基于電氣故障探究的電路理論教學法探究

摘要：通過典型的電氣故障案例形象具體地傳授電路理論知識，引導學生觀察發生在身邊的電氣故障現象，主動分析電氣故障的原因，并采用所學習的電路知識排查和修復電氣故障，嘗試將理論教學和實踐教學緊密結合。努力改變傳統的單向傳授型課堂教學模式，探索研討型電路理論課程教學模式，在課堂教學中，創造分析、探索、研討的教學環境和教學氛圍，引導學生主動學習、主動思考和主動實踐。

關鍵詞：電氣故障；電路理論；實踐；教學

作者簡介：周惠巍（1969-），女，吉林長春人，大連理工大學計算機學院，副教授；陳希有（1962-），男，黑龍江哈爾濱人，大連理工大學電氣工程學院，教授。（遼寧 大連 116024）

基金項目：本文系大連理工大學教學改革面上基金項目（項目編號：MS201204）的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）33-0108-02

電路理論課程是電氣、信通、電子、自動化等電氣信息大類專業必修的第一門專業基礎課，為大類專業課程提供后續理論支持，起著承前啟后的重要作用。在大類培養、精英教育的大背景下，在理論課學時壓縮、實驗課排課緊張的局面下，任課老師如何將電路理論知識高質量地傳授給學生，讓更多的學生“入門”電氣信息類專業領域，達到應用型和創新型人才培養的目標，已經成為電路課程改革中至關重要的問題。

一、電氣故障探究的重要性

當前電路理論課程包括理論教學和實驗教學兩部分，注重對學生電路分析能力的培養。但是由于課程內容廣泛、定理多、概念抽象，對于剛開始接觸專業課程的初學者來說，難免感覺枯燥、難學。同時，目前電路理論教學中，常常強調電路的分析技巧，而忽略了電路理論知識的應用背景。這種教學方法雖然能夠將知識抽象地傳授給學生，但是卻沒有將電路理論知識和其應用背景聯系起來，具有片面性，使得學生對于電路這門學科難以有全面的認識。同時，造成學生在做一般實驗，開展創新實驗和畢業設計等實踐性較強的學習活動中常常遇到困難，走上工作崗位也難以快速適應工作環境。這與目前倡導的主動學習、理論和實踐相結合的教學理念相矛盾，也不利于學生科學素質和創新能力的培養。

從電路理論的發展史來看，每一個理論的發現都離不開電學巨匠敏銳的洞察能力、卓越的分析能力，更離不開科學實驗的檢驗。因此，在電路理論課程的學習過程中，引導學生分析生活中的電學現象，并進一步與電路理論知識結合起來，對于電氣信息類工程人才和科學研究人才培養具有重要意義。生活中不可避免地遇到各種電氣故障，例如電壓跌落或升高、家電被燒毀、電飯鍋指示燈發亮但不煮飯或煮焦飯等等。將電氣故障的排查、分析、修復引入電路理論教學，使教學過程更加生動，鞏固電路理論知識，激發學生研究型學習的興趣。

二、基于電氣故障探究的電路理論教學方案實踐

選取體積不大、輕便、適合課堂演示的常見故障電器，如電飯鍋、電話機和電吹風等實物說明故障現象。本文以電飯鍋的常見故障為例，引導學生觀察發生在身邊的電氣故障現象，采用所學習的電路知識排查和修復電氣故障。努力改變傳統的單向傳授型課堂教學模式，探索研討型電路理論課程教學模式。

電飯鍋的電氣原理圖如圖1所示，電飯鍋具有煮飯、保溫、煮粥等功能。電飯鍋利用底部的電熱盤加熱煮飯，按下煮飯按鈕，限溫開關閉合，電熱絲通電加熱，煮飯指示燈亮。水沸騰后，鍋內溫度保持在100 ℃不變。直到飯煮熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高至感溫磁鋼的居里點溫度（103 ℃）時，感溫磁鋼失去鐵磁性，在彈簧作用下，斷開限溫開關，電熱絲斷電。同時，由于溫度高于70℃，雙金屬保溫開關也處于斷開狀態，電熱絲與保溫指示燈、限流電阻R2構成回路，由于限流電阻的存在，此時回路電流很小，電熱絲的功率也很小；又由于電熱絲的電阻遠小于限流電阻，雖然煮飯指示支路與發熱絲并聯，煮飯指示燈依舊不會發光。當溫度下降至70℃以下時，雙金屬保溫開關自動閉合，電熱絲又通電加熱，但是保溫金屬片大于電熱絲的電阻，所以維持保溫狀態。如此循環，使鍋內米始終保持在70℃上下，而煮粥時串接二極管進行半波整流，功率減小一半，防止溢鍋。

1.故障排查——從認識到實踐

指導學生拆開電飯鍋，認識其中的元器件，畫出電路圖，利用所學知識分析電飯鍋的工作原理。根據電飯鍋的工作原理，排查常見故障，鍛煉學生實踐能力，提升學習興趣，活躍教學氣氛。這是一個從理論到實踐的認識過程，可以輔助學生將所學的理想電路圖擴展到實際的電路接線，將書本上的理想電路元件符號擴展到實際的電路元器件，增進學生對電路理論知識的感性認識，使原本枯燥乏味的電路符號所表示的元器件生動形象地呈現在學生面前。還應將實際電路連線與故障現象聯系起來，如電飯鍋煮焦飯，從外部看，煮飯指示燈一直發亮；從內部電路分析，是加熱開關或保溫開關一直閉合，電熱絲長時間加熱，鍋溫長時間保持高溫（超過103 ℃）。

從理論到實踐的認識過程，為學生創造了主動學習，主動思考的教學氛圍，重點培養了學生觀察、思考、對比以及分析的能力。

2.故障分析——從實踐到認識

根據上述故障現象，組織學生進行討論，引導學生分析可能的故障原因：一是限溫器中起跳彈簧彈力減弱，未能斷開加熱開關；二是保溫器中雙金屬片未能斷開保溫開關。二者有一，就導致煮焦飯。故障分析中涉及到的串聯、并聯、限流、限壓、檢測、發熱、電磁力等知識，加深學生對這些理論的理解。有些知識，如晶體二極管的半波整流可能涉及后續課程，但是這并不影響學生對從實踐到理論的過程的理解。同時鼓勵學生自學所需要的后續知識，提出改進設計等，培養學生探索、創新意識。

從實踐到理論的認識過程，為學生創造了研討型的教學環境，加深了學生對于理論知識的理解，培養了學生應用電路理論知識分析問題的能力，同時提高了學生追求新知識、探索新方法的興趣。

3.故障排除——從認識又到實踐

為進一步驗證故障原因，增加學生的成就感，嘗試“小班研討”教學模式，組織部分學生修復故障設備，實現從認識又返回實踐的過程。如對于上述電飯鍋煮焦飯的故障，針對故障原因一，可以更換起跳彈簧。針對故障原因二，可調節保溫器上的雙金屬片，使兩觸頭能分離為宜。老師再設置其它故障，讓學生重復上述過程，體會成功排除故障后的喜悅，增強學習信心。

從理論到實踐的認識過程，為學生提供了開放性實驗環境，調動學生學習的積極性和主動性，培養了學生的動手能力和創新能力。

4.教學效果

通過電氣故障案例教學，將理論性強、抽象的電路定理、定律和電路的實際應用結合起來，使學生易于理解、掌握，提高學生的學習興趣和學習效率。另外，將課內的電路理論知識和課外的電氣故障結合起來，樹立學生理論聯系實際的科學觀念，提高學生發現問題、分析問題、解決問題的能力，激發學生研究型學習的興趣，調動學生的學習熱情。學生反映雖然很多理論在書本中已經學過，很多電子元件在實驗室也已經見過，但是卻沒有接觸過實際的電路。經過上述教學實踐過程，把實際電路和理想電路有機地聯系在一起，使學生也認識到“理論的必要性與局限性：必要性在于理論是認識的基礎，而局限性在于理論需要通過認識才能用于實踐”。

三、結論

本文探索了一套基于電氣故障的電路理論教學法，在電路理論教學中，以生活中幾種常見的電氣故障為例，引導學生觀察故障現象、分析故障原因、修復電氣故障，實現從認識到實踐，從實踐到認識，再從認識到實踐的過程。改變以往電路理論教學和實際應用相脫節的教學方式，設計并實現一套分層次、分階段、循序漸進的教學模式，由淺入深，由簡單到綜合，課內外結合，鼓勵學生應用自己所學的電路理論知識，自主排查和修復電氣故障。這樣能夠開闊學生的視野，提高學生的學習興趣，加深對電路理論的深入理解，增強學生的工程實踐和分析研究意識，使學生能夠盡快適應創新實驗、畢業設計等實踐性較強的學習活動，今后順利走上工作崗位。

參考文獻：

[1]曲曉麗，張曉紅.“電路分析”課堂教學方法探討[J].中國電力教育，2009，（11）.

[2][俄羅斯]捷米爾強，等.電工理論基礎[M].第四版.趙偉，肖曦，王玉祥，等，譯.北京：高等教育出版社，2011.

[3]于歆杰，朱桂萍，陸文娟，等.“電路原理”課程教學改革的理念與實踐[J].電氣電子教學學報，2012，（2）.

[4]陳希有.電路理論教程[M].第1版.北京：高等教育出版社，2013.