电工电子技术课程教学大纲与案例

电工电子技术作为工科专业的核心基础课程，肩负着培养学生电路分析、电子系统设计与电气控制能力的重要使命。科学的教学大纲与贴合工程实际的教学案例，是提升课程教学质量、实现“学用结合”的关键支撑。本文从课程定位出发，系统梳理教学大纲核心模块，并结合典型案例阐述教学实施路径，为一线教学提供实用参考。一、课程定位与教学目标1.1课程定位本课程面向自动化、机电一体化、电子信息工程等工科专业，是衔接数学、物理等基础课与专业核心课的专业基础课。课程以“理论够用、实践为重”为原则，通过“电路分析—电子器件—系统设计—电气控制”的知识链条，培养学生解决电工电子领域工程问题的能力，为后续《自动控制原理》《传感器技术》等课程奠定基础。1.2教学目标知识目标：掌握电路基本定律（基尔霍夫定律、欧姆定律）、半导体器件特性（二极管、三极管）、数字逻辑电路设计方法，理解电机与电气控制的基本原理。能力目标：具备电路参数计算、电子电路调试、电机控制系统搭建能力，能运用仪器（示波器、万用表）分析电路故障。素质目标：养成工程思维（从实际需求抽象电路模型）、创新意识（优化电路设计）与安全规范（电气操作防护），树立“精益求精”的工匠精神。二、教学大纲核心内容模块2.1电路基础模块聚焦“电路建模—分析—优化”能力培养，内容包括：电路基本概念（电压、电流、功率）与定律（基尔霍夫定律）；直流电路分析（叠加定理、戴维南定理）；正弦交流电路（相量法、阻抗串并联、功率因数校正）；一阶动态电路的暂态分析（三要素法）。2.2模拟电子技术模块围绕“器件—电路—系统”逻辑展开，内容包括：半导体器件：二极管（整流、稳压）、三极管（放大、开关）的特性与参数；基本放大电路：共射、共集电极电路的静态/动态分析；集成运算放大器：线性应用（比例、求和）、非线性应用（比较器、振荡器）；直流稳压电源：整流（桥式）、滤波（电容、电感）、稳压（三端稳压器）电路设计。2.3数字电子技术模块以“逻辑—设计—实现”为线索，内容包括：逻辑代数与门电路（与、或、非）；组合逻辑电路：编码器、译码器、加法器的设计与应用；时序逻辑电路：触发器（RS、JK）、计数器（同步/异步）、寄存器的工作原理；数模/模数转换：DAC（权电阻网络）、ADC（逐次逼近型）的转换原理。2.4电机与电气控制模块紧扣“原理—控制—实操”目标，内容包括：电机原理：直流电机（他励、并励）、三相异步电机的工作特性；电气控制：继电器-接触器电路（自锁、互锁、星三角降压启动）；智能控制基础：单片机（如STC89C52）或PLC（如西门子S7-200）实现电机调速、正反转控制。三、教学方法与考核体系3.1教学方法理实一体化：课堂讲授理论（如“基尔霍夫定律”）后，立即在实验室通过“直流电路实验台”验证，实现“学—做—悟”同步；项目驱动：布置“智能家居照明系统设计”“数字温度计制作”等项目，要求学生从方案设计到实物调试全程参与；案例教学：结合“新能源汽车充电桩电路”“工业自动化生产线电机控制”等工程案例，讲解理论知识的实际应用；线上线下混合：利用MOOC平台推送“Multisim电路仿真”“AltiumDesigner绘图”等视频资源，线下开展小组讨论与实操答疑。3.2考核评价采用“过程+终结”的多元考核模式：过程性考核（占比50%）：包括实验报告（电路调试记录）、项目设计（方案合理性、实物功能）、课堂表现（问题回答、小组协作）；终结性考核（占比50%）：理论考试（侧重电路分析、逻辑设计）+实践操作（如“焊接并调试稳压电源”“编写单片机控制电机程序”）。四、典型教学案例设计案例一：家用照明电路的设计与安全分析（电路基础模块）教学目标：掌握单相电路负载计算、保护装置选型，强化安全用电意识。实施步骤：1.需求分析：调研家庭用电场景（灯具、插座数量），计算总负载功率与电流；2.电路设计：绘制进线（220V）、总开关（断路器）、分路（照明、插座）、灯具控制（单联开关）的电路拓扑；3.安全分析：结合“电气火灾案例”，讨论熔断器（过载保护）、漏电保护器（触电保护）的工作原理，分析短路、过载的隐患点。知识点覆盖：基尔霍夫电流定律、功率计算、保护电器选型。案例二：简易可调直流稳压电源的设计与制作（模拟电子模块）教学目标：掌握整流、滤波、稳压电路原理，提升电子电路调试能力。实施步骤：1.参数设计：确定输出电压（1.25V~12V）、最大电流（1A），选择变压器（220V/15V）、整流桥（1N4007）、滤波电容（2200μF）、稳压器（LM317）；2.电路搭建：焊接电路（注意电解电容极性、焊接工艺），用示波器观察整流前（正弦波）、整流后（脉动直流）、滤波后（平滑直流）、稳压后（稳定直流）的波形；3.性能测试：调节LM317的电位器，测试输出电压范围；接入可变电阻（模拟负载），测试负载调整率与纹波系数。知识点覆盖：二极管整流、电容滤波、集成稳压器应用。案例三：基于74LS系列芯片的交通灯控制逻辑电路（数字电子模块）教学目标：掌握组合/时序逻辑电路设计，提升数字系统调试能力。实施步骤：1.逻辑分析：明确交通灯工作逻辑（红灯20s→黄灯3s→绿灯20s，循环；行人灯同步）；2.电路设计：用74LS160（计数器）产生时钟，74LS138（译码器）实现状态译码，74LS00（与非门）设计黄灯闪烁逻辑；3.调试优化：焊接电路后，用逻辑分析仪观察各芯片引脚电平，验证“红→黄→绿”的状态转换，分析竞争冒险现象（如黄灯闪烁的毛刺）并优化（增加滤波电容）。知识点覆盖：逻辑代数、计数器/译码器应用、状态机设计。案例四：单片机控制的步进电机调速系统（电机与控制模块）教学目标：理解步进电机驱动原理，掌握单片机IO口控制方法。实施步骤：1.硬件设计：选择42步进电机（步距角1.8°）、ULN2003驱动板，设计STC89C52单片机电路（IO口连接驱动板IN1~IN4）；2.程序编写：初始化IO口为输出模式，通过“延时函数”或“定时器中断”生成脉冲序列（如四相八拍），实现电机正转、反转、调速；3.系统测试：组装硬件后，测试不同转速（如100rpm、300rpm）下的运行稳定性，分析丢步原因（如负载过大、脉冲频率过高）并优化（增加加减速算法）。知识点覆盖：步进电机驱动、单片机IO控制、定时器应用。五、教学实施建议5.1师资队伍建设教师需兼具“理论深度”与“工程经验”：定期参与企业实践（如到电气设备厂参与电路调试），或参加“电子电路设计”“PLC编程”等培训，更新案例库与教学方法。5.2实践条件保障建设“理实一体化教室”，配备：电路实验台（含直流电源、函数发生器、示波器）；电子焊接台（热风枪、防静电烙铁）；电机控制平台（步进/伺服电机、驱动器、PLC）；单片机开发板（STC89C52、Arduino）。5.3课程思政融入工匠精神：在焊接实训中强调“焊点圆润、无虚焊”的工艺要求，对比“合格焊点”与“虚焊故障”的案例；安全责任：结合“电气事故案例”，讲解“断电操作”“绝缘防护”的规范，培养学生的责任意识；创新意识：鼓励学生改进案例设计（如“用蓝牙模块远程控制步进电机”），结合“中国特高压技术”“芯片自主研发”等成就，增强民族自豪感。5.4教学资源建设编写配套教材：融入工程案例（如“工业机器人电源设计”），增加“电路仿真（Multisim）”“PCB绘图（Altium）”等实操章节；建设在线资源：录制“示波器使用”“电机接线”等实操视频，搭建“案例库”（含电路原理图、程序代码、故