电工及电子 大纲

PAGEPAGE27《电工电子技术》思政教案《戴维宁定理》教案课程类型学科基础课授课时间45分钟教学内容功率因数提高授课对象大二本科生教学目标及要求【知识目标】通过图解分析，理解戴维宁定理的内容。明确戴维宁定理的解题步骤且能灵活运用。【能力目标】评价各种电路分析方法的特点，选择最优方法解决问题。建立处理复杂问题时化繁为简的工程思想。【思政目标】激发勇于探索的科学精神。从解题过程中领悟“思路决定出路，选择跟努力同样重要”。教学重点与难点【教学重点】戴维宁定理内容。【解决方案】通过对比分析，图解定理的方式明确定理适用范围及具体内容。【教学难点】戴维宁定理的及解题步骤及灵活运用。【解决方案】提出四字法则拆解步骤，以例题为线索驱动学生探索定理的灵活运用。教学准备【学情分析】课程前测结果显示，学生能较好掌握基尔霍夫定律、叠加定理及支路电流法，但对电路分析知识的用途不甚明确，对工程实例充满好奇。【线上导学】在超星学习通平台发布前测问卷，测试内容包含电桥电路的求解。另包含评价任务：求解这道题你耗时多久？用了多大篇幅？你的感受是什么？【再次备课】根据前测及问卷反馈数据进行学情分析后，重新确定线下课程中回顾环节可提速，将时间分配给例题应用和课后的拓展任务引导。【教法设计】本节段教学内容拟采用探究式教学方法，以例题为主线引领学生完成走近知识、推进知识、明确知识到应用知识的学习过程。【思政元素挖掘】通过进阶例题的求解过程引导学生感受选择的重要性，遇事冷静思考，不要缘木求鱼。主要教学环节主要知识点教学策略一、导入（2分钟）思政要素：工程领路带领学生观看神舟十二号顺利入轨对接成功的视频（时长45s），提出航天器的的入轨计算的重要参数——质心，就是是利用电桥电路进行测量的。进而提出问题：利用已掌握电路分析方法如何求解图2电桥电路中RG（也就是检流支路）的电流？图1电桥电路与航天器质心测量的关系线上前测问题：求电桥电路RG（检流支路）中的电流。通过分析叠加原理和支路电流法的特点判断哪个方法能解决这个问题？求解过程中有怎样的感受。图1电桥电路评价性复习思政渗透：工程中国二、复习（1分钟）支路电流法，需要如何求解，列出多少个独立的方程？挑战：上述解决问题的方法是否为最优方法？能否找到直接解决问题的途径？三、新课讲授（10分钟）重点讲解——定理内容任何一个线性有源二端网络，都可以用一个电压源等效代替。该电压源的电压US等于有源二端网络的开路电压；电压源的内阻R0就是将有源二端网络的恒压源短路，恒流源开路后得到的无源二端网络的等效电阻。强调：令独立电源不作用的方法——恒压源短路、恒流源开路。图2等效电路图3开路电压和等效电阻图解法：分析戴维宁定理的内容难点讲解——解题步骤第一字“断”——制造二端网络带求电路往往是闭合的，要分清外电路和等效对象，通过断开待求支路制造有源二端网络。注意方向，根据待求量的参考方向为有源二端网络标记一个符号，比如设为a,b。图4切断待求支路第二字“绕”——求解开路电压Uabk采用基尔霍夫电压定律，可得开路电压Uabk等于开放电路内部从a到b绕行一周下来所有电压降的代数和。解：（1）第三字“减”——求内阻R0减掉什么？独立电源。减电源的目的是什么？获得除源内阻。根据定理内容，将有源二端网络内的独立源置零（电压源短路，电流源短路），来求R0。注意R0是指从端口，也就是a,b看进去的等效电阻。解：（2）第四字“加”——回归待求支路求解等效电路是为了简化电路而不是改变电路，而所谓的戴维宁等效电路是针对外电路在端口伏安特性上的等效，在电路内部是不成立的。解：（3）拆解难点：将解题步骤提炼为“断、绕、减、加”四字法则，促进学生理解应用对比评价：将计算过程与前面支路电流法的方程对比结果不辩自明四、灵活运用（3分钟）例：在下图所示电路中，已知U=6V,R=2Ω，求流过电阻R上的电流。图5例题电路点题：直观体现定理化繁为简的神奇之处思政渗透：思路决定出路五、应用拓展（2分钟）如何检测仪表测量黑箱模块的端口等效参数？戴维宁等效内阻可将待求支路断开求其开路电压。再将其短路，求出短路电流。两者的比值即为等效内阻。图6等效电阻的工程测量方法工程应用六、归纳内化（1分钟）何时使用定理？针对某一条支路的电压、电流如何使用定理？四字法则如何求等效参数？已知电路内部结构可计算，未知电路内部结构可测算。板书、课件结合讲解七、布置作业（1分钟）学习通线上讨论完成：1．巩固任务：电桥电路的平衡条件是如何推导的，你要试试吗？除了测量电流，还有什么方法可以反馈传感器信息？2．进阶任务（创造力引导）：在实际工程应用中，有些电路的内部结构是看不到的或只能看到一部分。如何理解戴维宁定理的内涵并用于计算此类黑箱电路的参数。相关资源1．王桂琴.电工学.第2版[M].机械工业出版社,2010.2．元增民.电工学(电工技术)修订版[M].清华大学出版社,2016.3．超星平台《电工学I》SPOC板书设计对象：1条支路内容：2个参数步骤：4字口诀应用

《功率因数提高》教案课程类型学科基础课授课时间45分钟教学内容戴维宁定理授课对象大二本科生教学目标及要求【知识目标】通过图解分析，了解提高感性负载功率因数的方法掌握并联电容的无功补偿方式，应用并联电容的量化计算。【能力目标】评价各种电路分析方法的特点，选择最优方法解决问题。培养学生具备工程意识，能够辨别学习中的主要问题与矛盾。【思政目标】强调节约能源的重要性，树立可持续发展的宏观生产生态理念。培养学生敢于实践、勇于探索的合作创新精神，培养实际案例分析能力和解决问题能力。教学重点与难点【教学重点】理解提高感性负载功率因数的方法【解决方案】通过对比分析，图解定理的方式明确感性负载功率因数提高的方法【教学难点】掌握并联电容的无功补偿方式及原理【解决方案】以实际问题作为切入点，驱动学生探索问题本质教学准备【学情分析】1、优点：自学、理解能力强，有求知欲和好奇心。2、起点：明确功率因数概念，以及三种不同的功率表达，通过线上学习掌握功率因数提高的方法。3、茫点（学生在大学期间对于课程学习的茫然之处）：苦读未解深意、精学不明何用。4、燃点（引燃学生兴趣的切入点）：专业实例、合作探讨、情景带入。【教法设计】本次课程采用翻转课堂模式，在课堂中引入案例教学法引导学生探究功率因数提高的实际意义及基本原则，让学生深入参与知识与结论生成的过程。[教师分工]启发认知：回顾以往课程，讲授本节知识要点循序例证：提出漏洞→引导学生思考解决办法→明确知识点及概念→强调课程难点感性应用：列举例题，并给出实践效果[学生分工]温故知新：回顾以往知识点，思考新问题的解决方案举一反三：学习领会新课知识点，并将新的思维方式应用于解决新问题合作创新：分组探讨例题设计方案【思政元素挖掘】强调节约能源的重要性，树立可持续发展的宏观生产生态理念，引导学生辩证分析问题。主要教学环节主要知识点教学策略一、导入（5分钟）线上内容回顾及测试：功率因数的含义提高感性负载功率因数的主要手段评价性复习二、巩固重点（5分钟）提出讨论话题：关于用电自由。提供讨论素材，让学生展开分组讨论。引导学生运用线上课程所学习的有关功率因数提高的相关理论知识，针对某工厂面临的用电政策问题给出合理科学的解释。引导学生在实际情境中理解功率因数低带来的不良后果：1、降低供电设备的利用率2、增加供电设备和输电线路的功率损耗列举实例数据对比三、翻转引导（10分钟）功率因数的提高，能使供电设备的容量得到充分的利用；同时能够降低供电线路和输电线路的功率损耗，改善供电质量。因此有必要提高功率因数。从实际工程角度出发，提出在当今大工业自动化设备大量集中使用的年代，用电设备越来越多。电能在国民经济发展中占有举足轻重的地位，随着电动机等设备的大量使用，线路中的功率因数下降，无功功率增加，有功功率降低，是各大中企业关注的问题，为此提高功率因数、降低无功损耗、改善电网供电质量就显得尤为重要。强调必要四、翻转巩固（20分钟）提高功率因数手段-并联电容：通过水龙头的开启程度来类比功率因数。电源的输出不取决于电源的本身，就像一座水塔的供水水流取决于水龙头的开启程度。根据类比发现功率因数的物理特性，进而很好的渗入课题。并联电容的量化计算：思考：分析RLC串联电路，当感抗和容抗相等时，那么阻抗角为零，电路显现电阻性，功率因数为1，是否需要做这种纯阻性补偿。四、翻转巩固（20分钟）案例分析：无功补偿与功率因数调整电费。在相位差角相同的情况下，补偿成容性要求使用的电容容量更大，经济上不合算，所以一般工作在欠补偿状态。前沿探讨-并联谐振风险去高新园区的一些企业单位，做一份问卷调查，实地考场一下他们功率因数是如何提高的？提高功率因数时电容接在线路的哪一部分？并联电容是百利而无一害吗？讨论：我们是否可以通过串联电容的方法来提高感性负载的功率因数？基本思想、基本原则并联电容无功补偿方式五、归纳内化（5分钟）关键知识点归纳总结这节课的难点重点，并让学生对这节课的课后复习清楚，进一步掌握知识点。功率因数提高这节课在具体的实验操作中有更深地理解及应用。板书、课件结合讲解板书设计必要性方法原则应用

《串联谐振》教案课程类型学科基础课授课时间45分钟教学内容串联谐振授课对象大二本科生教学目标及要求【知识目标】理解谐振的概念掌握串联谐振条件和谐振频率掌握串联谐振的特性掌握串联谐振电路的品质因数和通频带掌握调谐原理。【能力目标】学会应用RLC串联电路的分析方法，来分析和计算谐振电路。了解nfc天线接收原理和真假硬币识别原理。【思政目标】培养学生敢于实践、勇于探索的合作创新精神，培养实际案例分析能力和解决问题能力。增强学生学习电工学的兴趣，树立学生学好电工课的信心。教学重点与难点【教学重点】1.谐振条件和谐振频率2.RLC串联谐振电路的特点【教学难点】1.谐振时的阻抗、电流和品质因素的正确理解2.各个参数间的相互关系，以及对工程应用的影响教学准备【学情分析】1、优点：自学、理解能力强，有求知欲和好奇心。2、起点：明确RLC串联电路的伏安特性及相量关系，通过线上学习掌握电压、阻抗、功率三角形的由来及含义。3、茫点（学生在大学期间对于课程学习的茫然之处）：苦读未解深意、精学不明何用。4、燃点（引燃学生兴趣的切入点）：专业实例、仿真实训、竞赛实战。【教法设计】[案例教学]增加直观性，激发学生的学习兴趣特色：通过音频让学生猜测应用场景们手段：图示一卡通的组成、说明读写数据应用谐振技术强调：一卡通应用了谐振技术实现通信[图形推导教学]积极引导学生进入观察→思考→讨论→验证→改进→验证→总结这样一个学习过程，充分发挥学生的主观能动性。公式结合相量图推导谐振条件、谐振频率、阻抗特性。公式分析,改变那些参量可以引起串联谐振。根据公式，结合图形分析电流随频率的变化。[分组讨论]让学生参与到探索验证过程中，使课堂不再枯燥激发学生的学习兴趣。引导+互动口述电流电压关系及Z和阻抗角的计算公式跟随判断确定推导过程的正确性，针对有疑虑的部分提出质疑观测分析两条特性曲线Q值大小关系,思考通频带对实际应用的影响【思政元素挖掘】了解我国移动支付的领先优势，激发学生的民族自豪感并从中引出课程相关内容激发学生的学习热情和兴趣。主要教学环节主要知识点教学策略一、导入（5分钟）线上内容回顾及测试：先让同学们看一组图片，根据图片思考问题：士兵集体整齐过桥时，桥塌的原因？我们日常生活中常见的电压是多大？厂里生产的该型号高压电缆，电压等级为8.7—15KV，要检验它是否合格，如何得到这么高的检测电压？评价性复习二、探究活动（5分钟）做演示实验,提示学生注意观察实验现象。电路是否发生了谐振,可以使用哪种仪器来检测？演示实验做完后，请同学描述实验现象。改变电路的哪些参数，可以让电路发生谐振？分析实验现象。分析过程中插入对RLC串联谐振电路谐振条件、谐振频率计算、发生RLC串联谐振的方法、品质因数、通频带和选择性的讲解。列举实例数据对比三、新课讲解（25分钟）1.谐振的概念在含有电容和电感及电阻元件的电路中，当电源电压和电流同相位，电路呈电阻性。2.谐振分类：串联谐振，并联谐振。其中串联谐振为本次课程内容。3.串联谐振条件：电压和电流同相位2.谐振频率：谐振角频率3.串联谐振的基本特征(1)阻抗(2)电流(3)通频带定义：当保持外加信号的幅值不变而改变其频率时，将回路电流值下降为谐振值0.707倍时对应的频率范围，也称为回路带宽。(4)电压(5)品质因数Q定义：电路串联谐振时，电感或电容上的电压和总电压之比。Q值越大，Δf越窄，谐振曲线越尖锐，电路选择性越好。(6)功率结论：电容中的电场能与电感中的磁场能相互转换，电场能和磁场能的总和时刻保持不变，电源不必与电容或电感往返转换能量，只需供给电路中电阻所消耗的电能。4.课堂习题主要目的是为了让学生都熟悉计算过程，掌握计算方法。当学生都计算结束后，由教师演示计算过程并在计算过程中进行详细的讲解。使学生能够清晰明了的理解计算的方法和作用。并能良好的与自己计算和思考的过程进行对比，提高学生的思维效率。例题：已知：收音机天线RL2=30Ω，L2=470mH，C=150pF，(1)收听那个频率电台的广播？(2)如果要收听738kHz节目，C应配多大？(3)如果要收听1006kHz节目，C应配多大?以此为例说明调谐原理，说明Q与Δf对应用的影响5.串联谐振电路的应用 运用RLC串联谐振技术、比较器、整流滤波构成了具有指示功能真假币识别电路。无硬币亮红色灯，真硬币亮绿色灯，假硬币灯熄灭。该电路能够准确地识别不同年份的一元面值硬币。强调必要四、应用拓展（5分钟）近场通信的天线工作原理五、归纳内化（5分钟）关键知识点归纳总结这节课的难点重点，并让学生对这节课的课后复习清楚，进一步掌握知识点。功率因数提高这节课在具体的实验操作中有更深地理解及应用。板书、课件结合讲解板书设计1.谐振概念2.谐振的条件及频率3.串联谐振特性

《电动机正反转》教学设计授课教师徐卓君所在单位吉林大学通信学院课程类型专业基础课授课时间45分钟教学内容电动机正反转控制授课对象大二本科生教学目标及要求【知识目标】掌握正反转控制线路的工作原理，熟练掌握重要低压电器的应用掌握互锁的作用及互锁触点的连接方法【能力目标】贯彻控制电路设计要求安全、便捷的设计理念培养学生具备独立设计控制电路的能力。【思政目标】增强民族自豪感，提升民族自豪感加强学生的合理设计、安全生产的工程意识教学重点与难点【教学重点】电动机的正反转控制电路的工作原理【教学难点】互锁功能及互锁触点的联接方法及应用教学准备【线上导学】在超星学习通平台发布线上学习任务，包含前测、问卷等【再次备课】根据前测及问卷反馈数据重新确定面授课程重点讲解内容及各环节时间分配。【思政元素提炼】为了提升学生的学习热情，本节段教学内容拟采用探究式教学法，课前准备了《我和我的祖国》中升国旗的影像资料，并从中提炼了课程相关问题。同时准备了我国安全生产月的宣传资料，从思政角度引导学生设计电路要从人机安全出发，形成周密、严谨的设计习惯。主要教学环节主要知识点及教学策略一、复习（5分钟）电路构成：单向连续运转控制电路由主电路和控制电路两部分构成。回顾电路工作原理：图1单向连续运转控制电路二、导入、任务驱动（5分钟）新课导入在工业生产中，有很多生产机械的功能实现是依靠电动机的正反两个方向运动的，比如，起重机的上升下降、传送带的前进后退、再如升旗、降旗控制系统任务驱动播放影像资料。提出设计任务：如何实现电动机的正反转控制呢？我们来一起学习今天的新课：电动机的正反转控制。三、新课讲授（20分钟）主电路设计结合第七章电动机课程内容，强调实现电动机反转，需要调换电动机与三相电源连线中任意两根的相序。单向连续运转控制电路实现的是连续正转。如需电动机反转，则需要并联另外一副主触点并且在连线的时候调换其中两个主触点联线的相序。控制电路初步设计要想实现不同动作控制，需要两台交流接触器，为了保证交流接触器线圈工作在额定工作状态下，所以控制电路中两个接触器线圈要选择并联联接，正反转线圈都有自己的起动按钮和自锁触点。对于控制电路的设计，在能够实现基本功能的控制电路中不断发现问题解决问题，以加深学生对正反转控制电路设计思想的理解。图2正反转控制电路（雏形）工作原理：按下正转起动按钮接通正转控制电路主触点吸合正转接触器线圈得电常开辅助触点吸合电动机连续正转按下停止按钮将控制电路切断，电动机停转。按下反转按钮，电动机反转（工作流程同正转）。问题触发问题：若按下正转起动按钮后，再按反转起动按钮，则控制正反转的线圈都得电，主触点和常开辅助触点都吸合，这样做安全吗？答：两副主触点同时吸合将造成电源短路的严重事故。而电源电路不但要烧毁电源甚至引起火灾，在实际生产中是绝对要避免的危险情况。提醒强调：所以控制电路一是不可以用来实现电动机正反转的。问题：那么如何避免两副主触点都吸合而造成的电源短路现象呢？答：要避免两副主触点同时吸合，就要避免两个接触器线圈同时得电。问题：如果一个电路元件能够做到线圈得电它就断开，那我们把它串联在对方电路中，就可以解决这一问题了。有没有这样的元件呢？答：交流接触器的辅助常闭触点能够做到线圈得电触点断开，正好可以将其连接在对方电路中用以控制对方线圈得电。控制电路完整设计工作原理：按下正转起动按钮接通正转控制电路主触点吸合正转接触器线圈得电常开辅助触点吸合常闭辅助触点断开电动机连续正转切断反转电路确保即使出现误操作反转控制电路也无法接通图3正反转控制电路互锁概念互锁：接触器利用动断(常闭)辅助触点实现互相制约控制的作用。实现互锁作用的动断(常闭)辅助触点称为互锁触点。在这个电路中，如果需要电动机反转，则需要按下停止按钮，切断正转控制电路，控制电路复原，再按下反转起动按钮。控制电路优化设计有一些生产机械在操作时希望不经过停止按钮直接实现正反转切换。提出第三个问题：怎样不经过停止按钮实现正反转切换？在上一个电路的基础之上将起动按钮换成复合按钮，将其常闭触点串联在对方的电路中。四、设计实践（8分钟）例题：试用按钮、继电器、信号指示灯、熔断器设计二人抢答电路，设计要求抢答电路要有短路保护。交流接触器、信号指示灯的额定电压均为36V。先画出一位选手的控制电路：抢答按钮（相当于电动机控制电路中的起动按钮）要控制继电器的指示灯，二者串联。自锁现有的电路只能保证按下按钮灯亮，松开按钮灯就灭了。为确保抢答结果，抢答成功后指示灯应持续点亮，保持通电状态要使用——自锁触点，这就需要在电路中添加继电器。根据额定电压，需要将继电器的线圈和指示灯并联。第二位选手的控制电路与第一位选手的电路相同。互锁在完成按钮控制指示灯点亮的功能后，要实现抢答器最为重要的功能——“抢”，该功能体现在，抢答开始后，谁先按下抢答按钮，谁的指示灯亮，而后按下按钮的选手指示灯不会点亮，这就需要两位选手的控制电路中体现互相限制的控制功能——互锁触点。按要求画出让电路复位的停止按钮及短路保护环节。图4抢答器电路图五、归纳总结（4分钟）本堂课主要学习了正反转控制电路的有关知识。实现电动机的正反转控制，从主电路和控制电路两方面入手，主电路中注意控制反转的主触点要在连线时调换两个触点的接线相序。控制电路部分，本着实现安全生产的设计理念，要加入互锁控制环节，为了实现正反转直接切换，还可以加入复合按钮。六、布置作业（3分钟）学习通线上讨论结合线下实验室分组实践：1、设计任务：升国旗要在定点停下来，什么装置能够完成这项工作？2、进阶任务（创造力引导）：回顾你经历的升旗仪式，是不是国歌结束国旗正好升至高处，这是怎么做到的？板书设计第三节电动机顺序控制主电路：换相序控制电路：互锁课后反思本节课从实际案例入手，学习了新的电动机控制电路——正反转控制电路，着重培养学生几方面的能力，第一，从旧识的应用和讨论中获取新知识的迁移学习能力；第二，利用理论知识带入现实问题，从工程视角推演影响解决问题的能力；第三，在已有知识的基础之上，通过扩展学习，从思辨视角看待问题普适性的批判性思维能力。第四，在分组学习中发挥个人优势帮助同伴的团队协作能力。在教学过程中，也存在一些问题：1、没有足够把握课堂节奏的信心，还不能彻底将课堂放手于学生，导致创新性、扩展性实践讨论的内容还不够饱满。2、在日常教学的实施中，受课程时间及课程人数的限制，小组讨论的结果处理不是很到位，没有更充分的挖掘学生的深层思考，有针对性的将个体反馈与重要知识点相结合，提高学生的认同意识。

《差动运算电路》教学设计授课教师徐卓君所在单位吉林大学通信学院课程类型专业基础课授课时间45分钟教学内容差动运算电路授课对象大二本科生教学目标及要求【知识目标】熟悉由集成运算放大器构成的差动运算电路的电路结构、工作原理掌握电路分析方法电路特点及主要应用场合，【能力目标】能够分析由差动运算电路组合而成的其他运算电路的功能通过学习过程，使学生学会处理复杂问题时化繁为简的工程思想【思政目标】共同关注祖国载人航天事业发展，提升民族自豪感激发学生勇于探索的科学精神。教学重点与难点【教学重点】电路特点及输入输出特性【教学难点】差动运算电路的组合应用教学准备【线上导学】在超星学习通平台发布线上学习任务，包含前测、问卷等【再次备课】根据前测及问卷反馈数据重新确定面授课程重点讲解内容及各环节时间分配。【思政元素提炼】为了提升学生的学习热情，本节段教学内容拟采用任务驱动教学法，课前准备了神州十二载人航天器的相关资料，并从中提炼了课程相关问题。主要教学环节主要知识点及教学策略一、导入（5分钟）通过课程思维导图理清知识结构，同时引出新课内容：差动运算放大电路。图1.知识体系导图二、复习（5分钟）1、回顾线性区理想运放的两个概念虚短：u+≈u-虚断：I+≈I-≈02.比例电路(1)反相比例电路(2)同相比例电路基础讲授（20分钟）1.差动运算电路——输入输出关系利用叠加原理若，则反相端输入：若，则同相端输入：2.差动运算电路的结构特点当，则有。当R1=R2，R3=Rf时，结构对称。当R1=R2=R3=Rf=R时，有uo=ui2–ui1——减法器平衡条件：R1//Rf=R2//R3，可降低失调电流对电路运算误差的影响。拓展提升（8分钟）1、思政升华分享祖国载人航天事业的发展以及神州十二飞天片段，引领学生感受我国几代航天人做出的巨大贡献，激发同学们的爱国主义情怀、历史使命感。大学生作为祖国未来的希望，无论其自身理想，还是担当时代使命，都需要提升自身内在的素养，拓展自身思维视野、思想观念、认识水平才能为中国贡献更多地力量。2、科研论文引用载人航天器浮地信号采集接口电路研究[J].国家重大科技专项工程基金项目.图2.模拟量采集电路通过载人航天器浮地信号采集电路的工程