《电路原理》教学大纲

第页《电路原理》教学大纲课程编号：13180304英文名称：CircuitTheory学分：4.5学时：总学时80学时，其中理论64学时，实践16学时课程类别：专业必修课程授课对象：自动化类学生教学单位：机械与电气工程学院修读学期：第2学期一、课程性质、任务和目标电路原理是自动化专业在电类课程方面入门性质的技术基础课，在整个专业的人才培养方案和课程体系中起着承前启后的重要作用。通过本课程的学习，使学生掌握电路的基本理论、分析计算电路的基本方法和进行实验的初步技能，并为后续课程准备必要的电路理论知识。本课程是为自动化专业一年级学生开设的专业必修课。本课程主要学习电路的基本定律和定理、电阻电路的等效变换方法、电阻电路的一般分析方法、一阶电路动态电路的分析方法、正弦稳态电路的分析方法和三相电路的分析方法等主要内容，培养学生分析和解决问题的能力。本课程拟达到的学习目标如下：课程目标1：掌握电路原理的基本概念、基本定理和分析方法，能在自动控制系统设计中正确解决信号电路的问题；课程目标2：能识别电子系统与控制系统中的主要电路，并能分析与计算其参数；课程目标3：使学生掌握常用电子仪器的使用方法和常见电子电路的调试方法，能采用正确的实验方法分析电路的功能和性能；课程目标4：能正确采集和整理电路的实验数据，对实验结果进行分析和解释，获取有效结论；课程目标5：能使用现代技术和工程工具对复杂工程问题中的电路进行预测与模拟，并分析其性能。二、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点课程目标权重对应关系1.2理解电路、电子技术、信号获取等工程基础知识，能用于解决工程问题中的信号电路问题。课程目标11M2.2能识别电路与电子系统、控制系统的主要环节和参数。课程目标21M4.1能采用正确的实验方法分析电路与电子、自动化工程项目的功能、性能和控制参数。课程目标31H4.4能正确采集和整理实验数据，对实验结果进行分析和解释，获取有效结论。课程目标41H5.3能使用现代技术和工程工具对自动化工程领域复杂工程问题进行预测与模拟，并理解其局限性。课程目标51L（H—高，M—中，L—低）三、教学内容、基本要求及学时分配序号教学内容基本要求学时教学方式对应课程目标1电路模型和电路定律:结合项目案例讨论等形式，讨论电路原理课程的学习目标、学习方法，介绍课程的教学形式、授课计划、考核方式及其它有关要求；学习电路与电路模型，电流、电压、电功率和能量等电路物理量，电阻、电容、电感等电路元件，电压源、电流源和受控源；重点讨论与分析欧姆定律与基尔霍夫定律掌握电路模型的概念、欧姆定律与基尔霍夫定律，熟悉受控源的构成和种类，了解电路模型、集总参数电路的概念，能用基尔霍夫定律分析常见的基本电路。理解为什么要学习运算放大器，掌握基本线性运放电路的输入输出之间的关系，能分析与设计常见的运放电路。4集中讲授1,22电阻电路的等效变换学习等效电路的概念和求法，电阻的串联、并联、串并联的定义及其等效，串联电阻的分压公式和并联电阻的分流公式，实际电源的两种模型及其相互之间的等效变换；电阻Y型连接和Δ型连接的定义及其相互之间的等效变换，电压源、电流源串联和并联，输入电阻的概念及其计算理解电路的等效变换概念，研究电阻的Y形连接和Δ形连接的等效变换，能分析与计算电路的输入电阻。4集中讲授1,23电阻电路的一般分析学习列出KCL和KVL的独立方程，使用网孔电流法、回路电流法和结点电压法分析电阻电路，了解并应用支路法分析与计算电阻电路理解与掌握支路电流法、网孔电流法、回路电流法和结点电压法分析电阻电路的一般方法，研究以上四种方法的优缺点。能针对不同的电阻电路选择适当的分析方法。能列出结点电压方程和网孔电流的标准方程并使用Matlab软件计算结果，能借助PSpice等电子电路仿真软件分析电阻电路8集中讲授1,2,3,4,54电路定理学习叠加定理、齐性定理、戴维南定理、诺顿定理、替代定理和最大功率传输定理的概念和使用理解叠加定理、戴维南定理、诺顿定理、替代定理和最大功率传输定理的含义，能分析与计算电阻电路的开路电压、短路电流和等效电阻等参数，能借助PSpice等电子电路仿真软件分析与巩固戴维宁定理、诺顿定理、最大功率传输定理的应用6集中讲授1,2,3,4,55电路的时域分析学习储能元件，动态电路的方程及其初始条件，一阶电路的零输入响应和零状态响应，一阶电路全响应及三要素法，一阶电路的阶跃响应，一阶电路的冲激响应。了解二阶电路的时域分析理解一阶电路初始值、稳态值和时间常数等三要素的计算，能使用三要素法分析一阶电路，研究阶跃响应和冲激响应之间的关系，能借助PSpice等电子电路仿真软件对暂态电路进行时域分析8集中讲授1,2,3,4,56相量法学习复数与复数的运算，正弦量和相量的概念，电路定理的相量形式，电阻、电感与电容的相量形式以及电压与电流之间的相位差理解在正弦信号源作用下电阻、电感与电容的相量形式，研究以上三种元件电压与电流之间的相位差，能使用相量法分析正弦电路4集中讲授1,27正弦稳态电路的分析学习阻抗与导纳的概念及其串并联计算，使用相量法分析线性正弦电路的方法，正弦电流电路的功率及其计算；了解最大功率的传输问题以及电路的谐振现象理解阻抗与导纳之间的关系与转换；能使用相量法分析正弦稳态电路并计算正弦稳态电路的有功功率、无功功率和视在功率；研究提高正弦稳态电路有功功率的方法与途径，研究无功补偿和实现最大功率传输的方法10集中讲授1,2,3,4,58含有耦合电感的电路学习耦合电感中的磁耦合现象、互感和耦合因数、耦合电感的同名端和耦合电感的磁通链方程、电压电流关系，学习含有耦合电感电路的分析计算，了解空心变压器、理想变压器的基本概念理解耦合电感电路中的互感现象、耦合电感的同名端的概念，研究含有耦合电感电路的去耦及计算5集中讲授1,29电路的频率响应学习RLC串联电路发生谐振的原因与特点，RLC并联电路发生谐振原因与特点理解RLC串联电路和并联电路发生谐振的工作原理，能计算谐振电路的品质因素，研究串联谐振与并联谐振的应用，能借助PSpice等电子电路仿真软件对谐振电路进行频域分析3集中讲授1,2,3,4,510三相电路学习三相电源和三相电路的概念与组成，三相电路Δ与Y连接方式，三相对称电路的线电压/相电压、线电流/相电流的概念及之间的关系，三相对称电路的有功功率计算，不对称三相电路的分析方法理解三相电路Δ或Y连接下线电压/相电压、线电流/相电流之间的大小关系与相位差，能计算三相电路的有功功率和无功功率，研究不对称三相电路的分析与计算6集中讲授1,2,3,4,511拉普拉斯变换学习拉普拉斯变换的定义，拉普拉斯变换与电路分析有关的基本性质，KCL和KVL的运算形式，运算阻抗，运算导纳及运算电路，用拉普拉斯变换法分析线性电路的方法理解应用拉普拉斯变换法分析线性电路的目的，研究应用拉普拉斯变换法分析线性电路的方法2集中讲授1,212综合项目分析与设计与课程总结组建学习团队并利用已学电路原理的知识设计一个综合性项目并仿真调试完成、现场汇报并组织课堂讨论4集中讲授讨论1,2,3,4,5合计48四、课程教学方法1.总体设计基于精在线开放课程的教学平台和智慧教学工具，采用“项目驱动、阶段测试、线上线下、多元评价”的课程教学模式，把传统的理论教学与实际应用相结合，将电路实际应用与团队项目设计贯穿于整个教学过程中，变抽象的电路变为形象的仿真，通过师生互动完成教学任务。采用探究式的教学模式，分析学生设计过程产生的错误，激发学生的学习兴趣，增强对所学知识的理解和掌握。课堂教学方法：讲授、讨论、翻转课堂。实验教学方法：自主练习、个别答疑、集中指导。课外学习方法：学习精品在线开放课程网站上的课程微视频，学生自主学习和团队合作学习相结合，课外完成项目设计。2.课堂教学课堂讲授：在课前在线预习的基础上，按知识模块，通过案例以演示和归纳主要知识点的应用，通过问题引导学生学习和讨论，不断强化学生对知识的理解。在讲授、讨论中，通过“PBL”教学方式，引导学生掌握电子电路的理论分析、软件仿真与硬件调试的基本方法，使学生在体验对电路的分析与计算的过程中，实现对知识点的掌握。重点支持毕业要求指标点：1.2,2.2，5.3。课内讨论：围绕预习内容、讲授案例、课后作业、阶段测试、研究项目汇报，引导学生进行对知识点的学习、巩固和掌握。重点支持毕业要求指标点：2.2，5.3。3.实验教学在课外学习和作业实施的基础上，通过集中实验，理解有关知识点，掌握电子电路的常用分析和设计方法。重点支持毕业要求指标点：1.2，2.2，4.1，4.4。4.课外学习课前预习：要求学生在课前按预习计划完成自主学习内容，即自学教材相关章节，观看课程网站上教学视频。重点支持毕业要求指标点：1.2。课后作业：要求学生按时完成课后纸质作业，网络平台上的在线练习与测试，完成团队研究项目，准备阶段测试内容。重点支持毕业要求指标点：1.2。项目设计：要求学生按阶段完成3个项目设计，没有经过课堂讨论的项目，需要集中进行现场检查，要求每个人进行现场演示和汇报。重点支持毕业要求指标点：1.2,2.2,4.1，4.4，5.3。五、课内外教学环节及基本要求1.课内外教学环节（1）本课程课内总学时为64学时。（2）采用课堂教学（课堂讲授和讨论）、课内实验、课外学习和项目设计三个环节。（3）课堂讲授和讨论共64学时，课内实验16学时，课外学习和实践为80课时。课内外教学环节的总体安排见表4-1。

表4-1课内外教学环节安排表序号教学内容课内教学环节及其学时课外教学环节及其学时教学目标讲授讨论实验小计视频教学实践小计1电路模型和电路定律4261121,22电阻电路的等效变换3142351,23电阻电路的一般分析624121341,2,3,4,54电路定理426410141,2,3,4,55电路的时域分析622101341,2,3,4,56相量法442681,27正弦稳态电路的分析824142571,2,3,4,58含有耦合电感的电路552571,29电路的频率响应331341,2,3,4,510三相电路514101451,2,3,4,511拉普拉斯变换22134112综合项目分析与设计与课程总结224881,2,5合计521216801854722.课内实验实践环节本课程课内实验或实践环节共16课时，采用集中辅导形式。课内实验或实践环节的总体安排见表4-2。表4-2课内实验或实践环节教学安排序号教学内容教学要求教学目标实验类别课内学时备注1电路元件的伏安特性学习直流仪表设备使用方法；研究电阻元件和直流电源的伏安特性及其测定方法，测定理想电流源的伏安特性、理想电压源的伏安特性实际电源的伏安特性测定线性电阻的伏安特性。1,2,3,4,5验证2必修2受控源的实验研究（综合实验）理解用运算放大器组成四种类型受控源的工作原理；测试受控源转移特性和负载特性。测量受控源VCVS的转移特性U2=f（U1）及负载特性U2=f（IL），受控源VCCS的转移特性IL=f（U1）及负载特性IL=f（U2），受控源CCVS的转移特性U2=f（US）及负载特性U2=f（IL），受控源CCVS的转移特性IL=f（IS）及负载特性IL=f（U2）。1,2,3,4,5综合4必修3RC一阶电路的响应测试学习一阶电路时间常数的测定方法，进一步学会用示波器测绘图形，理解有关微分电路和积分电路的概念，测定RC一阶电路的零输入响应、零状态响应及全响应。当改变参数时，观察过渡过程的波形变化情况。1,2,3,4,5验证2必修4交流电路参数的测量学习用电流表、电压表和功率表测定交流电路中未知阻抗元件参数的办法；学习用三电表法测量未知阻抗元件参数的办法；掌握功率表使用方法。测量日光灯的I、U和P，计算R、X和L；测电容和电阻的阻抗，计算R、C值。1,2,3,4,5验证4必修5三相电路的研究（强电）研究三相负载作星形联接时（或作三角形联接时），在对称和不对称情况下线电压与相电压（或线电流和相电流）的关系；比较三相供电方式中三线制和四线制的特点，进一步提高分析，判断和查找故障的能力。测量星型连接各电压和电流的值；测量三角形连接各电压和电流的值。1,2,3,4,5验证4必修小计163.课外学习与实践预习与自学：课前预习和自学的重点是教学微视频、教材，初步理解学习内容。复习与练习：课后复习主要是教材习题的练习和作业的布置，在练习和作业过程中，进一步学习教材和微视频的相关内容，真正理解和掌握相关知识点。作业与项目设计：课后作业必须按要求完成，3个项目设计必须按阶段完成。该环节对应的教学目标是：1、2、3、4、5。五、考核内容及方式1．考核方式考试（√）考查（）2．成绩记载百分制（√）五级分制（）3.考核原则强化实践——强化课内外实验突出平时——注重平时作业、在线作业与练习提前关联——提前与专业学习关联，提高学习的兴趣注重能力——重点考察电路分析与设计的能力4.成绩总评考核评价构成：平时成绩45%（包括：）、实验成绩15%和期末闭卷考试40%。5.考核方案（1）平时成绩45%平时成绩由课后作业、课内提问和讨论、线上学习、阶段测试成绩，团队研究项目、课堂纪律与考勤等考核环节组成。①平时纪律考核方案：主要考察到课率和课堂表现，学习态度，自主学习能力。旷课一次扣1分；不遵守课堂纪律，一次扣0.5分；扣完为止。②平时作业考核方案：平时作业建议占5%~15%左右，缺交一次扣1分。③课内提问和讨论考核方案：课内提问和讨论占5%~10%左右，采用自由发言与指定发言的形式，参与发言的表现与活跃度作为讨论课的评价依据。③研究项目考核方案：研究项目占5%~10%左右，建议安排1~3个项目，可分为必做和选做项目，其中选做项目选一个，项目类型及内容安排如表5-1所示。按项目要求完成电路的仿真设计与调试，并能正确演示。根据完成情况和回答问题情况予以记载，然后根据占比，按该项总得分×占比的方式计算得到各指标点的得分。表5-1项目类型及内容安排序号项目类型相应的知识点项目数备注1用结点电压法、网孔电流法及戴维宁定理分析电阻电路结点电压法、网孔电流法、戴维宁定理/诺顿定理1个必做2一阶全响应电路的设计与仿真一阶电路、三要素法、时域分析1个必做3功率因素的提高阻抗、有功功率、无功功率、功率因素1个选做4三相电路的分析对称三相电路、有功功率、线/相电压和电流、相位差1个选做=4\*GB3④阶段测试考核方案：阶段测试考试建议占5%~10%左右，总共安排1~2次平时考试，采用闭卷形式，题型为基础计算题、综合计算题与应用、工程实践题，主要考查对知识点的熟练应用能力。=5\*GB3⑤在线学习考核方案：在线学习建议占5%~20%左右，学习内容包括：观看课程教学微视、完成课程在线练习和测试题、在线期末考试、讨论区发帖等。（2）实验成绩15%平时成绩实验成绩占，共5个实验。总评时，根据总体表现给定优秀、良好、中等、及格、不及格，期末总评时最终折算成优秀（95分）、良好（85分）、中等（75分）、及格（65分），不及格（50分），并根据按该项总得分×占比10%的方式计算得到实验成绩。（3）期末闭卷40%期末考试采用闭卷形式，题型为基础计算题、综合计算与分析题、工程实践题，主要考查对知识点的熟练应用能力，其考核方案参见表5-1。期末考试卷面成绩不能低于50分，低于50分者，其课程总评成绩为不及格。

表5