电工电子学课程中戴维宁定理的教学设计

陈媛媛

摘 要 戴维宁定理是电工电子学课程中电路部分的一个非常重要的电路定理。在教学中要按照学生的认识规律有效地设计好教学层次。通过引入讲解、练习巩固的教学过程，化难为易，帮助学生理解掌握戴维宁定理的解题方法。

关键词 戴维宁定理；电工电子学；教学方法

中图分类号：G642.4 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2015）23-0103-02

1 前言

戴维宁定理又称为等效电源定理，是电工电子学课程中电路部分常用的电路分析方法之一。戴维宁定理指的是有源二端网络可以用理想电压源串电阻等效替代，其中理想电压源的电压等于有源二端网络的开路电压，而电阻等于有源二端网络相应无源二端网络的输入电阻。运用戴维宁定理可以有效的简化电路，是非常重要的一个电路定理。为了将抽象难懂的定理讲得简单易懂，在课堂教学中就有必要进行合理的教学设计。首先应明确教学的目的是要帮助学生掌握戴维宁定理，能运用戴维宁定理进行简化电路的分析计算。教学的重点是要讲解戴维宁定理的内容及解题步骤。教学的难点则在于如何合理运用戴维宁定理。

2 整体设计

教学安排上这部分内容通常用1课时45分钟左右来完成。在教学方法上，可以利用现有的多媒体教学设备，以PPT课件的讲解为主线，通过教师的引导提问实现启发式教学。 整个教学过程可以分为以下四个环节：引入新知，概念介绍；例题引导，讲解新知；练习加强，巩固新知；课堂小结，布置作业。通过“引入→讲解→练习→总结”的过程，实现从教师讲授知识过渡到学生对知识的应用和练习。教给学生提出问题，解决问题的方法，引导学生分析、讨论并动手练习得出结论。

在引入环节，首先要充分发挥学生的主观能动性，吸引学生的兴趣，把学生的思维引导到探求事物客观规律的思路上来。可以由实际问题引入新的知识点。在电路工程实际中，常常碰到只需研究某一支路的电压、电流或功率的问题。这类问题可归纳为一个黑匣子复杂电路的问题，特别适合应用戴维宁定理来求解。我们先通过一个实际音乐门铃电路的实物照片来说明这类抽象电路问题的实际应用范畴。然后再给出前面学习网孔电流法时曾经讲过的一道例题（如图1所示）的模型电路图进行讲解。在图1的电路中，我们要求解负载电阻RL上的电流IL，按照前面讲解的电路知识我们可以运用网孔电流法求解出整个电路中每一条支路上的电流。但实际上我们只关心负载电阻RL上的电流IL，故这样的求解过程显得十分繁琐。那么对于这类问题就特别适合使用戴维宁定理来求解。通过这样的讲解，启发学生思考戴维宁定理的方法和其他电路分析方法的差别，理解学习戴维宁定理的意义，激发学生的学习兴趣。

在讲解环节，我们首先介绍基本概念和定理内容，然后通过精讲例题让学生熟悉掌握定理。在具体介绍定理内容之前，先讲解二端网络的基本概念。引导学生在实际电路中去寻找构建二端网络。让学生分辨不同二端网络的区别，引入有源和无源二端网络的概念。对于由电阻构成的无源二端网络，根据原来电阻网络的知识，提问学生无源二端网络的简化等效电路模型，介绍等效电阻或输入电阻的概念。对于无源二端网络可以等效为电阻，学生一般都很容易接受。那下面就进一步提出问题，引导学生思考有源二端网络的简化等效模型是怎样的？引入戴维宁定理的具体内容，戴维宁定理指的是有源二端网络可以用理想电压源串电阻等效替代，其中理想电压源的电压等于有源二端网络的开路电压，而电阻等于有源二端网络相应无源二端网络的输入电阻。再具体展开电压和电阻值的求法。特别提示学生注意，有源二端网络开路电压UABO和原电路中两点AB之间的电压UAB的区别。二端网络有源变无源的方法是除源。理想电压源除源就是要让它输出电压等于零，故理想电压源所在支路要用短路线取代。理想电流源除源就是要让它输出电流等于零，故理想电流源所在支路要用断路来取代。经过这样的讲解后，让学生对戴维宁定理的内容有了一个初步的概念和认识。

接下来就需要通过具体例题的讲解让学生加深印象和清晰度。对于抽象的理论，学生一般都能听懂，但是印象不够深刻。这时候就需要通过讲解典型例题让学生更加深刻的理解定理内容，增加理论的清晰度，化抽象为具体。在这一部分一般精讲两道例题。通过例题的分析讲解，让学生熟悉戴维宁定理的内容和分析运用戴维宁定理的具体步骤。

例1（如图1所示）就是前面提到的原来回路电流法中讲过的一道例题，要求改用戴维宁定理来解。引导学生在这样一个稍微复杂一点的电路中如何通过电路的变形构造出二端网络。再根据戴维宁定理的内容进行等效的理想电压源电压和等效电阻的具体计算。

例2（如图2所示）是典型直观运用戴维宁定理求解的问题。非常容易构建出二端网络，引导学生自己找到二端网络，画出戴维宁等效电路图。通过再一次的讲解让学生加深印象，对不同电路根据戴维宁定理的内容进行等效的理想电压源电压和等效电阻的具体计算。理想电压源电压值计算中的正负符号问题是学生比较容易忽略的地方。例2中开路电压计算值为负，说明按照我们选择的路径方向计算出来的电动势的实际情况和我们设定的参考方向是相反的，可以提醒学生注意。

讲完例题后需要进行归纳总结。可以通过板书小结一下戴维宁定理分析的基本步骤方法，大致分为以下三步：

1）断开待求支路构建出有源二端网络，求出有源二端网络的开路电压；

2）将有源二端网络除源，求出无源二端网络的等效电阻；

3）将待求支路接入等效的理想电压源和电阻串联电路，在戴维宁等效电路中求解待求物理量。

同时还要提醒学生戴维宁定理的使用注意事项：

一是戴维宁定理只适用于线性电路，出现非线性电路元件的电路戴维宁定理就不再成立了；

二是戴维宁定理中的“等效”是指对端口外等效，在求解端口电路内部物理量的时候是不适用等效变换的。

之后通过练习来加强巩固新知。给出练习题（如图3所示），让学生仔细体会，总结戴维宁定理的解题步骤。提示学生该有源二端网络的开口方向是朝左的，提问学生电压源方向标注的问题。然后让学生练习开路电压计算和输入电阻计算。最后画出戴维宁等效电路图，将待求量的计算结果算出来。帮助学生一步步的熟悉戴维宁定理的计算过程。

下课前最后总结一下本节课的重点，回顾戴维宁定理的内容，要求学生掌握戴维宁定理的分析计算方法。布置一道作业题，让学生巩固知识，强化基本技能训练，养成学生良好的学习习惯。

3 结语

课堂教学仍然是高校教学的主要方式，通过合理的教学设计来完善课堂教学环节是十分有必要的。教师要按认识规律和学生的接受能力设计好教学层次，吸引学生兴趣，发挥学生的主观能动性，通过精选典型例题，将抽象的理论具体化，帮助学生更好的掌握理论知识。

参考文献

[1]张鉴.电工基础课程中戴维南定理的教学过程处理[J].武汉电力职业技术学院学报，2010，8（1）：33-35.

[2]王光明，杨俊.《电工与电路基础》研究型教学探索与实践[J].高等教育研究学报，2013（3）：36-38.endprint