电工电子学课程中关于基尔霍夫电流电压定律的课程思政教学设计

摘  要  电工电子学课程中拥有丰富的思政元素。在基尔霍夫定律部分涉及两个思政元素：科学史中科学家基尔霍夫的介绍；电路中的内外部约束条件和人们所受到的内外部约束条件的类比。就这部分内容进行课程思政教学设计，将授课要点与思政元素有效融合，设计合适的实施过程，贯彻“三全育人”的教育方针。

关键词  电工电子学；课程思政；教学设计；基尔霍夫电流电压定律

中图分类号：G642    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）07-0084-03

0  引言

习近平总书记指出，要挖掘其他课程和教学方式中蕴含的思想政治教育资源，实现全员全程全方位育人[1]。因此，高校思想政治教育工作近年来备受重视。高校思政教育作为大学生教育工作的重要环节，不但是思政类课程教学要完成的任务，其他专业课程教学中也需要加入思政元素，加强思政教育。需要注意的是，专业课程的课程思政教育和纯粹的思政类课程教学有明显的区别。如何将专业知识教学与世界观、人生观、价值观的培养联系起来，将品德教育点滴渗透到专业课程教学的全过程中，潜移默化地对学生进行引导和塑造，是非常值得思考和探讨的问题。

电工电子学作为高等院校在工科非电类专业中普遍设立的一门电类基础课程，为实现课程专业教学目标和思政目标的有效融合，在对学生传授知识的过程中自然融入思政教学，必须进行合理的课程设计，并对教育手段和教学模式加以完善。下面以基尔霍夫电流电压定律这部分内容为例，进行电工电子学课程思政教学设计。

1  教学内容

基尔霍夫定律是电工电子学课程中电路理论部分最基本也是最重要的定律之一。它分为基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律（KVL）。在基尔霍夫电流电压定律的前序学习中，学生已经掌握电路中电流电压参考方向的概念，可以运用欧姆定律、电阻的串联和并联关系式等方法来分析计算一些简单的电路，但对于复杂的电路，这些方法就力有不逮了，因此要寻找电路求解新方法。德国物理学家基尔霍夫就找到了这种新方法。

基尔霍夫电流电压定律反映了电路网络结构所满足的约束关系：电流定律指出在集总电路中，任一结点，所有支路电流的代数和恒为零；电压定律则指出任一回路，所有支路电压的代数和恒为零。利用基尔霍夫定律得到的电流电压结构约束关系，再结合电路中电阻、电压源、电流源等基本元件所遵循的元件伏安特性所带来的元件约束关系，可以联立方程组求解各种复杂电路。它的适用范围非常广泛，直流电路可以用，交流电路也可以用；串并联电路可以用，星形三角形电路网络也可以用；三五个电阻、电源组成的简单电路可以用，多个复杂电路元件组成的大规模电路网络也可以用，区别无非是电路电流电压方程个数和计算难度的不同。正是因为基尔霍夫定律适用的广泛性，它也被称为分析求解电路、计算电路中电压及电流的万能工具。

课前需要复习的知识点为电阻的串并联、电压电流的参考方向。本节课的教学目标是掌握基尔霍夫电流电压定律的概念并能熟练应用，重难点主要在于结构约束和元件约束两类约束条件的灵活使用，教学方式上可以采用线上教学和线下教学相结合、多媒体课件PPT播放和黑板板书相结合，渗透课程思政元素，对学生进行启发式教学[2]。

2  教学设计

整个教学过程设计流程如下。

2.1  课前布置自学预习任务

通过推送学堂在线的慕课小视频，让学生自行回顾基本电阻的串并联电路计算。

2.2  课前测试

通过雨课堂推送串并联简单电路测试题，用测试题检验学生自学预习的效果。

2.3  定律背景介绍和思政引申点1

介绍基尔霍夫定律在电路理论中的地位和作用，为什么需要引入基尔霍夫定律？它的应用场合是什么？渗透思政教育，通过介绍科学家基尔霍夫的事迹，引导青年学生追求真理，勇攀科学高峰。

2.4  电流定律理论讲授

先介绍支路、结点、回路的概念，再通过具体讲解，解释清楚基尔霍夫电流定律（KCL）的内容。

2.5  课堂练习1

给出两道应用基尔霍夫电流定律（KCL）求解的典型例题，帮助学生掌握基尔霍夫电流定律（KCL）的简单应用。

2.6  电压定律理论讲授

通过讲解，解释清楚基尔霍夫电压定律（KVL）的内容。

2.7  课堂练习2

给出两道应用基尔霍夫电压定律（KVL）求解的典型例题，帮助学生掌握基尔霍夫电压定律（KVL）的简单应用。

2.8  课堂总结和思政引申点2

板书两类约束条件，通过电路的内部约束和外部约束类比自然人与社会人的内部约束和外部约束，教导学生要遵规守纪。总结结构约束和元件约束两类约束条件，引申到人类社会的内部约束和外部约束。

2.9  课堂练习3

给出3～4道复杂电路的练习题，让学生运用基尔霍夫电流电压定律和电路元件性质进行求解。可以留一两分钟让学生思考，然后教师讲解四五分钟。引导学生总结利用基尔霍夫定律求解电路电压电流问题的方向和思路。通过雨课堂布置课堂练习题，让学生自己动手做练习。学练结合，学生透彻理解基尔霍夫定律并能够熟练使用其来求解电路。

3  思政元素

在基尔霍夫定律这部分教学内容中主要涉及的思政元素有两个：科学史中科学家基尔霍夫的介绍；电路中的内外部约束条件和人们所受到的内外部约束条件的类比。下面分别就这两个思政元素的引入加以说明。

3.1  科学家基尔霍夫

青年人思维活跃精力旺盛，容易接受新鲜实物，创造欲旺盛。大学时代如果能打好理论基础，保持对科学研究的浓厚兴趣，养成严谨认真的治学态度，未来很可能在科学研究中实现创新性的突破。德国物理学家古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫就是其中的杰出代表。1845年，21岁的基尔霍夫刚从德国哥尼斯堡大学毕业，就发表了第一篇学术论文，提出著名的基尔霍夫电流电压定律，解决了复杂电路分析方面的难题。其后，他在物理热学、光学及化学等方面作出重要贡献。通过介绍基尔霍夫的生平，可以鼓励学生勤于思考，积极钻研问题，努力攀登科学高峰。基尔霍夫能够提出基尔霍夫电流电压定律，是他积极追寻科学理论，认真严谨进行科学归纳推导的结果，他本人也因这个成就被称为“电路求解大师”。通过基尔霍夫的科学研究经历，可以看到科学研究并不是遥不可及的，掌握正确的学习方法，培养积极探索的科学态度，有助于挖掘科学创造的潜能。

在课程教学中加入科学家的科学研究经历介绍，简单介绍科学史的发展，可以帮助学生对科学研究产生兴趣，引导学生积极进取，掌握正确的思维方法和学习方法，培养对科学执着追求和及时总结的习惯，形成科学的世界观和方法论。

3.2  两类约束条件

通过学习电路理论，知道电路要遵循两个规律，即电路元件满足的伏安关系和电路网络结构满足的基尔霍夫电流电压定律，这是电路的内部元件约束和外部结构约束。内部约束和外部约束两类条件必须同时满足。同样，人有两个属性，即自然人和社会人，自然人会受到自我需求的内部约束，而社会人会受到社会要求的外部约束。人类社会的内部约束和外部约束两类条件也必须同时满足，个人行为既要满足个人发展需要，又要满足社会发展需要[3]。

人们在从事社会活动中必须遵从道德规范和职业规范。学生要遵守学校的各项规章制度，这样才能营造出良好有序、积极向上的校园氛围。可以结合新冠肺炎疫情防控来谈约束的必要性。疫情防控期间，个人行为既要符合自身特点，也要满足社会整体防疫要求，内部和外部两类约束条件缺一不可。人生中有多少付出就有多少回报，生活中的平衡无处不在。就像基尔霍夫定律，流入电流之和等于流出电流之和，电压升之和等于电压降之和。

4  结束语

基尔霍夫电流电压定律是电路分析的基本定律，是学生进一步学习复杂直流电路乃至交流电路的关键。教师在专业课程教学过程中寻找基尔霍夫电流电压定律蕴含的思政育人元素，在进行专业知识教学的同时进行思政教育，把知识传授和学生的生活实际相结合，有助于深入浅出地把定律的内容讲透彻，帮助学生熟练掌握该定律。科学家的介绍也让学生对知识更感兴趣，有效消除学习上的畏难情绪，学习更加主动和得心应手。利用课堂合理地引导学生热爱科学，进而热爱专业，树立正确的价值观，是一种非常有效的方式。但是需要注意的是，思政元素的引入不宜过多，引入方式不能太生硬，顺势而为，点到即止。总之，相关思政元素的点在教学过程中可用几句话提点一下，讲解的重点还是要放在具体教学内容上，不可偏离教学的主题。

参考文献

[1] 习近平.习近平谈治国理政（第二卷）[M].北京：外文出版社，2017.

[2] 効迎春，王国伟，宿忠娥，等.电路课程思政教学改革与实践探索[J].中国教育技术装备，2019（10）：82-84．

[3] 冉慧娟，谢庆，葛玉敏.新冠肺炎疫情下电路课程思政案例构建及教学实践初探[J].教育观察，2020，9（9）：119-121.

*项目来源：2020年北京高等教育“本科教学改革创新项目”（173）；2020年度电子信息类专业教指委教学改革研究项目（2020-YB-09）；2020年北京工商大学教育教学改革研究立项项目（jg205105）；人才培养质量建设—北京高校优质本科教材课件建设—电工电子技术基本教程（19008021070）。

作者：陈媛媛，北京工商大学人工智能学院，副教授，主要从事半导体光电子技术研究（100048）。