知識點的引入合理自然，是引領學生思維，駕馭課堂的第一步。

為消除學員對電路建模新方法的陌生感，首先介紹電路建模背景，包括建模思想、建模類型和建模作用，幫助學生建立建模的概念。考慮到戴維南定理的本質，擬由對復雜電路的分析引入等效的概念，通過對前面所學過的等效二端網絡知識的回顧，引入戴維南定理的具體內容。

2. 推導論證 案例分析

在導課環(huán)節(jié)，學生了解了戴維南定理的具體內容——任意一個線性含獨立源的二端網絡N均可用一個電壓源Uoc串聯(lián)電阻R0來等效。為了使學生認識到戴維南等效電路成立的必然性，以及等效電路中兩個重要參數：Uoc和R0的具體物理意義，首先借助所學過的等效二端網絡的概念和疊加定理的知識對定理進行證明。接下來直接切入主題，介紹基于定理的等效電路的建立方法，即如何求解開路電壓Uoc和除源等效電阻R0。需要注意的是，針對不同電路類型，R0的求解方法有所不同，因此要結合實例，引導學生分情況分析討論，并進行歸納總結，明確各方法的區(qū)別和聯(lián)系，同時考慮一題多解的情況。

采用推演式教學法，論證嚴密，充分體現了教學的嚴謹性和科學性。針對不同電路類型，采用案例式教學法，使學生熟練掌握戴維南等效電路的求解方法并深刻理解定理的普適性；通過分析對比，幫助學生深刻認識該建模方法的特點和優(yōu)勢；通過歸納總結，啟發(fā)學生自我構建知體系[3]。

3. 討論對比指導實驗

現代大學教育中普遍存在著理論教學和實驗教學分離和脫節(jié)的現象，導致實驗教學事倍功半，沒有很好的發(fā)揮實驗教學的優(yōu)勢。為了解決這一問題，在理論教學中有意識、有目的的分析、指導實驗，將理論和實驗有機的聯(lián)系起來，既引起了學生對實驗的充分重視，也是對所要開展的實驗進行有效的預習，達到事半功倍的效果。

戴維南等效電路的測量是《電路分析基礎》配套實驗教學中一個非常重要的驗證性實驗，在舉例分析已知電路結構情況下，如何通過計算建立戴維南等效電路之后，緊接著提出問題——對于未知電路結構的情況下，如何通過實驗測量的方法建立戴維南等效電路呢？接下來引導學生一起探索并總結兩種基本的測量方法：半值電壓法和伏安關系曲線法，同時提醒學生關注實驗過程中的一些注意事項：如直接測量短路電流可能會燒壞電表等。通過探討和總結，使學生認識到理論和實驗的聯(lián)系和差別，了解了一些基本的實驗常識[4]。

4. 結合實例 融合應用

前面主要學習了如何通過分析計算和實驗測量的方法建立戴維南等效電路，那么戴維南等效電路又有哪些方面的應用呢？接下來主要采用案例式教學法，借助所掌握的電路的基本理論和基本分析方法，分類討論戴維南等效電路在簡化復雜電路分析、功率匹配和求解含非線性元件的電路中的具體應用。

三、總結

《電路分析基礎》是一門理論、實驗和實踐相融合的課程，實驗可以用來鞏固、驗證理論知識，還可以用來指導實踐，進一步培養(yǎng)學生的綜合應用能力、科研能力和創(chuàng)新能力[5]。將實驗引入電類課程的理論教學，解決了傳統(tǒng)教學中理論和實驗實踐分離和脫節(jié)的問題，

成為傳統(tǒng)教學的有益補充。

參考文獻

[1] 李瀚蓀.電路分析基礎[M].第四版.北京：高等教育出版社.2009

[2] 常青美，孫亮.電類核心基礎課程教學改革與實踐[J].中國電力教育，2012， 18： 60-61

[3] 李延明.建構主義教育理論及其對我國基礎教育教學改革的啟示[J].新鄉(xiāng)學院學報，2009，23（4）： 158-162

[4] 沈小麗，潘蘭芳.問題情境教學在戴維南定理實驗中的應用研究[J].中國科技教育，2012.3

[作者介紹] 舒君（1980-），女，河南洛陽，碩士，講師，教員，解放軍信息工程大學信息與系統(tǒng)工程學院電路與系統(tǒng)教研室，研究方向：電路與系統(tǒng)。

王妍（1983-），女，河南焦作，碩士，講師，教員，解放軍信息工程大學信息與系統(tǒng)工程學院電路信號與系統(tǒng)教研室，研究方向：電路與系統(tǒng)。

王雪明（1968-），女，鄭州，本科，副教授，教員，解放軍信息工程大學信息與系統(tǒng)工程學院電路信號與系統(tǒng)教研室，研究方向：電路與系統(tǒng)。