谢楠 电工技术基础 2024/2025 教案 PDF

2024/2025 学年第一学期 《电工技术基础》课程 教 案 学 院： 机电工程学院 授课班级： 机电一体化 24 级 43 班 授课教师： 谢楠 总 学 时 ： 48 课程名称 电工技术基础 总学分：2.5 总学时：48 其中：讲课 32 学时，实践 16 学时...

2024/2025 学年第一学期 《电工技术基础》课程 教 案 学 院： 机电工程学院 授课班级： 机电一体化 24 级 43 班 授课教师： 谢楠 总 学 时 ： 48 课程名称 电工技术基础 总学分：2.5 总学时：48 其中：讲课 32 学时，实践 16 学时 必修课( √ ) 选修课( ) 课程类别 通识教育课（ ） 专业基础课（ √ ） 专业课（ ） 专业拓展课（ ） 授课对象 23 机器人（本科）1-2 班 《电工技术基础》授课阶段在大学新生的第二学期，因此，面对对象都是大 学一年级学生，由于是本科学生，因此，学生的学习基础比较好，接受能力强， 学情分析 对于学习具有一定的新鲜感和较强的学习热情。同时针对一年级学生的特点，在 教学过程中，要根据学生的认知过程，由浅入深组织课程内容。通过教学内容将 机器人技术的重难点结合学生的认知过程，由浅入深逐层开展教学内容。 《电工技术基础》课程是机器人技术专业的一门专业基础课程。 课程是所有“强电专业”和“弱电专业”的必修课，课程在机器人技术专业的课 程体系和教学内容中起着承前启后的重要作用。通过本课程的学习，学生可以掌 课程简介 握电路分析的基本概念、基本原理和基本方法，提高分析电路的思维能力与计算 能力，为学习后继课程奠定必要的理论基础，在培养机器人技术人才中具有不可 替代的地位。 总体目标：通过本课程的学习使学生具有良好的安全意识和安全用电操作习 惯，掌握电路分析的基本概念、原理和方法，熟悉直流电路的一般分析方法、电 路简化方法以及重要的电路定理，掌握动态电路分析，单相正弦交流电路、三相 交流电路、电机等的分析方法。同时能掌握相应的电路实验设计思路及规范实验 步骤，能通过电路实验对电路分析方法、电路定理等进行验证和分析测试。 (一）知识目标 核心目标：掌握基本直流电路与交流电路的分析。 教学目标及 一般目标：掌握交流电路和直流电路在生活中的应用。 要求 （二）能力目标 核心目标：能分析直流、交流稳态电路以及动态电路暂态分析，能正确使用 万用表、示波器等常用电工电子仪器仪表。 一般目标：能按照电路图组装、连接电路，测试分析电路性能。 （三）素质目标 核心目标：具备良好的团队协作创新能力和良好的安全用电行为习惯。 一般目标：具备严谨科学的学习态度和方法，具备较强的语言表达和逻辑思 维能力。  教学重点： 1.电路的理想元件、基本物理量、基本定律；2.电阻电路的 7 种分析方法； 3.一阶动态电路分析；4.正弦交流稳态电路分析与计算；5.含有耦合电感电路分 教学重点及 析； 难点 6.三相电路的分析与计算。 教学难点： 1.电阻电路的 7 种分析方法综合与选择；2.相量法的内容及使用；3.一阶动 态电路的三要素法；4.三相对称电路的分析。 (1)案例分析法 案例分析法在直流电路讲解中，主要使用生活中手电筒电路为例进行分析讲 解直流电路的基本组成；在交流电路讲解中，主要使用生活中日常单相照明电 路，例荧光灯 RL 电路为例进行讲解分析，能够让学生活学活用，掌握三相四线 制电路中，基本交流电路分析方法，正弦交流电的三要素、功率因数的提高、功 率的计算。 (2)分组讨论法 分组讨论法是在教师的指导下，采用小班化组长负责制，围绕课堂教学内 容，各抒己见，通过讨论分析，加深与巩固所学的电工直流电路与交流电路的基 本知识与应用。目的在于培养团队合作精神，激发学生的学习兴趣，带动学习困 主要教学方 难学生。 法 (3)实践操作测试分析法 实践操作测试分析法主要应用于常用仪器与仪表的使用、直流电路欧姆定 律、基尔霍夫定律、戴维南定理等直流测试项目与交流电路纯电感电路与纯电容 电路等交流项目的测试，在教与学的过程中，教师示范操作引导，与学生一起分 析测试数据，共同探讨直流与交流理论基础知识，从而达到理实一体的教学效 果。 (4)教学做一体化 教学做一体化的教学方法就是教中学、学中做、做中学，学生在学习电工综 合基础技能训练中，由教师指导基本操作，学生在学习操作中完成作品，在制作 电机控制电路接线中学习电机控制电路基本原理与工艺接线基本方法，培养他们 的团队合作协调能力和严谨踏实的工作作风。 本课程为考试课程，采用百分制总评计分。 本课程考核成绩由平时成绩、课内实践成绩和期末考试成绩组合而成。各部 分所占比例如下：平时成绩占 20%，采用百分制，主要考查学习线上学习资源 的学习情况，包括视频学习、线上作业及测试等，以及学生出勤状况、学习态 考核方式 度、线下作业完成情况等。课内实践成绩占 20%，采用百分制，包括 6 个课内 实践项目的成绩， 期末考试成绩占 60%，采用百分制。考核内容主要为电工技术基础课程学 习的全部内容的相关基础知识。 教材 电工技术基础 于秀明主编 西安电子科技大学出版社 参考书 教学资源 智慧树线上平台  教学组织中，结合教学内容与电工技术基础实际应用案例深入挖掘课程思政 元素，有机融入课程教学，从而强化用电中的规范意识、标准意见、质量意识与 安全意识；在教学实施中主要利用线上资源，实施线上线下混合教学。 课前：学生学习线上资源 引导学生充分利用碎片化时间学习，学生通过观看智慧树平台上的电工技术 基础课程进行线上学习；教师通过课前测试或课堂提问等了解学生学习情况，实 备注说明 行在线学习的师生互动机制和监督机制。 课中：根据具体课程内容及学生在线学习情况，开展课堂教学： 以学生为主体，组织学生充分利用在线学习问题，教学讲授、师生互动解决 重点、难点问题，调动学生的积极性。 对于通过线上学习“吃不透”的课程内容，教师应深入讲解分析或者以“做中 学”、“做中教”的实践教学解决，如利用课件讲解、习题课等形式，解决学生的 难 点；课堂教学中合理利用任务驱动、案例教学、小组合作学习等方法，充分利用 中智慧树平台等信息化教学手段，提高课堂学习的有效性。 课后：深化线上线下学习内容。 学生结合课中所学或者多次观看在线学习视频，解决前期线上学习遇到的问 题并完成课后任务巩固所学内容。  《电工技术基础》是机器人技术专业电子系列的第一门专业课，为后续学习 《模拟电子技术》、《数字电子技术》等电子类课程奠定理论基础。这门课存在 理论知识抽象、数学基础要求高的特点，成为工科课程中的一门“理科课”。 学生层面：在教学过程中如支路电流法的分析方法，学生通过支路数列解了 4 个以上的方程，这时更多的学生困难在于无法解三个及以上的方程；又比如利 用相量法求解正弦稳态电路的分析计算中，把电路图等效成相量模型图之后，更 多学生的困难在于相量代数式、极坐标式相互转换以及复数分析计算，也由此学 生会觉得课程内容难学，不易懂。再次，课程的课内课时有限，本科的学生虽有 一定的自主学习意识，但是本课程理论难度、深度教一般课程都会要求更高，加 之又放在大一第二学期，学生还无法习惯大学的学习方式方法，虽为了弥补课时 不足课程团队已经建立了线上课程，但是要学生认真做好课前、课后两个环节的 提前学习和课后巩固，显然是很困难的。加上学生层面上有普高、职高上来的， 他们有些物理、数学基础基本上停留在初中层面，因此这一些都影响了课程整体 的推进，也致使课程学生两级现象会比较显现。 课程 教学层面：电工技术基础课程内容知识繁多，课时有限，学生基础不一，所 教学 反思 以课内基本上是满堂灌的形式，虽在电路分析综述等内容是有效运用了翻转课的 形式，而且效果很好，但是更多的内容还是需要老师讲解学生才能学会，也因此 大多数时间无法有更多的时间留给师生互动上。教学形式上，每次课采用了线 上、线下相结合的方式，学生上课答题情况、参与情况每节课都会在线上形成一 份课程报告，可以有效的反馈学生的学习情况，但每次课堂反馈的问题都比较集 中，如课前前测，是可以有效的反应学生提前预习的情况，但是学生有很多理 由，也的确很难每次都能如意。 从学生层面、教学层面两方面的教学反思，课程的教学上还是要更多的关注 学生的课前、课后两个环节，尤其还是需要加强课代表、班级班委、班主任之间 的桥梁辅助作用。通过更多更好的激励形式来激发学生来强化、巩固。另外工科 课程是否要降解题能力要求，这一直是工科教育中值得探讨的问题。针对这个问 题，学生的解题能力不是一蹴而就的，因此加强仿真软件的应用从而来有效弥补 解题能力的不足。另外通过对电路性能的分析，让学生思考这种电路能够起到什 么作用，进而介绍该电路在实际电子工程中的应用，就可以让学生做到理论联系 实际，增强他们的工程素养及学习课程的有效性。 注：此页针对课程整体内容进行填写。 《电工技术基础》教案 NO.1 课题或任务 项目一电路的建构与基础分析 课内学时 3 课外学时 教学主要内容 电路模型；电路物理量；电路元器件； 1.了解电路模型及电路物理量的意义； 2.了解电阻电路元件的概念，受控电流的类型和特点； 教学目标 3.理解欧姆定律并能正确应用； 4.理解基尔霍夫定律并能正确应用。 授课方式 讲授法、案例教学 教学课件 教学资源 媒体素材 智慧树平台 课外作业 课后习题 教学反思 教学过程设计与内容 授课步骤 教学内容 活动设计 备注 专题导入 导入电路学习的 教师给出例题，并引导学生 意义和要求。 进行思考：利用之前的知识无法 结解题，因此引出本课程内容。 课程思政 介绍基尔霍夫科学成就，致敬科学家。引导学生学习 科学家的科学精神，并能在学习中端正学习态度，养成良 好的学习习惯和思考习惯，争做学习尖兵，以成为大国工 匠为自身目标。 1、电 路 和 电 路 模 讲解电路的组成及电路模型 型； 的意义； 任务一： 2、电 路 基 本 物 理 讲解常用的电路物理量； 量； 讲解电路的工作状态。 3、电路的工作状态 按照基尔霍夫定律的基本内 任务二： 基尔霍夫定律理论 容进行知识梳理；尤其是基本基 本概念的理解：支路、网孔、结 点、回路等。 教师首先严格要求电路问题 任务三： 基尔霍夫定律的应用 解题要求；以电律为基础，演示 规范化的解题方法。 教师布置课内练习题，要求 学生完成，走下讲台，去观察、 指导学生完成。学生通过小组讨 任务四： 课内练习 论的方式，确定解题步骤，然后 按照解决规范，细心解算；遇到 问题，及时报告老师。 总结课程要点，收集 回顾总结本次课的教学内 小结 学生课堂学习建议和 容，重难点；布置课后任务，提 存在问题 出作业要求；安排课代表收集学 生听课过程中存在的问题。 详案 教学过程 课程导入： 在现代科学技术的应用中，电工电子设备种类日益繁多，规模和结构亦是日新月异， 这些设备绝大多数都是由各种不同的电路所组成。虽然电路的结构各异，但是它们与最基 本的电路之间仍然存在许多基本的共性，遵循着相同的规律。本项目的任务是：对电气设 备进行电路模型的建构和掌握电路分析的基本规律。 1.1 电路和电路模型 1.1.1 电路 电路是电流的通路。它是为了实现某种功能，由各种电工、电子元器件按一定的方式 连接起来的整体。较复杂的电路又称为“电网络”。“电路”和“网络”这两个术语通常是相互 通用的。 图 1.1 手电筒电路 图 1.1 是手电筒电路，是实际应用中最简单的电路实例。在手电筒电路中，用导线将 电池、开关、小灯泡连接起来，为电流电路提供了路径。图中干电池为电路的电源，为电 路提供电能，小灯泡为负载，消耗电能（或将电能转换为其他形式的能量），导线和开关 为中间环节。当开关闭合时，电路接通，小灯泡发光。反之，电路断开，小灯泡熄灭。电 动机电路、电视机电路、计算机电路、雷达导航电路显然是较为复杂的电路。但不管电路 结构如何，电路的基本组成部分都离不开 3 个环节：电源、负载和中间环节。 电路的作用 工程应用中的实际电路，按照功能的不同可分为两大类。 （1）电力电路实现电能的传输和转换。如图 1.2 所示的电力系统。 图 1.2 电力电路 （2）信号电路实现信号的处理和传递。如图 1.3 所示的扩音机中话筒是电信号的信号源。 图 1.3 信号电路 1.1.2 电路模型 为了便于用数学方法分析电路，将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电 路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。  1.2 电路的基本物理量 1.2.1 电流及其参考方向 电荷有规则的运动形成电流。电流的大小定义为单位时间内通过导体横截面的电荷量， 又称为电流强度，用符号 i 表示，即 （1-1） 电流的单位：单位是安培（库仑/秒），简称“A”表示；另外还有毫安.(mA)、微安(μA) 等单位,它们的换算关系如下： 1 A=103 mA=106 μA 电流主要分为 两 类。大 小和方 向 都不 随 时 间变 化的电流，称为直流电流（ direct current，简称 DC），简称直流，用大写字母 I 表示。 大小和方向均随时间的变化而变化的电流，称为交流电流（alternating current，简称 AC），简称交流，用小写字母 i 或者 i（t）表示。 电流是有方向的。习惯上，规定正电荷移动的方向（负电荷移动的反方向）为各支路 电流的实际方向。 在分析电路时，对于较复杂的电路，往往难于确定电流的实际方向。因此，引入了“参 考方向”的概念。 参考方向是一个假想的电流方向。在分析计算电路时，先任意选定某一方向作为电流 的参考方向，用实线箭头标在电路图上（也可用双下标表示），如图 1.7 所示。iab 表示参 考方向是由 a→b，而 iba 表示参考方向由 b→a。此时，iab=-iba。本书电流的参考方向一般用实 线箭头表示。 实际方向 实际方向 a b a b 参考方向 参考方向 i （iab ） i （iab ） （a ） （b ） 图 1.7 电流的参考方向 （a）实际方向与参考方向一致 （b）实际方向与参考方向相反 1.2.2 电位、电压、电动势及其参考方向 （1）电压 电压是用来表述电场力做功的物理量。电荷在电场力作用下，顺着或逆着电场力的方 向运动，电场力做功，将电能转变为其他形式的能量。 由物理学知识可知，电场力将单位正电荷从电场中的一点移至另一点所做的功，称为 电压。用数学表达式可表示为： 式中，uab 用来衡量电场力做功本领的大小，即电压；dq 为由 a 点移动到 b 点的电荷； dw 为移动过程中电荷所减少的电能。 电功 的单位为 焦耳 （ J ），电量的单位用 库伦 （ C） 描 述 时，电 压 的单位为 伏 特 （V）。电压的单位还有千伏（kV）和毫伏（mV），各种单位之间的换算关系为： （2）电位 空间各点位置的高度都是相对于海平面或某个参考高度而言的。同样地，电路中的电 位也具有相对性。 在电路中任取一点 0 作为参考点，则由某点 a 到参考点 0 的电压 ua0 就称为 a 点的电位 用 Va 表示。 电位参考点可以任意选取。通常选择大地、设备外壳或者接地点作为参考点。一个连 通的系统中，只能选择一个参考点。参考点的电位为零。 电路中，电位一经选定，其余各点的电位都将有唯一确定的数值。任意两点间的电压 就等于这两点的电位差。即 （1-3） 选取不同的参考点，同一点的电位值也会随之而变，但两点之间的电压与参考点的位置 无关。 （3）电压的参考方向 电压也是有方向的。习惯上，规定电压的实际方向是从高电位点指向低电位点，即电 压降低的方向。 同电流一样，在进行电路分析前，通常很难确定电压的实际方向。这就需要人为假设 一电压方向，把这种人为任意假设的电压方向称为电压的“参考方向”（也称“参考极性”）， 其标注方法有 3 种：箭头、双下标或正负极性，如图所示 。“+”、“-”的标注方法，又称参 考极性标注法，“+”号表示参考高电位点（正极），“-”号表示参考低电位点（负极）。uab 的双下标 ab 即表示参考方向是由 a 点指向 b 点。本书一般情况下采用参考极性标注法。 特别注意：选定参考方向后，才能对电路进行分析计算。 u （uab ） a b + - 选定参考方向后，电压就成为代数量。当电压的实际方向与参考方向一致（极性一 致）时，电压为正值（u＞0），否则为负（u＜0）。 （4）电动势及其参考方向 电动势就是用来描述电源力做功的物理量。在电源中，电动势 e 在数值上等于将单位 正电荷由电源负极经电源内部移动到电源正极所做的功，即增加的电能，可表示为： 习惯上把电动势的实际方向规定为电能增加的方向，即电位升高（从低电位点到高电 位点）的方向，亦即由电源的负极指向正极。 对于一个实际电源而言，当没有电流流过，即内部没有电能消耗时，其电动势和端电 压（正负极之间的电压）必定大小相等，方向相反。 （5）关联参考方向 i i a b a b + u - - u + （a）关联参考方向 （b）非关联参考方向 在同一电路中，电流参考方向和电压参考方向可以各自独立地选定。但为了分析计算 方便，通常选定同一元件的电流参考方向与电压参考方向一致。 1.2.3 电功率与能量 在电路分析中，通常用电流 i 和电压 u 的乘积来描述功率。 在 u、i 为关联参考方向下，元件上吸收的功率定义为： 在 u、i 为非关联参考方向下，元件上吸收的功率定义为： 无论 u、i 是否为关联参考方向，若 p＞0，则该元件吸收功率（供自己消耗），为耗能 元件；若 p＜0，则该元件输出功率（供给其他元件），为储能元件。 【例 1.4】在图 1.14 所示电路中，方框泛指电路中的一般元件。试求出各元件吸收的 功率。 4A 5A -2A + - - -5V 4V -5V - + + （a） （b） （c） （d） 图 1.14 例 1.4 电路 解： （1）在图 1.14（a）中，所选 u、i 为关联参考方向，元件吸收的功率为： 此时元件吸收的功率为-12W，即元件发出的功率为 12W。 （2）在图 1.14（b）中，所选 u、i 为非关联参考方向，元件吸收的功率为： 此时元件吸收的功率为 20W。 （3）在图 1.14（c）中，所选 u、i 为非关联参考方向，元件吸收的功率为： 此时元件吸收的功率为-20W，即元件发出的功率为 20W。 （4）在图 1.14（d）中，所选 u、i 为关联参考方向，元件吸收的功率为： 此时元件吸收的功率为 10W。  头脑风暴 电源与负载的判别 电压和电流都是代数量，所以功率也是代数量，有正、有负。在电源与负载判别分析 的时候我们一般都会选定 i 与 u 参考方向一致(关联参考方向)时，也就是 p=ui 进行分析计算， 如果求得 p>0，表示电路实际消耗功率，这段电路(或元件)是负载；如果 p