案例教學在電工技術教學中的應用

羅瑞瓊?羅桂娥?朱利香

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

關鍵詞：電工技術；案例教學；教學效果

作者簡介：羅瑞瓊（1970-），女，湖南邵東人，中南大學信息科學與工程學院，講師；羅桂娥（1962-），女，湖南長沙人，中南大學信息科學與工程學院，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教育，而實施素質教育的重點是要培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。隨著高等教育改革的不斷深入，學生的綜合素質和能力培養(yǎng)問題已刻不容緩地擺在每個從事教育工作的教師面前。

而電工技術是高等院校非電專業(yè)的一門重要技術基礎課，這門課的一個重要特點就是應用性強，所以要一改以往那種平鋪直敘的授課方式，更多地應用案例教學法[1]來進行教學，恰當運用任務驅動、設問、引導的研究式教學方法，將知識傳授和素質教育相結合，以提高學生分析問題和解決問題的綜合應用能力。

一、直流電路教學案例

1.案例介紹

電力公司安裝一套設備，設備工作電壓為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。電氣設備安全電壓值的選用應根據(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)生的生物化學反應將引起人體一系列的病理反應和變化，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，甚至導致死亡。表1給出人體對不同電流的生理反應，這些數(shù)據(jù)是科學家通過事故原因分析獲得的近似結果。

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，不僅使學生進一步鞏固了第一章的知識，而且讓學生明白為什么電具有危險性，從而激起學生學好電工技術的興趣。

二、三相電路教學案例

1.案例介紹

假如學生宿舍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，但一用實例講解學生就恍然大悟。。

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

等學生討論一陣后，這時教師又做進一步的啟發(fā)。讓學生畫出三相電路圖，在有中線和沒有中線的情況下去分析。這時學生在草稿本上寫寫畫畫，讓學生思考一陣后，請學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又會造成什么后果呢？進一步提醒學生是中線值錢還是昂貴的醫(yī)療設備甚至人的性命值錢呢？這時學生通過一連串的聯(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、冰箱的話，那就會因電壓過低而停止工作，這樣通過對比學生已經(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)不應接入熔斷器或閘刀開關，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用結合起來，使學生體會到電工技術的知識就在身邊，并在日常生活中占有很重要的意義，這樣就可提高學生把所學理論知識運用到專業(yè)工程實際的能力。

三、一階電路教學案例

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

學生對老師提出的要求進行討論。學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。并引導學生查閱相關資料：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用技術已成熟。又比如在講到諧振時，引導學生去查閱相關的電力系統(tǒng)資料，當前諧振技術在電力系統(tǒng)中軟開關中的應用：軟開關技術。

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

四、結束語

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

參考文獻：

[l]張潤蓮.案例教學法及其運用[J].桂林電子工業(yè)學院學報，

2004，（4）.

[2]崔雙喜.電路理論課程教學方法探討[J].中國電力教育，

2012，（15）.

[3]邱關源，羅先覺.電路[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.

（責任編輯：王意琴）