電工電子故障排除實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索與實(shí)踐

李恒 邵建龍 張國(guó)銀 趙磊

摘要：針對(duì)當(dāng)前電工電子實(shí)驗(yàn)中學(xué)生故障排除能力差的問題，提出將故障排除實(shí)驗(yàn)引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。在分析適宜學(xué)生排除的故障源的基礎(chǔ)上，提出兩種適合在高校中實(shí)施的教學(xué)組織形式以及須配套調(diào)整的實(shí)驗(yàn)講解內(nèi)容。經(jīng)教學(xué)實(shí)踐檢驗(yàn)是有效且可行的。

關(guān)鍵詞：故障排除；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；電工電子實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)07-1715-03

Exploration and Practice of Electrical and Electronic Trouble Clearing Experimental Teaching Model

LI Heng，SHAO Jian-long，ZHANG Guo-yin, ZHAO Lei

(Faculty of Information Engineering and Automation, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650051, China)

Abstract：In view of the current problems that students lack the ability of trouble clearing in electrical and electronic experiment, adding trouble clearing experiment into experimental teaching was proposed. Based on the analysis of suited trouble sources for students, two patterns of teaching suited for colleges and corresponding adjustment in experimental explain were proposed. The feasibility and effectiveness were confirmed through the specific practices.

Key words: trouble clearing；experimental teaching；electrical and electronic experiment

當(dāng)前，大學(xué)生在各類設(shè)計(jì)競(jìng)賽的培訓(xùn)及比賽過程中都不同程度的出現(xiàn)了會(huì)設(shè)計(jì)、不會(huì)調(diào)試的現(xiàn)象，究其原因在很大程度上與學(xué)生故障排除能力、分析能力不足有關(guān)[1-2]。

同時(shí)，大量學(xué)生在電工電子實(shí)驗(yàn)中碰到問題，首先想到的仍然是舉手、等待指導(dǎo)教師幫其分析、排除問題，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師也還是自己動(dòng)手幫學(xué)生檢查電路[3-4]。

另一方面，由于電工電子實(shí)驗(yàn)屬于各個(gè)高校的專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，涉及學(xué)生面廣，實(shí)驗(yàn)開出率高，設(shè)備使用頻繁，較容易發(fā)生故障。對(duì)于一些老舊設(shè)備，維修后仍然會(huì)頻繁出現(xiàn)問題。學(xué)習(xí)排除、維修一些簡(jiǎn)單的設(shè)備故障，也是鍛煉學(xué)生解決問題的有效措施[5-7]。

本文結(jié)合數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際情況，討論將故障排除引入到電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的措施及形式。

1兩種故障來源及各自特點(diǎn)

可引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的故障主要有兩種：實(shí)驗(yàn)過程中自然出現(xiàn)的故障、人為設(shè)定的故障。

自然出現(xiàn)的故障是指學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中由于設(shè)備、器件的問題或?qū)W生接線錯(cuò)誤而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行或?qū)嶒?yàn)結(jié)果不合理的情況。該類故障與學(xué)生選擇的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、器材有關(guān)，具有一定的隨機(jī)性。其優(yōu)點(diǎn)在于：故障種類豐富、部分故障是人為設(shè)置不了的，如：74LS00芯片只燒毀其中1組門電路；另外，不需教師人為設(shè)置故障。但也有弊端：由于各實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)備、器材老化程度不一樣，可能會(huì)出現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)臺(tái)經(jīng)常碰到故障，而在另外一些實(shí)驗(yàn)臺(tái)做實(shí)驗(yàn)可能一個(gè)學(xué)期都不會(huì)發(fā)生故障；此外，部分故障學(xué)生無法解決，如：函數(shù)發(fā)生器、示波器故障等。

人為設(shè)定的故障是指教師在學(xué)生所使用的設(shè)備、器件中人為制造出問題，使其無法實(shí)驗(yàn)或使實(shí)驗(yàn)結(jié)果不正常。該類故障的優(yōu)勢(shì)在于：不依賴于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的狀況，可以隨時(shí)制造出來；可以人為選定難度適中、適合學(xué)生排除的故障。其缺點(diǎn)在于：教師需要挑選、準(zhǔn)備難度適中的故障，并收集、制作、偽裝故障器材；需要對(duì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行故障設(shè)置操作；部分故障無法人為設(shè)置實(shí)現(xiàn)，如：器件燒毀類的故障、接觸不良（虛焊）類的故障。

通過在我校數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室中的試運(yùn)行，摸索出以下適合學(xué)生排除的故障項(xiàng)目。適宜給學(xué)生排除的自然故障：集成電路燒毀或受損、集成電路斷腳、學(xué)生錯(cuò)誤接線、實(shí)驗(yàn)中使用了斷線、輸入輸出接觸不良等。適宜人為設(shè)置的故障：將集成電路換成損壞或斷腳的、將正確的接線改成錯(cuò)誤的、使用斷線替換好的導(dǎo)線、抽取保險(xiǎn)管或換成損壞的保險(xiǎn)管、將電源供電電壓調(diào)低等等。

2故障排除實(shí)驗(yàn)的實(shí)施形式

結(jié)合電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃及實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織形式，建議采取兩種形式實(shí)施故障排除實(shí)驗(yàn)。

2.1將故障排除作為其它實(shí)驗(yàn)的一個(gè)可選子項(xiàng)目或加分項(xiàng)目開展

在不改變現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃的情況下，對(duì)學(xué)生排除故障的能力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考核，要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中遇到不正常實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)通知教師，如果教師認(rèn)為故障的難度適宜于學(xué)生排除，則應(yīng)該由學(xué)生盡力排查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致故障的原因并能排除時(shí)，教師應(yīng)該對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作分給予獎(jiǎng)勵(lì)加分。

另外，學(xué)生如果能無故障、快速地完成實(shí)驗(yàn)，也可申請(qǐng)選做故障排除實(shí)驗(yàn)子項(xiàng)目，教師在學(xué)生已完成的電路上人為制造故障，學(xué)生如能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)排查出導(dǎo)致故障的原因，教師給予學(xué)生相應(yīng)的加分。

2.2將故障排除作為一個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)開展

在實(shí)驗(yàn)開始前，由教師組織學(xué)生接好某個(gè)電路，并在每臺(tái)設(shè)備上設(shè)置好多種典型故障，實(shí)驗(yàn)開始后，全體學(xué)生開始排查工作。實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊允煜こＲ姽收?、掌握故障排查基本步驟及方法為主。教師視學(xué)生排查出故障的數(shù)量為依據(jù)對(duì)學(xué)生的現(xiàn)場(chǎng)操作進(jìn)行考評(píng)。

2.3兩種實(shí)施形式的比較

在實(shí)際實(shí)施過程中，兩種形式都有其利于開展和不方便實(shí)施的地方，表1中給出了兩者的對(duì)比，同時(shí)提出了相應(yīng)的解決措施。

表1故障排除實(shí)驗(yàn)的兩種實(shí)施形式對(duì)比

3須配套調(diào)整的實(shí)驗(yàn)講解內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、項(xiàng)目的變化必然帶來實(shí)驗(yàn)講解的調(diào)整，特別是增加的故障排除實(shí)驗(yàn)中涉及到不少方法、技巧，現(xiàn)有的電工電子實(shí)驗(yàn)教材雖然提供常見故障排除的步驟及方法，但實(shí)驗(yàn)講解、實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)此方面未給予足夠的重視[8][9] [10]。因此，針對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的這一變化調(diào)整實(shí)驗(yàn)講解內(nèi)容是必不可少的。結(jié)合我校實(shí)行的情況，建議做以下兩方面的調(diào)整。

3.1在講解中加入“故障排查邏輯推理”

教師可以結(jié)合一個(gè)電路，假設(shè)出現(xiàn)了一個(gè)不正?，F(xiàn)象，啟發(fā)學(xué)生思考可能導(dǎo)致這一現(xiàn)象的各種故障，應(yīng)該從哪幾方面入手檢查電路，引導(dǎo)學(xué)生遇到不正常的電路現(xiàn)象時(shí)，先思考、推理，再動(dòng)手檢查、排除問題。其次，講解實(shí)驗(yàn)電路的一般故障排除步驟。如：斷電、觀察器件是否燒毀、是否聞到異味、檢查電源、判斷故障所在區(qū)域、確定故障具體位置等等，總之，要有步驟、有序的進(jìn)行，逐步縮小范圍。

3.2向?qū)W生介紹常用的故障排除方法

如：直觀檢查法、電阻值測(cè)量檢查法、電壓測(cè)量檢測(cè)法、電流測(cè)量檢測(cè)法、替換檢查法、分割檢查法、反向排除檢查法、信號(hào)注入檢查法、焊點(diǎn)直接檢查法等。

例如，假設(shè)圖1中輸入端A、B均為邏輯狀態(tài)0，而觀測(cè)到輸出端Y驅(qū)動(dòng)的LED不亮（邏輯狀態(tài)0），由Y端邏輯表達(dá)式：

Y=-------- - --

可知此時(shí)Y端應(yīng)該為1且驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光?？砂聪铝蟹绞揭龑?dǎo)學(xué)生做故障排查邏輯推理并熟悉排查的一般步驟及常用方法。

首先斷電，使用直觀檢查法觀察集成電路是否有損毀跡象，如：發(fā)燙、有異味、管腳折斷等。

若無上述情況，再推測(cè)最有可能導(dǎo)致此現(xiàn)象的故障，如：

①集成電路電源端（VCC、GND）未連接、連接錯(cuò)誤或連接不可靠；

②開關(guān)A、B中有一個(gè)實(shí)際輸出電壓大于0.4V被認(rèn)為邏輯1；

③74LS00或74LS04集成電路損壞；

④斷線問題。

按照先易后難、先排查電源、輸入輸出連接、集成電路好壞，最后排查導(dǎo)線的順序，可以很快將可能的故障①②③排查清除。同時(shí)應(yīng)該選擇合適的故障排除方法，排查電源類故障、斷線類故障一般使用電壓測(cè)量檢測(cè)法；集成電路故障一般采用直觀檢查法、替換檢查法同時(shí)配合芯片檢測(cè)儀驗(yàn)證的方式。

經(jīng)排查若不存在①②③三種類型故障，應(yīng)選擇合適的故障排除方法進(jìn)一步分析，如：使用分割檢查法配合電壓測(cè)量檢測(cè)法檢測(cè)電路中部D3、D4、D5、D6導(dǎo)線兩端電壓是否符合理論值分別為（<0.4V，<0.4V，>3.5V，>3.5V），據(jù)此即有可能發(fā)現(xiàn)某根導(dǎo)線兩端電壓不一致從而發(fā)現(xiàn)斷線，或可推斷出故障應(yīng)該在圖中虛線的左半?yún)^(qū)域還是右半?yún)^(qū)域。

反復(fù)使用電壓測(cè)量檢測(cè)法對(duì)比各導(dǎo)線上的理論值即可發(fā)現(xiàn)最終故障。

4結(jié)論

在電工電子實(shí)驗(yàn)中引入故障排除實(shí)驗(yàn)，能鍛煉學(xué)生對(duì)電路的分析、調(diào)試能力。各高校現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、器材已具備開展故障排除實(shí)驗(yàn)的條件，只需選取適當(dāng)?shù)墓收显醇敖虒W(xué)組織形式，并對(duì)實(shí)驗(yàn)講解進(jìn)行必要的調(diào)整，就可將故障排除實(shí)驗(yàn)順利引入到現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來。

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