基于行動(dòng)導(dǎo)向理念的三相交流電路實(shí)驗(yàn)法教學(xué)設(shè)計(jì)

【摘要】本文針對(duì)三相交流電路這一教學(xué)內(nèi)容，闡述了教學(xué)思路，明確了能力目標(biāo)、知識(shí)目標(biāo)，梳理了教學(xué)方式、手段及步驟，應(yīng)用行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)理念，設(shè)計(jì)了有序、遞進(jìn)的實(shí)驗(yàn)法教學(xué)。

【關(guān)鍵詞】行動(dòng)導(dǎo)向；三相交流電路；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

1.引言

電路分析基礎(chǔ)是電類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)電路分析基礎(chǔ)課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。選擇何種實(shí)驗(yàn)手段以適應(yīng)教學(xué)條件，怎樣設(shè)計(jì)教學(xué)使實(shí)驗(yàn)效果從簡(jiǎn)單驗(yàn)證拓展到電路探究，怎樣通過(guò)實(shí)驗(yàn)既鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力更培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。這些都值得教師深入思考和付諸實(shí)施。

2.三相交流電路教學(xué)思路

三相電路是電力系統(tǒng)主要的供電方式，三相電路也是是電路分析課程中引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)交流應(yīng)用電路的關(guān)鍵章節(jié)。以往的教學(xué)先講理論，再做實(shí)驗(yàn)，而學(xué)生往往在做完實(shí)驗(yàn)之后仍然沒(méi)弄懂電路的工作，也不理解實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果，動(dòng)手是盲從。調(diào)整教學(xué)思路，以行動(dòng)為先導(dǎo)，以實(shí)踐為中心，理論與實(shí)驗(yàn)穿插，真實(shí)實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)合，驗(yàn)證與探究遞進(jìn)。

3.三相交流電路教學(xué)設(shè)計(jì)

三相電路教學(xué)中，針對(duì)不同聯(lián)接方式的負(fù)載，重點(diǎn)內(nèi)容和目標(biāo)及教學(xué)手段設(shè)計(jì)如下。

3.1 對(duì)稱三相電路

知識(shí)目標(biāo)：

（1）五種三相電源系統(tǒng)電路；

（2）對(duì)稱三相電路的相、線電壓與電流的大小和相位關(guān)系；

（3）三相電路的各功率關(guān)系。

能力目標(biāo)：

（1）能識(shí)別、選擇、連接符合要求的三相電路；

（2）能對(duì)三相電進(jìn)行基本測(cè)量；

（3）能用Multisim對(duì)不同聯(lián)接的三相電路進(jìn)行虛擬仿真測(cè)量和分析；

（4）能用相量圖法進(jìn)行分析，能對(duì)三相電路的電壓、電流、功率進(jìn)行一定的工程測(cè)量和計(jì)算。

理實(shí)一體的教學(xué)方式、手段及步驟：

（1）實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)三相電源，測(cè)量電源電壓；

（2）教師講解三相負(fù)載的連接，三相電源系統(tǒng)的種類及特點(diǎn)；

（3）學(xué)生搭建一典型三相供電系統(tǒng)—三相四線系統(tǒng)，測(cè)量相線電壓電流，理解各物理量含義和特點(diǎn)；

（4）仿真實(shí)驗(yàn)測(cè)量三相電源及三相負(fù)載各種連接情況下的相、線電壓電流值，分析比較大小和相位關(guān)系；

（5）教師指導(dǎo)下，學(xué)生分組討論數(shù)據(jù)，分析各電壓電流值的特點(diǎn)及關(guān)系；

（6）教師講授相量圖分析法，學(xué)生練習(xí)運(yùn)用；

（7）教師講解分析P、Q、S值的工程公式；

（8）學(xué)生仿真實(shí)驗(yàn)，測(cè)量功率；

（9）討論總結(jié)。

3.2 不對(duì)稱三相電路

能知目標(biāo)：

（1）了解不對(duì)稱三相電路的概念、特點(diǎn)；

（2）理解中線的作用；

（3）能正確連接和測(cè)量不對(duì)稱三相電路。

教學(xué)方式、手段及步驟：多媒體、仿真實(shí)驗(yàn)。

4.三相交流電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

教學(xué)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)緊密結(jié)合，考慮到三相電源高電壓大電流工作且負(fù)載不對(duì)稱易致?lián)p毀故障，為避免出現(xiàn)意外并提高實(shí)驗(yàn)效率部分實(shí)驗(yàn)采用仿真實(shí)驗(yàn)。

4.1 三相電源測(cè)量相、線電壓

使用交流電壓表分別測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的星型電源的三個(gè)相電壓和三個(gè)線電壓，直觀理解三相電源的對(duì)稱性和相線電壓的量值關(guān)系。左圖1為電工實(shí)驗(yàn)臺(tái)的三相電，測(cè)量數(shù)據(jù)填入表格。

圖1 電工實(shí)驗(yàn)臺(tái)的三相電

圖2星型負(fù)載仿真測(cè)試電路

4.2 星型負(fù)載仿真實(shí)驗(yàn)

應(yīng)用multisim軟件創(chuàng)建測(cè)試電路如圖2所示。

接入虛擬示波器，測(cè)量UVW三相電壓波形，繪出波形圖，理解三相相位關(guān)系。

（1）三相對(duì)稱星形負(fù)載的電壓、電流測(cè)量

接入電壓表和電流表，J1打開，J2、J3閉合，測(cè)量對(duì)稱星形負(fù)載在三相四線制（有中性線）時(shí)各線電壓、相電壓、相（線）電流和中性線電流、中性點(diǎn)位移電壓。記入表1中。

打開開關(guān)J2，測(cè)量對(duì)稱星形負(fù)載在三相三線制（無(wú)中性線）時(shí)電壓、相電壓、相（線）電流、中性線電流和中性點(diǎn)位移電壓。

根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)分析三相對(duì)稱星形負(fù)載聯(lián)接時(shí)電壓、電流“線量”與“相量”的關(guān)系。

（2）三相不對(duì)稱星形負(fù)載的電壓、電流測(cè)量

接入電壓表和電流表，J1閉合，J2、J3閉合，測(cè)量不對(duì)稱星形負(fù)載在三相四線制（有中性線）時(shí)各線電壓、相電壓、相（線）電流和中性線電流、中性點(diǎn)位移電壓。

打開開關(guān)J2，測(cè)量不對(duì)稱星形負(fù)載在三相三線制（無(wú)中性線）時(shí)各線電壓、相電壓、相（線）電流、中性線電流和中性點(diǎn)位移電壓，記入表1中。

根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)分析，說(shuō)明三相負(fù)載不對(duì)稱時(shí)中性線的主要作用，由此得出為什么中性線不允許加裝熔斷器的原因。

（3）三相對(duì)稱星形負(fù)載故障探究

三相對(duì)稱星形負(fù)載，將U相斷路，即J3打開，J1打開、J2閉合，測(cè)量四線制時(shí)各線電壓、相電壓、相（線）電流和中性線電流、中性點(diǎn)位移電壓。

上述負(fù)載中，打開開關(guān)J2，測(cè)量三線制U相斷路時(shí)各線電壓、相電壓、相（線）電流和中性線電流、中性點(diǎn)位移電壓，記入表1中。

（4）三相電路功率測(cè)試

圖3 二瓦法測(cè)試聯(lián)接

接入功率表測(cè)出每相功率，計(jì)算出總功率。在B相接入電流表測(cè)出IB，計(jì)算總功率P總。參見圖3接法，建立二瓦法功率測(cè)試電路并驗(yàn)證總功率P=P1+P2。

（5）三角形型負(fù)載仿真實(shí)驗(yàn)

創(chuàng)建測(cè)試電路如圖4所示。

圖4 三角形型負(fù)載仿真實(shí)驗(yàn)電路

正確接入電壓表和電流表，分別測(cè)量J1閉合和打開兩種情況下，各線電壓、相電流、線電流，記錄。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析三相對(duì)稱負(fù)載三角形聯(lián)接時(shí)，線電流與相電流，相電壓與線電壓的關(guān)系。探究思考不對(duì)稱負(fù)載、一相斷路等情況在三角形聯(lián)接時(shí)對(duì)電路的影響。表2是三相三角形負(fù)載的電壓、電流。

5.效果及總結(jié)

在三相電路教學(xué)中實(shí)驗(yàn)貫穿全過(guò)程，應(yīng)用行動(dòng)導(dǎo)向，從淺到深、逐步分層驗(yàn)證關(guān)系、探究現(xiàn)象、研究規(guī)律。學(xué)生通過(guò)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、分組討論、計(jì)算總結(jié)，不僅加深了對(duì)三相電路理論的理解，而且學(xué)會(huì)了帶著問(wèn)題有目的地去操作，邊思考邊完成。相比大量的理論推導(dǎo)分析，實(shí)驗(yàn)引領(lǐng)、探究的教學(xué)方法極大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生積極動(dòng)手、踴躍交流，教學(xué)效果明顯提高。

參考文獻(xiàn)

[1]姜大源.職業(yè)教育的學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)論[J].中國(guó)職業(yè)技術(shù)教育，2007（1）.

[2]陳衛(wèi)兵，劉杰.《電路分析》課程的仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究[J].課程與教學(xué)，2008，06.

[3]賴華清.對(duì)加強(qiáng)高職院校實(shí)踐教學(xué)的思考[M].職教探索與研究，2006（3）.

[4]曲健.電路分析課堂教學(xué)模式的改進(jìn)與探討[J].高等教育研究，2008，09.

[5]高育奇.論高等職業(yè)技術(shù)教育學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)[J].教育與職業(yè)，2008（3）.

作者簡(jiǎn)介：王勤（1972—），女，蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：應(yīng)用電子。