梁軍勇

【摘要】《電工基礎(chǔ)》是建立在電學(xué)基礎(chǔ)上的學(xué)科，該課程內(nèi)容復(fù)雜、實踐性強(qiáng)，對于知識基礎(chǔ)薄弱、入學(xué)起點普遍較低的中職學(xué)校學(xué)生而言存在著很大的學(xué)習(xí)困難。本文充分利用電路中的正負(fù)符號，將判斷電阻電壓和電源電動勢取值的方法轉(zhuǎn)化為學(xué)生更容易接受的圖形或符號，有效地提高了學(xué)生的計算分析能力。

【關(guān)鍵詞】電工基礎(chǔ);電壓;電流;電位;基爾霍夫定律;教學(xué)方法

《電工基礎(chǔ)》是建立在電學(xué)基礎(chǔ)上的學(xué)科，是電類專業(yè)必不可少的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，對專業(yè)后續(xù)的理論學(xué)習(xí)和技能操作有著重要的影響。但此門課內(nèi)容復(fù)雜、實踐性強(qiáng)，對于知識基礎(chǔ)薄弱、入學(xué)起點普遍較低，特別是《物理》和《數(shù)學(xué)》基礎(chǔ)較差的中職學(xué)校學(xué)生而言，存在著很大的學(xué)習(xí)困難。很多學(xué)生對其不感興趣，乃至產(chǎn)生畏難和抵觸的情緒。目前的該科的課堂教學(xué)現(xiàn)狀很不樂觀，要想提高教學(xué)質(zhì)量，專業(yè)課教師必須切實轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，改進(jìn)教學(xué)方法，教學(xué)改革勢在必行。

中職的《電工基礎(chǔ)》教材種類很多，普遍都將直流電路的相關(guān)定律與計算放在前面章節(jié)，而且都要求學(xué)生在入學(xué)的第一個學(xué)期就開始學(xué)習(xí)。這里就涉及到歐姆定律，基爾霍夫定律，戴維南定理等定律，以及電流，電壓，電阻，電位等物理量的概念和計算。這些物理量，學(xué)生雖然在初中《物理》有所接觸，但《電工基礎(chǔ)》中卻加大的難度，引入了方向的概念，這就難倒和嚇退了很多學(xué)生，從入學(xué)伊始就對該科產(chǎn)生恐懼心理，從而對專業(yè)失去信心，直接沖擊中職三年的學(xué)習(xí)。

基爾霍夫定律是學(xué)生在《電工基礎(chǔ)》中接觸的第一個新定律，包括基爾霍夫電流定律（KCL）和基爾霍夫電壓定律（KVL），兩者都加入了方向的判斷，電流定律可以通過流入或流出節(jié)點來進(jìn)行方向判斷，難度不算大，但電壓定律中方向的判斷則相對復(fù)雜，教材中關(guān)于利用基爾霍夫電壓定律（KVL）列回路電壓方程的方法描述如下：

電阻中的電流方向與回路的繞行方向相同，電阻兩端的電壓IR 取“+”，相反則取“?”;電源電動勢的方向（要注意：電動勢的方向是由負(fù)極指向正極）與回路繞行的方向相同，電源電動勢E取“+”，相反取“-”。

另一個新的概念是電位，教材中計算電路中各點的電位中使用的方法如下：當(dāng)電壓方向與電流的方向相同，運用基本概念列出等式時，電阻兩端的電壓IR取“+”;相反取“-”。當(dāng)電壓的方向與電源電動勢的方向相同，運用概念列出等式時，電源電動勢E取“-”，相反取“+”。

研究這兩個方法可以發(fā)現(xiàn)，對于電阻兩端的電壓IR的取值而言，相同取“+”，相反取“-”;這比較好記憶，但電源電動勢E取值卻不一致，列基爾霍夫電壓方程時相同取“+”，相反取“-”，而求電位卻與其相反，這就比較容易造成混亂。另外，兩種方法雖然很詳細(xì)地列出了方向判斷的方法，但其中涉及到的方向較多，包括電流，電壓，電動勢，繞行方向等，這對于剛踏入職業(yè)中學(xué)校門，物理基礎(chǔ)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)都較薄弱的中職電類專業(yè)學(xué)生來說很不容易。教學(xué)實踐也證明，教師與學(xué)生要花較長的時間和較大的習(xí)題量才能真正掌握知識點。

為了讓學(xué)生更容易接受和理解相關(guān)內(nèi)容，筆者對該方法進(jìn)行了深入的研究。首先，出現(xiàn)混亂的原因在于方程的表達(dá)方式上，若統(tǒng)一表達(dá)方式則可避免這種現(xiàn)象，課本介紹的方法基爾霍夫電壓方程的表達(dá)方式為，我們將電源電動勢與電阻電壓寫在同一邊，即使用基爾霍夫電壓定律的另一種表達(dá)方式。

其次，因為極性也是用“+”“-”符號來表示，而且本身就可以表示方向，如果能將表示極性的“+”“-”符號與列表達(dá)式的“+”“-”正負(fù)符號統(tǒng)一起來，學(xué)生應(yīng)該更容易接受。順著這個思路，筆者研究的方法將判斷電阻電壓和電源電動勢取值的方法轉(zhuǎn)化為學(xué)生更容易接受的圖形或符號，具體原理如下。

1.電阻兩端的電壓的取值由電流方向決定，充分利用標(biāo)在電阻上的電流方向直接標(biāo)出“+”和 “-”，學(xué)生在初中物理時已知道電流由“+”流向“-”通過電阻，如圖1a所示。

2.電源電動勢取值由其符號決定，長正短負(fù)，如圖1b所示，學(xué)生在初中物理也知道這一點。而職中教材中加入的理想電壓源本身就直接標(biāo)有正負(fù)符號，如圖1c所示。

圖1? 電路中常用元件的極性

3.至于它們的值是取“+”還是“-” ，則由路徑表達(dá)式來決定。根據(jù)所求物理量，在電路上自定義起點和終點，經(jīng)過電阻時電壓的正負(fù)取值，經(jīng)過電源時電動勢的正負(fù)取值由首先遇到的正負(fù)符號決定。如圖1中的三個元件，如果自左向右經(jīng)過則分別取“+IR”、“+E”和“+Us”，自右向左經(jīng)過則分別取“-IR”、 “-E”和 “-Us”， 。這樣就將表示極性的“+”“-”符號與列表達(dá)式的“+”“-”正負(fù)符號統(tǒng)一起來，而且與初中物理的知識有較好的銜接。

筆者研究的“路徑法”方程就可以表述如下式：

起點電位-終點電位=路徑表達(dá)式

假設(shè)起點為a，終點為b，用物理量表示為：

Va-Vb=路徑表達(dá)式

此式根據(jù)起點和終點的不同可有三種不同的形式：

1.起點和終點相同，即為同一點，相當(dāng)回路繞行一周，兩點電位相同。

Va-Vb=0=路徑表達(dá)式

此式可列出基爾霍夫電壓回路方程，求解回路電流。

2.終點為參考點，即Vb=0。

Va-Vb= Va=路徑表達(dá)式

此式可求解電路中任意一點的電位。

3.起點和終點不同，根據(jù)兩點之間的電壓為該兩點的電位之差得。

Va-Vb=Uab=路徑表達(dá)式

此式可求電路中任意兩點間的電壓，或由一已知電位值的點求另一點的電位值。

這樣就把《電工基礎(chǔ)》直流電路計算中的最基本的三個物理量，電流、電壓和電位統(tǒng)一起來，學(xué)生需要記憶的東西不多，避免了記憶混亂的情況，而且該方法比較形象直觀，相比復(fù)雜的文字描述更容易理解和接受。下面舉例對三種情況進(jìn)行講解。

圖2

例：如圖2所示電路，已知：E1 = 45 V，E2 = 12 V，R1 = 5 ?，R2 = 4 ?，R3 = 2 ?。

（1）求電路的電流;

（2）求C點的電位VC ;

（3）求電壓UCD。

解：根據(jù)前述方法為每一個電阻和電源電動勢標(biāo)正負(fù)符號，可得圖3。

圖3

（1）求電流，需列回路方程。假設(shè)起點和終點均為C點，順時針繞行一圈有：0=+IR3+E2+IR2+IR1-E1

或逆時針繞行一圈有：0=+E1-IR1-IR2-E2- IR3

兩式均可調(diào)整為：

I（R3+ R2+ R1）= E1-E2

（2）求電位VC，路徑為由所求點行至參考點，即由C點行至A點，由圖可知，有兩條路徑可選，沿CBA路徑有：VC=+E1-IR1=45-3×5=30V;若沿CDEA路徑有：VC=+IR3+E2+IR2 =3×2+12+3×4=30V;兩條路徑結(jié)果相同，可得出電路中某一點的電位，與計算的路徑無關(guān)的結(jié)論。

（3）求電壓，起點為C，終點為D，也有兩條路徑可選，若沿CD路徑可輕易得到：UCD=+IR3=3×4=12V;或沿CBAED路徑有：UCD=+E1-IR1-IR2-E2=45-3×5-3×2-12=12V;兩者結(jié)果相同，但明顯前者比后者更簡單，不易出錯。

通過這道例題，可以很直觀地看到等號在電路計算中的妙用，而對于更復(fù)雜一點的電路，包括利用基爾霍夫定律或戴維南定理分析電路一樣適用。

本方法將抽象的電學(xué)概念轉(zhuǎn)化為形象的符號，降低了學(xué)習(xí)難度和記憶難度，電路分析轉(zhuǎn)換為研究路徑，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，學(xué)生嘗到了成功的樂趣。近年來，我校電工電子專業(yè)生源質(zhì)量呈下降趨勢，學(xué)生的知識基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)能力相對薄弱，但我們在教學(xué)實踐中進(jìn)行了類似有效的嘗試和探索，積累了一定的實踐教學(xué)案例，取得了良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊少光.電工基礎(chǔ)[M].廣東：廣東高等教育出版社.