《电工学(少学时)》第四版是在普通高等教育“十一五”国家级规划教材《电工学(少学时)》第三版的基础上修订而成。内容符合教育部高等学校电工电子基础课程教学指导分委员会制定的“电工学”课程教学基本内容的要求。
全书分为上、中、下三篇。上篇为电工技术,包括电路分析基础、正弦交流电路、三相交流电路,以及电器、电动机及电气控制;中篇为电子技术,包括半导体二极管及其应用电路、晶体管及其交流放大电路、晶闸管及其应用电路、集成运算放大器及其应用电路,以及数字电路;下篇为电系统,包括电力系统、测控系统实例和通信系统。
《电工学(少学时 第4版)》将主要章节的知识结构框图和电子讲义,以及易于学生自检学习成效的自测题解答视频制作成二维码,扫描后可观看。
《电工学(少学时 第4版)》是上海市精品课程“电工学”的主讲教材,适用学时数为40~56学时,可作为高等学校非电类专业少学时的电工学课程教材。全书内容深入浅出,便于自学,也可作为工程技术人员和一般读者的自学教材。
《电工学(少学时)》第3版自2007年出版以来已有12年了。近10多年来,我国高教界一直在探索工程教育的新途径,如实施卓越工程师培养计划,开展工程教育专业认证,推行CDIO工程教育等。在此背景下,2017年教育部启动了“新工科”研究和实践项目,新工科建设在我国高等工程教育界掀起了改革热潮。如何对《电工学(少学时)》第3版教材进行修订,以适应新工科的建设与发展对课程和教材的要求是我们近年来一直在探索的课题。本书(第4版)主要在体系结构、教学内容、学习目标、应用实例、自测题以及新形态教材模式等方面进行了改进、补充和完善。
1.在电工技术、电子技术和电系统三位一体的整体框架中,构建器件一电路一系统的体系结构。电工学课程对于非电类学生,重在掌握电气工程学的基本原理和方法,并建立系统概念。因而本书保持电工技术(上篇)、电子技术(中篇)和电系统(下篇)的整体框架,以“电工技术”和“电子技术”为两条主线,从器件功能到电路分析逐步展开;以“电系统”为汇聚点展现强、弱电技术的工程应用领域,三者的有机结合形成电工学课程的整体架构。这种由简单到复杂、由局部到整体的体系结构,适合学生在少学时的电工学课程中掌握从技术基础到实际系统概念的知识体系。“电工技术”和“电子技术”的教学重在使学生掌握电气、电子学科的基础知识和基本方法,同时注重培养学生的分析能力和科学思维能力;而“电系统“作为学生了解电工、电子技术在工程领域应用的窗口,则重在讲授基本原理过程中适当引导学生从整体上建立系统概念、提高实际应用能力。例如,讲完三相电路后可引入电力系统的概述;讲到差分输入运放电路可引入其在温度测量系统中的应用;讲到异步电动机的电磁转矩特性时,可介绍其在变频调速系统中的应用等;学生们也可通过“电系统”的窗口,了解现代通信技术和通信系统体系,拓宽专业视野。
2.加强基础性,精选精编教材内容。对于少学时的电工学课程,面临着学时数少、内容多的矛盾,需要精炼教材内容,阐明最基本的基础理论和方法,注重学习过程中分析能力和应用能力的培养。在本书“电工技术”的基础理论中,增加了电路的功能以体现其能量处理属性和信号处理属性;明确给出了依据电压、电流参考方向计算电功率和电能(量)的意义,以及额定值的重要概念;从工程上模型化的近似观点,引出实际器件抽象为能用元件伏安特性方程表示的理想模型,进而将实际电路抽象为电路模型进行分析;为加强基本理论的理解和基本方法的掌握,在单相正弦交流电路分析中,增设一节阐述建立相量分析法的思想方法,以及应用相量法和相量图法的典型例题;在三相交流电路分析中,明确给出对称三相电路简化为单相电路的分析法及其应用示例;另外,将变压器、电动机、电气控制等3章内容进行精简,合并为“电器、电动机及电气控制”一章内容。在“电子技术”中,以“管”带“路”,重构模拟电路的体系结构;对放大电路中的反馈、晶闸管及其应用电路、运算放大器的传输特性等难理解的部分重要章节,充实相应的理论知识和课堂例题;增加数字电路中组合逻辑电路和时序逻辑电路的内容。此外,将“场效晶体管”作为附录归入“电系统”中作为测控系统实例的附录;将电力系统中的安全用电内容归入三相交流电路中阐述;在通信系统中增加与现代生活密切相关的“手机通信系统”内容。
3.增设学习目标和自测题,引导学生自主学习。依据教育部高等学校电工电子基础课程教学指导分委员会制定的“电工学”课程教学基本要求的基本内容,在“电工技术”和“电子技术”各章前增加“学习目标”的描述,使学生的“学”和教师的“教”有一个统一明确的要求,引导学生以学习目标为导向,充分发挥学生学习的主体作用,根据不同层次的学习目标进行学习。同时,针对各章学习目标在每章内容结尾增设“本章学习目标自测题”,自测题内容涵盖了本章学习目标的要求,并将自测题的解答制作成录屏文件,以新形态教材模式在本书中展现,即由每一道自测题的讲解视频生成的二维码印在自测题旁边,便于学生做完自测题后通过扫描二维码直接观看,核对自测结果,从而引导学生在课后以学习目标作为“路标”,自主测试完成自习、自检的学习过程,促进学习成效。
4.增设应用实例,理论联系实际,加强应用性。在“电工技术”和“电子技术”的每章最后一节,增加与本章概念和理论应用相关的“应用实例”,以加强理论与实际相结合,帮助学生了解如何将所学概念、方法和理论应用于实际系统中。新增应用实例中有许多与现代生活密切联系的实际应用,如手机触摸屏、照相机闪光灯电路、电吹风加热器、收音机、充电器、扩音机、故障报警器、数字钟、单向异步电动机在家用电器中的应用等;也有人体模型和用电安全的实例分析,与仪器相关的功率表、互感器、稳压电源、逆变器和压力传感器等内容。这些应用实例注重了理论与实际的紧密联系,涵盖面宽,能提高学生的学习兴趣和学以致用的能力,也能让学生了解电工技术和电子技术在不同领域中应用的概貌。“应用实例”可作为学生课后的自学内容,以进一步加强学生自主学习的主动性。
本教材是上海市精品课程“电工学”的主讲教材,参考授课学时数为40~ 56学时。为兼顾不同高校的少学时“电工学”课程教学中对知识点的不同需求,书中对加深加宽内容标以“木”号,可作为教材的选讲内容或自学内容。各章学时数分配如下(仅供参考):
第1章 电路分析基础(4~6学时)
第2章 正弦交流电路(6~8学时)
第3章 三相交流电路(2~4学时)
第4章 电器、电动机及电气控制(6~8学时)
第5章 半导体二极管及其应用电路(2~4学时)
第6章 晶体管及其交流放大电路(6~8学时)
第7章 晶闸管及其应用电路(2~4学时)
第8章 集成运算放大器及其应用电路(4~6学时)
第9章 数字电路(6~8学时)
*第10章 电力系统(选讲)
*第11章 测控系统实例(自学)
*第12章 通信系统(自学)
本书(第4版)是在吴雪主持下,编者们一起研讨、改编、修订完成的,并认真听取和采纳了张南教授的意见和建议。各章修订编写以及配套的多媒体素材编制者为:吴雪,第1、2、3、10、11、12章;张雪芹,第7、8章;宋继荣,第5、6章;李振坡,第4章;张胜辉,第9章。全书由吴雪统稿;张南、吴雪任主编;张雪芹、宋继荣任副主编。
本书由天津大学王萍教授审阅,作为本书主编之一吴雪的好友和曾经的同事,她一直关注着本教材的编写和进展,在与她的交流和讨论中获益良多,在此向她表示由衷的感谢!
本书第1版、第2版和第3版由张南教授主编,陈维槎、张万顺、董建华、高言、吴雪等教师先后参与了编写。他们的工作为本书奠定了坚实的基础。在此特代表第4版编者向张南等老一辈教师们为教材奉献大量时间、心血、精力和给予编者们的信任与支持表示衷心的感谢和崇高的敬意!