羅瑞瓊?羅桂娥?朱利香

摘要：針對電工技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容多、理論性強、應(yīng)用面廣的特點，在電工技術(shù)課程教學(xué)中試行了案例教學(xué)的研究型教學(xué)模式，把理論知識和實際應(yīng)用結(jié)合起來，使學(xué)生分析問題、解決問題的能力得到了提高，有利于綜合素質(zhì)人才的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：電工技術(shù)；案例教學(xué)；教學(xué)效果

作者簡介：羅瑞瓊（1970-），女，湖南邵東人，中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，講師；羅桂娥（1962-），女，湖南長沙人，中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，教授。（湖南 長沙 410075）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）09-0068-03

在科技發(fā)展日新月異的信息時代，各高等院校大力提倡素質(zhì)教育，而實施素質(zhì)教育的重點是要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。隨著高等教育改革的不斷深入，學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力培養(yǎng)問題已刻不容緩地擺在每個從事教育工作的教師面前。

而電工技術(shù)是高等院校非電專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課，這門課的一個重要特點就是應(yīng)用性強，所以要一改以往那種平鋪直敘的授課方式，更多地應(yīng)用案例教學(xué)法[1]來進行教學(xué)，恰當運用任務(wù)驅(qū)動、設(shè)問、引導(dǎo)的研究式教學(xué)方法，將知識傳授和素質(zhì)教育相結(jié)合，以提高學(xué)生分析問題和解決問題的綜合應(yīng)用能力。

一、直流電路教學(xué)案例

1.案例介紹

電力公司安裝一套設(shè)備，設(shè)備工作電壓為220V，某工作人員操作不當遭到電擊。假定該工作人員臂電阻為600Ω，軀干電阻為80Ω，腿電阻為300Ω，試問電擊產(chǎn)生的電流是否足夠危險，以至于該電力公司必須張貼警示牌或采取其他預(yù)防措施以防止電擊事件的發(fā)生？

2.解決思路

電擊能否造成人身傷害取決于電流的大小、持續(xù)的時間、頻率和電流如何通過人體。電流的大小取決于電壓和電阻。人體電阻大約為10～50kΩ，當角質(zhì)層被破壞時，則降到800～1000Ω。為了不至于造成人身傷害，有必要給出安全電壓值或安全電流值。

目前，大多數(shù)國家將交流50V作為安全電壓的極限值。我國規(guī)定交流42V、36V、24V、12V和6V為安全電壓的額定值。電氣設(shè)備安全電壓值的選用應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境、使用方式和工作人員狀況等因素選用不同等級的安全電壓。目前根據(jù)國際電工委員會標準，不論男女老少均采用10mA作為安全電流值。

電流對人體能產(chǎn)生綜合性的影響。電流通過人體后，使肌肉收縮產(chǎn)生運動，造成機械性損傷。電流產(chǎn)生的生物化學(xué)反應(yīng)將引起人體一系列的病理反應(yīng)和變化，從而使人體遭受嚴重的傷害。其中尤為嚴重的是當電流流經(jīng)心臟時，微小的電流即可引起心室顫動，甚至導(dǎo)致死亡。表1給出人體對不同電流的生理反應(yīng)，這些數(shù)據(jù)是科學(xué)家通過事故原因分析獲得的近似結(jié)果。

可以通過建立簡單的人體電路模型來進一步研究電流流經(jīng)人體的情況。圖1為人體簡化電路模型，其中R1～R4分別表示頭頸、臂、胸腹和腿的電阻。

由于電流不流過頸部和其他臂、腿，因此可將人體的電路模型簡化為圖2所示。

分析圖2所示電路，根據(jù)歐姆定律和霍爾基夫電壓定律，則有

因此，通過心臟區(qū)域的電流可達224Ma，參照表1可見，此電流足以使心臟停止跳動，所以電力公司必須張貼警示標牌或采取其他預(yù)防措施以防止電擊事件的發(fā)生。

通過此案例的分析，不僅使學(xué)生進一步鞏固了第一章的知識，而且讓學(xué)生明白為什么電具有危險性，從而激起學(xué)生學(xué)好電工技術(shù)的興趣。

二、三相電路教學(xué)案例

1.案例介紹

假如學(xué)生宿舍1，2，3棟分別接入三相電路中的A相、B相、C相。如果第1棟宿舍短路，你認為第2、第3棟宿舍會受影響嗎？如有，為什么？如沒有，又是為什么？如果第1棟宿舍斷路，那么第2、3棟宿舍又會怎么樣呢？為什么？

2.解決思路

在三相電路中，在講解不對稱三相負載中線的作用時，任憑教師怎么講解學(xué)生都體會不到那根小小的中線到底有多大的作用，但一用實例講解學(xué)生就恍然大悟。。

這則案例激起了學(xué)生濃厚的興趣，有些說沒有影響；有些說有影響，第2、3棟的燈泡會炸掉，還有些同學(xué)甚至說會起火。學(xué)生展開了熱烈的討論，課堂氣氛非常活躍。

等學(xué)生討論一陣后，這時教師又做進一步的啟發(fā)。讓學(xué)生畫出三相電路圖，在有中線和沒有中線的情況下去分析。這時學(xué)生在草稿本上寫寫畫畫，讓學(xué)生思考一陣后，請學(xué)生代表上臺畫出三相電路圖分析如下：

在有中性線和無中性線兩種情況下，分析A相負載發(fā)生短路或斷路時電路的工作情況。

（1）有中性線 ，A相負載發(fā)生短路。電路如圖3所示。

僅A相熔斷器熔斷，B相、C相負載仍正常工作。也就是說三相電路有中線的話，第1棟宿舍短路，第2、第3棟宿舍不受影響。

（2）沒有中線，A相發(fā)生短路。電路如圖4所示。

B相、C相負載承受電源線電壓，IB、IC增大，，F(xiàn)U不一定熔斷，B相、C相負載損壞。也就是說第1棟宿舍短路，如沒有中線的情況下，那么第2、第3棟宿舍所有的燈泡都會炸掉。再讓學(xué)生聯(lián)想，如果宿舍變成醫(yī)院，況且還有病人在做搶救手術(shù)又會造成什么后果呢？進一步提醒學(xué)生是中線值錢還是昂貴的醫(yī)療設(shè)備甚至人的性命值錢呢？這時學(xué)生通過一連串的聯(lián)想，在腦海中形成一個深刻的印象，三相電路中的中線絕對不能斷開。

（3）有中性線，A相斷路。電路如圖5所示。

B相、C相負載正常工作。不受影響。也就是說三相電路有中線的話，第1棟宿舍斷路，第2、第3棟宿舍不受影響。

（4）無中性線，A相斷路。電路如圖6所示。

B相、C相負載串聯(lián)，接在線電壓上，仍不能工作。也就是說第1棟宿舍斷路，如沒有中線的情況下，那么第2、第3棟宿舍所有的燈泡都會變暗。如果有空調(diào)、冰箱的話，那就會因電壓過低而停止工作，這樣通過對比學(xué)生已經(jīng)明白中線在三相電路中的重要作用了。這時教師再歸納總結(jié)如下：

1）負載不對稱而又沒有中性線時，負載的相電壓就不對稱；有的相的電壓高于負載的額定電壓，有的低于負載的額定電壓，這都是不允許的。三相負載的相電壓必須對稱。

2）不對稱負載星形聯(lián)接時必須有中性線。中性線的作用就在于使星形聯(lián)接的不對稱負載的相電壓對稱。中性線（指干線）內(nèi)不應(yīng)接入熔斷器或閘刀開關(guān)，以保證中性線不斷開。

通過案例分析，可以把抽象的理論知識和實際應(yīng)用結(jié)合起來，使學(xué)生體會到電工技術(shù)的知識就在身邊，并在日常生活中占有很重要的意義，這樣就可提高學(xué)生把所學(xué)理論知識運用到專業(yè)工程實際的能力。

三、一階電路教學(xué)案例

目前照相機成了大家最常用的生活用品。一般相機都是內(nèi)置閃光燈，如遇照相現(xiàn)場光線較暗時，就會自動閃光補足光線。勤于思考的學(xué)生一定會想： 小小閃光燈為什么會發(fā)出強光？其中照相機中的閃光燈電路就有一階電路的零輸入響應(yīng)即電容放電的過程。

1.案例介紹

電路如圖7所示，已知閃光燈的電阻，電容，電壓源的電壓，換路前電路已處于穩(wěn)態(tài)，閃光燈的截止電壓為20V。求閃光燈的閃光時間和流經(jīng)閃光燈的平均電流。

2.解決思路

學(xué)生對老師提出的要求進行討論。學(xué)生對自己照相用過的閃光燈電路非常感興趣，展開了熱烈的討論。這時教師啟發(fā)學(xué)生用三要素法求解。

根據(jù)三要素法求解電容電壓

由于閃光燈的截止電壓為20V，因此電壓降至20V所需的時間T就是閃光燈的閃光時間，有

解得

流經(jīng)閃光燈的平均電流

由于簡單的RC電路能產(chǎn)生短時的大電流脈沖，因而這一類電路還可用于電子電焊機、電火花加工機和雷達發(fā)射管等裝置中。

3.拓展知識

除了每章有工程應(yīng)用實例外，在講一些重要知識點時，盡可能把理論知識與生活中的案例聯(lián)系起來，而且要與當前學(xué)科的最新知識和發(fā)展方向與時俱進。比如在講電容的充、放電時，可引申到超級電容器在現(xiàn)代生活中的應(yīng)用，利用超級電容器充、放電速度快這一特點開發(fā)混合電動汽車，蓄電池作主電源，超級電容器作充電備用。并引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)資料：國內(nèi)游許多廠商在研發(fā)或已生產(chǎn)出電動汽車超級電容器，上海奧威、哈爾濱巨容、北京合眾匯能等廠商能夠提供有機超級電容器樣品試驗，其中上海奧威的超級電容器應(yīng)用技術(shù)已成熟。又比如在講到諧振時，引導(dǎo)學(xué)生去查閱相關(guān)的電力系統(tǒng)資料，當前諧振技術(shù)在電力系統(tǒng)中軟開關(guān)中的應(yīng)用：軟開關(guān)技術(shù)。

通過把電路中的理論知識與這些與現(xiàn)代生活息息相關(guān)的生活案例聯(lián)系起來，不僅讓學(xué)生覺得學(xué)有所用，而且極大限度地拓寬了學(xué)生的視野。

四、結(jié)束語

為了使所講內(nèi)容與工程實際緊密結(jié)合，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的積極性，筆者采取了以案例教學(xué)為主要教學(xué)方法的研究型教學(xué)模式，收到了比較理想的教學(xué)效果。

參考文獻：

[l]張潤蓮.案例教學(xué)法及其運用[J].桂林電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報，

2004，（4）.

[2]崔雙喜.電路理論課程教學(xué)方法探討[J].中國電力教育，

2012，（15）.

[3]邱關(guān)源，羅先覺.電路[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.

（責(zé)任編輯：王意琴）