电路原理课程中融入工程实例的教学实践探究

作者:欧阳宏志;陈文光 刊名:中国电力教育 上传者:李世邦

【摘要】为了改变"电路原理"课程教学重理论轻实践的现状,使学生体验抽象的理论知识其实就在社会生活实际中,结合教学经验,给出若干个工程实例,包括人体的电阻模型、万用表的测量误差、延时开关、无线充电器、双音多频拨号键盘等。实践表明,此举提高了学生对理论学习的兴趣,同时也培养了其工程意识和工程能力。

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“电路原理”是一门理论性和技术性较强的电类基础课,通过学习该课程掌握电路的基本理论知识、基本分析方法和初步实验技能,为后续课程建立必要的理论基础,最终目的是作为工程研究和应用设计的基础和指导,集中体现对学生工程意识和工程能力的培养。教育部已经启动了“卓越工程师教育培养计划”,旨在培养适用经济社会发展的工程技术人才,强调培养大学生的创新精神和实践能力。“电路原理”作为一门重要的专业基础课程,特别适合做改革试点的排头兵。在教学实践中,教师如果一味去推导复杂的公式,演算抽象的习题,再加上国内的教材普遍枯燥乏味,学生会逐渐失去学习的热情,更谈不上应用和创新。电路课程的课堂讲授与工程实例相融合,是提高教学效果,开阔视野,启迪思维的一种有效途径。笔者尝试在课堂教学中融入工程实例,根据长期的教学和科研实践,总结出电阻等效变换、戴维宁定理、动态电路、变压器原理、谐振电路、无源滤波器、非正弦交流电路等电路理论在工程实际中的应用,为电路基本理论的教与学提供一些鲜活的例子。[1]一、人体的电阻模型人体是导体,人体阻抗是包括人体皮肤、血液、肌肉、细胞组织及其结合部在内的含有电阻和电容的全阻抗。人体阻抗是确定和限制人体电流的参数之一。它受皮肤状态、接触电压、电流、接触面积、接触压力等多种因素的影响,在很大的范围内变化。人体电容很小,工频条件下可忽略不计,于是可以得到图1所示的简化人体电阻模型。RN表示头部的电阻,RA表示手臂的电阻,RT表示躯干的电阻,RL表示腿部的电阻。这个案例可以让学生看到电路建模的过程,了解工程近似的方法,也可以理解电阻星三角的联结关系以及安全用电等知识点。可以提供给学生一些讲义,让他们分析:10mA以下的电流流经人体哪一条路径相对是安全的?人在遭受生理刺激时,阻抗会变化吗?国家规定的安全电压有哪几种?进而引起大家对于安全用电的重视。二、数字式万用表的测量误差数字式万用表是将测量的电压、电流、电阻等电参数值直接用数字显示出来的测试仪表,是一种常见的仪表。它灵敏度高,准确度高,显示清晰,但是如果使用不当,也会带来较大的误差。[2]图2所示为万用表测量电压的示意图。已知在不同量程下万用表内阻RV的大小,求解电压的相对测量误差,一般用电阻的混联等效的方法计算,比较麻烦。但如果应用戴维宁定理,把被测电路看成有源二端网络,等效成电压源和内阻的形式后,用分压公式计算会简单很多。通过这个实例,可以进一步引发同学思考:数字式万用表测量电压的原理是什么?其内阻与量程有何关系?如何测量交流电压?三、楼道延时开关住宅小区的楼道里现在使用的都是声光控触摸延时开关,方便又节能。一个简单的延时开关电路如图3所示。它是如何实图2用数字式万用表测量电压图1人体电阻模型图3楼道延时开关电路图R1R3D1-D4K220V~SCR39K/47KLEDD5C22UF/450VR2D610K240K现延时的呢?当开关K闭合时灯常亮,当K断开时,LED发光,电容C通过R2及D5,D6被充电,可控硅SCR得到触发电流导通,电灯在开关断开后仍然亮,随着时间的延长,电容两端的电压渐渐升高,充电电流逐渐减小,经过一段时间后,可控硅截止,电灯熄灭,从而实现延时照明的功能。这是电容充放电(动态电路)应用的典型实例,由于和日常生活密切相关,同学们都表现出极大的兴趣。[3]这时可顺势引导学生在课堂上研究:时间常数怎样估算?如果想延长电灯点亮的时间,怎么改造电路?通电延时开关可以怎样设计?四、无线充电技术无线充电器是指利用电磁感应原理进行充电的设备,原理上类似于空心变压器。在发送和接收端各有一个线圈,发送端线圈

参考文献

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