◇貴州師范大學機械與電氣工程學院 張 歡 王春梅

正弦交流電路是中職院校電氣專業(yè)的一個重要內容。本文從教材的總體結構、教學目標、知識內容三個方面對《電工與電子基礎》這門課程的第二章內容“正弦交流電路”進行了分析，并通過教材分析提出了使用該教材的兩點建議：講授法、實驗法及討論法相結合；突出重點，突破難點，以求能更好地把握教材的內容，提高教學效率。

1 引言

學生學習理論知識要通過教材獲得，教師的教學工作也需要依靠教材來進行，可見教材是很重要的教學工具。在編寫教材時，難免會出現(xiàn)不妥和錯誤的地方，但是這些不合理的安排對于學生的認知結構來說，是很難被理解的，當他們學習教材時，思維有可能會出現(xiàn)混亂，對知識的理解會受到限制，并對這門課程產(chǎn)生困惑和厭棄，從而使教學效果受到影響。因此，在上課之前，教師對教材進行分析是非常必要的。

對于教師來說，教材分析是一項基礎的工作，在每次上課前，做好教材分析是最基本的。通過對教材進行分析，教師可以深刻地理解教材的內容、厘清教材的結構、設計好教學的過程與方法，從而使教學進行得順暢，使學生能輕松愉悅地獲得書本知識，并能促進學生對這門課程產(chǎn)生興趣，這對上好一堂課有著重要的作用。

《電工與電子基礎》是電氣專業(yè)的基礎課程，對于電氣專業(yè)的學生來說是很重要的，基本是要完全掌握的，學好這門課程會為他們后續(xù)的學習打下基礎，所以對這門課程進行教材分析是很有必要的。本文以《電工與電子基礎》這門課程的第二章內容“正弦交流電路”為例，從教材的總體結構、教學目標、知識內容三個方面出發(fā)，對教材進行了分析。下面，圍繞這部分教材分析做了展開。

2 教材總體結構分析

2.1 地位與作用

正弦交流電路是《電工與電子基礎》第二章的內容，主要是討論在正弦交流電的激勵下，電路產(chǎn)生的響應。本章引入了相量法，通過相量法對電路各元件的伏安特性、功率及能量轉換關系進行了分析、計算。本章的內容和分析方法是《電工與電子基礎》這門課程的重要部分，與后繼內容的三相正弦交流電路、電路的暫態(tài)分析、鐵心線圈電路與變壓器、異步電動機及其控制等聯(lián)系密切，是分析變壓器、交流電動機及電子線路的重要基礎。在學習正弦交流電路之前，學生剛結束“直流電路”的學習，應該熟悉了電路的基本概念，也掌握了電路的基本物理量、電路的工作狀態(tài)、電阻的聯(lián)接方式及其轉換，并且對歐姆定律、基爾霍夫電流定律、基爾霍夫電壓定律這三個電路分析的主要定律也有了一定的掌握，而這些內容既能適用于直流電路，也能適用于交流電路，可見正弦交流電路把前面和后面章節(jié)的知識內容都聯(lián)系和銜接起來了，并且為后面的內容做鋪墊。

2.2 編寫意圖

《電工與電子基礎》第二章“正弦交流電路”的編排如下，內容由八個小節(jié)組成，大體上分為四個部分，第一部分介紹正弦交流電壓與電流的一些基本概念和性質；第二部分分別介紹電阻、電感、電容的基本概念，并分析計算它們各自的交流電路；第三部分再分別對RL串聯(lián)交流電路、RC串聯(lián)交流電路、RLC交流電路進行介紹，分析計算它們的伏安特性和功率；第四部分是對功率因素的提高進行介紹。本章后面還安排了復習思考題。編排順序如圖1。

圖1

這樣編寫能讓學生清晰地分辨電路各元件的相關概念，能分析計算電路各元件的伏安特性、功率及能量轉換關系，能更好的理解各元件的交流電路。在結構的安排上，各部分內容循序漸進，前面的內容是后面的內容的基礎，后面的內容是前面的內容的升華；在內容的設計上，每個知識點都是由簡到難，有序而貫通，沒有超綱的內容，但也不是簡單地閱讀理解，需要學生付出一定的努力才能掌握；在教材的整體框架上，又注重各個知識點的橫向聯(lián)系，使它們能綜合起來形成一個整體，讓學生學到完整的知識結構。

3 教學目標分析

3.1 知識與技能

理解正弦交流電的概念，掌握正弦交流電的三要素、相位差及有效值，學會畫出相量圖；理解并掌握電阻、電感、電容元件的性質及其伏安關系，能夠運用相量法計算純電阻、純電感、純電容電路的瞬時功率、有功功率及無功功率；掌握RL、RC串聯(lián)電路伏安特性的分析方法，能夠運用相量法計算RL、RC串聯(lián)電路的瞬時功率、有功功率、無功功率及視在功率；理解RLC串聯(lián)、并聯(lián)諧振的條件和特征，理解串聯(lián)諧振為什么稱電壓諧振、并聯(lián)諧振為什么稱電流諧振，掌握品質因素的概念和計算公式，并能運用相量法對RLC串聯(lián)、并聯(lián)諧振電路的功率進行分析計算；了解功率因素低產(chǎn)生的不利影響，掌握提高功率因素的措施，掌握用相量圖法來分析功率因素補償?shù)脑砑把a償所用電容量的計算方法。

3.2 過程與方法

掌握通過三角函數(shù)和波形圖能知道正弦量特點的方法；掌握相量式法和相量圖法兩種分析方法；掌握畫相量圖的方法；學會電路各元件伏安特性、功率及能量轉換關系的分析、計算方法；掌握提高功率因素的措施方法。

3.3 情感態(tài)度價值觀

通過做實驗，把理論的知識用到了實際生活中，學生的學習興趣得到了提高，動手能力得到了增強，對待實驗過程與實驗數(shù)據(jù)的態(tài)度也越來越科學嚴謹；通過小組合作學習模式，學生的獨立思考能力和交流合作能力得到了提升；通過分析計算電路各元件的伏安特性、功率及能量轉換關系，學生的思維和計算能力得到了提升。

4 教材內容分析

4.1 知識點分析

（1）正弦交流電壓與電流。

教材首先介紹了正弦交流電的概念，通過對正弦交流電的波形圖及對應的數(shù)學表達式進行分析，讓學生對正弦交流電有初步的認識。其次介紹電路分析中通用的正弦量是電流、電壓、電動勢，然后對它們的一般表達式進行分析，為正弦量的最大值或幅值，為角頻率為初相位，指出這三個量就是正弦量的三要素，是非常重要的知識點；之后向學生講解周期、頻率、角頻率、瞬時值、幅值、有效值、相位、初相位、相位差的概念及它們的相關關系，如等，其中著重對有效值進行了講解。最后是介紹正弦交流電的相量表示法，通過分析正弦量與相量的關系，引出了相量圖法，并對這種方法進行了分析講解，強調這是交流電路分析中的重要方法；小節(jié)后面還列舉了三個解答題，每一題都有畫出其相量圖的問題。

（2）電阻元件的交流電路。

教材先是對電阻的概念進行介紹，并列出電阻的相關公式，即電阻的電功率、電能。其次分析了電阻元件的伏安關系，得到了這些結論：第一，電壓與電流的頻率相同；第二，電壓與電流的相位相同；第三，電壓、電流有效值與最大值都符合OL。最后對純電阻電路的功率進行了講解，分別分析了瞬時功率和有功功率（平均功率），下面是它們的公式：

（3）電感元件的交流電路。

教材先對電感的定義和性質進行了敘述、分析，得出電感中存儲的磁場能量。其次分析了電感元件的伏安關系，得到了這些結論：第一，電壓與電流的頻率相同；第二，電壓在相位上超前電流；第三，電感電壓和電流的最大值（或有效值）之間的關系是。最后對純電感電路的功率進行了講解，分別分析了瞬時功率p、有功功率（平均功率）PL和無功功率Q，下面是它們的公式：

（4）電容元件的交流電路。

教材首先敘述和分析了電容的定義和性質，推出電容中存儲的電場能量。其次對電容元件的伏安關系進行了分析，得到了這些結論：第一，電容元件的端電壓與電流的頻率相同；第二，電容元件中電流在相位上超前電壓；第三，電容元件端電壓和其中電流的最大值（或有效值）之間的關系是。最后對純電容電路的功率進行了講解，分別分析了瞬時功率p、有功功率（平均功率）PC和 無功功率Q，下面是它們的公式：

（5）RL串聯(lián)的交流電路。

這一小節(jié)首先對RL串聯(lián)的伏安特性進行講解，主要從瞬時值關系、相量關系、RL電路的復阻抗這三個方面來分析。之后就是對RL串聯(lián)電路的功率進行分析計算，下面是瞬時功率p、有功功率（平均功率）P、無功功率Q以及視在功率S的公式：

并且教材還分析了有功功率、無功功率以及視在功率的關系，即

（6）RC串聯(lián)的交流電路。

這一小節(jié)首先也是對RC串聯(lián)的伏安特性進行講解，主要從瞬時值、相量關系、RC串聯(lián)電路的復阻抗這三個方面來分析。之后就是對RC串聯(lián)電路的功率進行分析計算，下面是瞬時功率P、有功功率（平均功率）P及無功功率Q的公式：

RC串聯(lián)電路的有功功率、無功功率以及視在功率也存在這樣的關系：

（7）RLC交流電路。

這一小節(jié)主要是講解RLC串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路，首先是串聯(lián)諧振，教材分析了串聯(lián)諧振的條件，并得到了滿足電路諧振的條件是電路的固有頻率等于外加電源（或信號源）的頻率，然后對電路發(fā)生串聯(lián)諧振時的特征做了描述與分析，其中重點講解了品質因數(shù)Q的定義。之后就是對并聯(lián)諧振進行介紹，與串聯(lián)諧振一樣，也對并聯(lián)諧振的條件與特征進行了分析。

（8）功率因素的提高。

最后一節(jié)開頭教材敘述了功率因素低帶來的壞處，并由此建議提高功率因素。通過分析得到了兩種方法，一是電容補償法，二是采用同步電動機來提高。由于補償法有簡單、易行、損耗小等特點，教材還用相量圖法對功率因素補償?shù)脑砑把a償所用電容量的計算方法進行了分析。

（9）復習思考題。

本章最后設計了21道思考題，這些例題都是對前面八節(jié)內容的復習，難度系數(shù)從易到難，以求讓學生通過自己思考計算，把所學知識牢固的掌握在頭腦中。

4.2 重難點分析

通過對正弦交流電路的知識點分析，可以發(fā)現(xiàn)正弦量的三要素、有效值、相位差、相量圖法及各電路元件的功率占量較大，知識點細，在整個章節(jié)都有貫穿，是本章節(jié)的重點知識，因此教師在教學時應該重點講解，使每個學生都能理解和掌握這些知識點。本章的難點則是利用相量法來分析計算各電路元件的伏安特性及功率，里面包含了很多復雜的公式和分析運算過程，難度較大，在教材中的占比也較大，因此，在教學時，需要教師和學生多花一些精力在這上面。

5 使用教材的建議

（1）講授法、實驗法及討論法相結合。由于本章內容知識點比較多且有一定的難度，教師在教學時可以采用講授法使全班學生都能收獲知識，在對各電路元件的交流電路進行教學時，盡可能的采用實驗法和討論法，使理論知識與實踐相結合，再加上同學間的共同討論，能夠加深學生的理解。

（2）突出重點，突破難點。由于本章的重點是正弦量的三要素、有效值、相位差、相量圖法及各電路元件的功率，所以教學時教師應對這些知識點進行反復強調，重點講解，盡可能保證所有學生都能學會。對于用相量法來分析計算各電路元件的伏安特性及功率等難點，教師在設計教學時要多花一些精力，盡量把步驟進行細化，讓學生能夠突破難點，并且多關注所有學生的學習動態(tài)，適當?shù)匕殉^學生認知結構的內容刪減。

6 結束語

通過對正弦交流電路進行教材分析，可知教材的安排是科學合理的，在結構上、內容編排上由淺入深又相互貫通，符合學生的認知結構，并且里面包含的理論性也是較為豐富，對學生的理論學習有很大的提高。但其中的一些知識難度偏高，對于基礎較低或者沒有基礎的同學來說會難以理解和吸收，所以建議教材應該細化步驟，對難點知識多加敘述，必要的情況下對一些內容進行適當?shù)膭h減。