電工電子學(xué)課程中戴維寧定理的教學(xué)設(shè)計(jì)

陳媛媛

摘 要 戴維寧定理是電工電子學(xué)課程中電路部分的一個(gè)非常重要的電路定理。在教學(xué)中要按照學(xué)生的認(rèn)識(shí)規(guī)律有效地設(shè)計(jì)好教學(xué)層次。通過(guò)引入講解、練習(xí)鞏固的教學(xué)過(guò)程，化難為易，幫助學(xué)生理解掌握戴維寧定理的解題方法。

關(guān)鍵詞 戴維寧定理；電工電子學(xué)；教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2015）23-0103-02

1 前言

戴維寧定理又稱為等效電源定理，是電工電子學(xué)課程中電路部分常用的電路分析方法之一。戴維寧定理指的是有源二端網(wǎng)絡(luò)可以用理想電壓源串電阻等效替代，其中理想電壓源的電壓等于有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓，而電阻等于有源二端網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻。運(yùn)用戴維寧定理可以有效的簡(jiǎn)化電路，是非常重要的一個(gè)電路定理。為了將抽象難懂的定理講得簡(jiǎn)單易懂，在課堂教學(xué)中就有必要進(jìn)行合理的教學(xué)設(shè)計(jì)。首先應(yīng)明確教學(xué)的目的是要幫助學(xué)生掌握戴維寧定理，能運(yùn)用戴維寧定理進(jìn)行簡(jiǎn)化電路的分析計(jì)算。教學(xué)的重點(diǎn)是要講解戴維寧定理的內(nèi)容及解題步驟。教學(xué)的難點(diǎn)則在于如何合理運(yùn)用戴維寧定理。

2 整體設(shè)計(jì)

教學(xué)安排上這部分內(nèi)容通常用1課時(shí)45分鐘左右來(lái)完成。在教學(xué)方法上，可以利用現(xiàn)有的多媒體教學(xué)設(shè)備，以PPT課件的講解為主線，通過(guò)教師的引導(dǎo)提問(wèn)實(shí)現(xiàn)啟發(fā)式教學(xué)。 整個(gè)教學(xué)過(guò)程可以分為以下四個(gè)環(huán)節(jié)：引入新知，概念介紹；例題引導(dǎo)，講解新知；練習(xí)加強(qiáng)，鞏固新知；課堂小結(jié)，布置作業(yè)。通過(guò)“引入→講解→練習(xí)→總結(jié)”的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)從教師講授知識(shí)過(guò)渡到學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用和練習(xí)。教給學(xué)生提出問(wèn)題，解決問(wèn)題的方法，引導(dǎo)學(xué)生分析、討論并動(dòng)手練習(xí)得出結(jié)論。

在引入環(huán)節(jié)，首先要充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，吸引學(xué)生的興趣，把學(xué)生的思維引導(dǎo)到探求事物客觀規(guī)律的思路上來(lái)?？梢杂蓪?shí)際問(wèn)題引入新的知識(shí)點(diǎn)。在電路工程實(shí)際中，常常碰到只需研究某一支路的電壓、電流或功率的問(wèn)題。這類問(wèn)題可歸納為一個(gè)黑匣子復(fù)雜電路的問(wèn)題，特別適合應(yīng)用戴維寧定理來(lái)求解。我們先通過(guò)一個(gè)實(shí)際音樂(lè)門鈴電路的實(shí)物照片來(lái)說(shuō)明這類抽象電路問(wèn)題的實(shí)際應(yīng)用范疇。然后再給出前面學(xué)習(xí)網(wǎng)孔電流法時(shí)曾經(jīng)講過(guò)的一道例題（如圖1所示）的模型電路圖進(jìn)行講解。在圖1的電路中，我們要求解負(fù)載電阻RL上的電流IL，按照前面講解的電路知識(shí)我們可以運(yùn)用網(wǎng)孔電流法求解出整個(gè)電路中每一條支路上的電流。但實(shí)際上我們只關(guān)心負(fù)載電阻RL上的電流IL，故這樣的求解過(guò)程顯得十分繁瑣。那么對(duì)于這類問(wèn)題就特別適合使用戴維寧定理來(lái)求解。通過(guò)這樣的講解，啟發(fā)學(xué)生思考戴維寧定理的方法和其他電路分析方法的差別，理解學(xué)習(xí)戴維寧定理的意義，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在講解環(huán)節(jié)，我們首先介紹基本概念和定理內(nèi)容，然后通過(guò)精講例題讓學(xué)生熟悉掌握定理。在具體介紹定理內(nèi)容之前，先講解二端網(wǎng)絡(luò)的基本概念。引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)際電路中去尋找構(gòu)建二端網(wǎng)絡(luò)。讓學(xué)生分辨不同二端網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別，引入有源和無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)的概念。對(duì)于由電阻構(gòu)成的無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)原來(lái)電阻網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)，提問(wèn)學(xué)生無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)化等效電路模型，介紹等效電阻或輸入電阻的概念。對(duì)于無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)可以等效為電阻，學(xué)生一般都很容易接受。那下面就進(jìn)一步提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考有源二端網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)化等效模型是怎樣的？引入戴維寧定理的具體內(nèi)容，戴維寧定理指的是有源二端網(wǎng)絡(luò)可以用理想電壓源串電阻等效替代，其中理想電壓源的電壓等于有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓，而電阻等于有源二端網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻。再具體展開電壓和電阻值的求法。特別提示學(xué)生注意，有源二端網(wǎng)絡(luò)開路電壓UABO和原電路中兩點(diǎn)AB之間的電壓UAB的區(qū)別。二端網(wǎng)絡(luò)有源變無(wú)源的方法是除源。理想電壓源除源就是要讓它輸出電壓等于零，故理想電壓源所在支路要用短路線取代。理想電流源除源就是要讓它輸出電流等于零，故理想電流源所在支路要用斷路來(lái)取代。經(jīng)過(guò)這樣的講解后，讓學(xué)生對(duì)戴維寧定理的內(nèi)容有了一個(gè)初步的概念和認(rèn)識(shí)。

接下來(lái)就需要通過(guò)具體例題的講解讓學(xué)生加深印象和清晰度。對(duì)于抽象的理論，學(xué)生一般都能聽懂，但是印象不夠深刻。這時(shí)候就需要通過(guò)講解典型例題讓學(xué)生更加深刻的理解定理內(nèi)容，增加理論的清晰度，化抽象為具體。在這一部分一般精講兩道例題。通過(guò)例題的分析講解，讓學(xué)生熟悉戴維寧定理的內(nèi)容和分析運(yùn)用戴維寧定理的具體步驟。

例1（如圖1所示）就是前面提到的原來(lái)回路電流法中講過(guò)的一道例題，要求改用戴維寧定理來(lái)解。引導(dǎo)學(xué)生在這樣一個(gè)稍微復(fù)雜一點(diǎn)的電路中如何通過(guò)電路的變形構(gòu)造出二端網(wǎng)絡(luò)。再根據(jù)戴維寧定理的內(nèi)容進(jìn)行等效的理想電壓源電壓和等效電阻的具體計(jì)算。

例2（如圖2所示）是典型直觀運(yùn)用戴維寧定理求解的問(wèn)題。非常容易構(gòu)建出二端網(wǎng)絡(luò)，引導(dǎo)學(xué)生自己找到二端網(wǎng)絡(luò)，畫出戴維寧等效電路圖。通過(guò)再一次的講解讓學(xué)生加深印象，對(duì)不同電路根據(jù)戴維寧定理的內(nèi)容進(jìn)行等效的理想電壓源電壓和等效電阻的具體計(jì)算。理想電壓源電壓值計(jì)算中的正負(fù)符號(hào)問(wèn)題是學(xué)生比較容易忽略的地方。例2中開路電壓計(jì)算值為負(fù)，說(shuō)明按照我們選擇的路徑方向計(jì)算出來(lái)的電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際情況和我們?cè)O(shè)定的參考方向是相反的，可以提醒學(xué)生注意。

講完例題后需要進(jìn)行歸納總結(jié)?？梢酝ㄟ^(guò)板書小結(jié)一下戴維寧定理分析的基本步驟方法，大致分為以下三步：

1）斷開待求支路構(gòu)建出有源二端網(wǎng)絡(luò)，求出有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓；

2）將有源二端網(wǎng)絡(luò)除源，求出無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻；

3）將待求支路接入等效的理想電壓源和電阻串聯(lián)電路，在戴維寧等效電路中求解待求物理量。

同時(shí)還要提醒學(xué)生戴維寧定理的使用注意事項(xiàng)：

一是戴維寧定理只適用于線性電路，出現(xiàn)非線性電路元件的電路戴維寧定理就不再成立了；

二是戴維寧定理中的“等效”是指對(duì)端口外等效，在求解端口電路內(nèi)部物理量的時(shí)候是不適用等效變換的。

之后通過(guò)練習(xí)來(lái)加強(qiáng)鞏固新知。給出練習(xí)題（如圖3所示），讓學(xué)生仔細(xì)體會(huì)，總結(jié)戴維寧定理的解題步驟。提示學(xué)生該有源二端網(wǎng)絡(luò)的開口方向是朝左的，提問(wèn)學(xué)生電壓源方向標(biāo)注的問(wèn)題。然后讓學(xué)生練習(xí)開路電壓計(jì)算和輸入電阻計(jì)算。最后畫出戴維寧等效電路圖，將待求量的計(jì)算結(jié)果算出來(lái)。幫助學(xué)生一步步的熟悉戴維寧定理的計(jì)算過(guò)程。

下課前最后總結(jié)一下本節(jié)課的重點(diǎn)，回顧戴維寧定理的內(nèi)容，要求學(xué)生掌握戴維寧定理的分析計(jì)算方法。布置一道作業(yè)題，讓學(xué)生鞏固知識(shí)，強(qiáng)化基本技能訓(xùn)練，養(yǎng)成學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

3 結(jié)語(yǔ)

課堂教學(xué)仍然是高校教學(xué)的主要方式，通過(guò)合理的教學(xué)設(shè)計(jì)來(lái)完善課堂教學(xué)環(huán)節(jié)是十分有必要的。教師要按認(rèn)識(shí)規(guī)律和學(xué)生的接受能力設(shè)計(jì)好教學(xué)層次，吸引學(xué)生興趣，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，通過(guò)精選典型例題，將抽象的理論具體化，幫助學(xué)生更好的掌握理論知識(shí)。

參考文獻(xiàn)

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