电路原理课程中融入工程实例教学实践探究

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1、电路原理课程中融入工程实例教学实践探究　　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。关键词：电路原理；工程实例；教学改革作者简介：欧阳宏志（1982-），男，湖南衡阳人，南华大学电气工程学院，讲师；陈文光（1968-），男，湖南株洲人，南华大学电气工程学院，教授。（湖南衡阳421001）中图分类号

2、：G642.0文献标识码：A文章编号：1007-0079（2014）06-0042-028“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

3、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

4、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。8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

5、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

6、流电压？三、楼道延时开关8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

7、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，发送端线圈连接有线电源产生电磁信号，接收端线圈感应发送端的电磁信号从而产生电流给电池充电。能量的传送和信号的传输要求显然不同，后者要求其内容的完整和真实，不太要求效率，而前者要求的是功率和效率。虽然能量的无线传送这一想法早已有之，但因为一直无法突破效率这个瓶颈，使它一直不能进入实用领域。这种用比较简单的设备实现微距条件下的无线传能，将使便携式电子设备面临一次新的变革。

8、有些同学已经8体验到了无线充电器的乐趣，这也是一个时髦的话题。从这个例子还可以引出功率和效率的问题，什么情况下主要考虑功率？什么情况下主要考虑效率？可以让学生探究无