电工电子故障排除实验教学模式的探索与实践

李恒 邵建龙 张国银 赵磊

摘要：针对当前电工电子实验中学生故障排除能力差的问题，提出将故障排除实验引入到实验教学中。在分析适宜学生排除的故障源的基础上，提出两种适合在高校中实施的教学组织形式以及须配套调整的实验讲解内容。经教学实践检验是有效且可行的。

关键词：故障排除；实验教学；电工电子实验

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：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

當前，大学生在各类设计竞赛的培训及比赛过程中都不同程度的出现了会设计、不会调试的现象，究其原因在很大程度上与学生故障排除能力、分析能力不足有关[1-2]。

同时，大量学生在电工电子实验中碰到问题，首先想到的仍然是举手、等待指导教师帮其分析、排除问题，大多数实验指导教师也还是自己动手帮学生检查电路[3-4]。

另一方面，由于电工电子实验属于各个高校的专业基础实验，涉及学生面广，实验开出率高，设备使用频繁，较容易发生故障。对于一些老旧设备，维修后仍然会频繁出现问题。学习排除、维修一些简单的设备故障，也是锻炼学生解决问题的有效措施[5-7]。

本文结合数字电子技术实验教学的实际情况，讨论将故障排除引入到电工电子实验教学中的措施及形式。

1两种故障来源及各自特点

可引入到实验教学中的故障主要有两种：实验过程中自然出现的故障、人为设定的故障。

自然出现的故障是指学生在实验过程中由于设备、器件的问题或学生接线错误而导致实验无法进行或实验结果不合理的情况。该类故障与学生选择的实验设备、器材有关，具有一定的随机性。其优点在于：故障种类丰富、部分故障是人为设置不了的，如：74LS00芯片只烧毁其中1组门电路；另外，不需教师人为设置故障。但也有弊端：由于各实验台设备、器材老化程度不一样，可能会出现有的实验台经常碰到故障，而在另外一些实验台做实验可能一个学期都不会发生故障；此外，部分故障学生无法解决，如：函数发生器、示波器故障等。

人为设定的故障是指教师在学生所使用的设备、器件中人为制造出问题，使其无法实验或使实验结果不正常。该类故障的优势在于：不依赖于实验设备的状况，可以随时制造出来；可以人为选定难度适中、适合学生排除的故障。其缺点在于：教师需要挑选、准备难度适中的故障，并收集、制作、伪装故障器材；需要对每一个实验台进行故障设置操作；部分故障无法人为设置实现，如：器件烧毁类的故障、接触不良（虚焊）类的故障。

通过在我校数字电子技术实验室中的试运行，摸索出以下适合学生排除的故障项目。适宜给学生排除的自然故障：集成电路烧毁或受损、集成电路断脚、学生错误接线、实验中使用了断线、输入输出接触不良等。适宜人为设置的故障：将集成电路换成损坏或断脚的、将正确的接线改成错误的、使用断线替换好的导线、抽取保险管或换成损坏的保险管、将电源供电电压调低等等。

2故障排除实验的实施形式

结合电工电子实验教学计划及实验教学的组织形式，建议采取两种形式实施故障排除实验。

2.1将故障排除作为其它实验的一个可选子项目或加分项目开展

在不改变现有实验教学计划的情况下，对学生排除故障的能力进行现场考核，要求学生在实验的过程中遇到不正常实验现象时通知教师，如果教师认为故障的难度适宜于学生排除，则应该由学生尽力排查，当发现导致故障的原因并能排除时，教师应该对学生的实验操作分给予奖励加分。

另外，学生如果能无故障、快速地完成实验，也可申请选做故障排除实验子项目，教师在学生已完成的电路上人为制造故障，学生如能在规定时间内排查出导致故障的原因，教师给予学生相应的加分。

2.2将故障排除作为一个独立的实验开展

在实验开始前，由教师组织学生接好某个电路，并在每台设备上设置好多种典型故障，实验开始后，全体学生开始排查工作。实验目的以熟悉常见故障、掌握故障排查基本步骤及方法为主。教师视学生排查出故障的数量为依据对学生的现场操作进行考评。

2.3两种实施形式的比较

在实际实施过程中，两种形式都有其利于开展和不方便实施的地方，表1中给出了两者的对比，同时提出了相应的解决措施。

表1故障排除实验的两种实施形式对比

3须配套调整的实验讲解内容

实验内容、项目的变化必然带来实验讲解的调整，特别是增加的故障排除实验中涉及到不少方法、技巧，现有的电工电子实验教材虽然提供常见故障排除的步骤及方法，但实验讲解、实验过程中对此方面未给予足够的重视[8][9] [10]。因此，针对实验内容的这一变化调整实验讲解内容是必不可少的。结合我校实行的情况，建议做以下两方面的调整。

3.1在讲解中加入“故障排查逻辑推理”

教师可以结合一个电路，假设出现了一个不正常现象，启发学生思考可能导致这一现象的各种故障，应该从哪几方面入手检查电路，引导学生遇到不正常的电路现象时，先思考、推理，再动手检查、排除问题。其次，讲解实验电路的一般故障排除步骤。如：断电、观察器件是否烧毁、是否闻到异味、检查电源、判断故障所在区域、确定故障具体位置等等，总之，要有步骤、有序的进行，逐步缩小范围。

3.2向学生介绍常用的故障排除方法

如：直观检查法、电阻值测量检查法、电压测量检测法、电流测量检测法、替换检查法、分割检查法、反向排除检查法、信号注入检查法、焊点直接检查法等。

例如，假设图1中输入端A、B均为逻辑状态0，而观测到输出端Y驱动的LED不亮（逻辑状态0），由Y端逻辑表达式：

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

可知此时Y端应该为1且驱动LED发光。可按下列方式引导学生做故障排查逻辑推理并熟悉排查的一般步骤及常用方法。

首先断电，使用直观检查法观察集成电路是否有损毁迹象，如：发烫、有异味、管脚折断等。

若无上述情况，再推测最有可能导致此现象的故障，如：

①集成电路电源端（VCC、GND）未连接、连接错误或连接不可靠；

②开关A、B中有一个实际输出电压大于0.4V被认为逻辑1；

③74LS00或74LS04集成电路损坏；

④断线问题。

按照先易后难、先排查电源、输入输出连接、集成电路好坏，最后排查导线的顺序，可以很快将可能的故障①②③排查清除。同时应该选择合适的故障排除方法，排查电源类故障、断线类故障一般使用电压测量检测法；集成电路故障一般采用直观检查法、替换检查法同时配合芯片检测仪验证的方式。

经排查若不存在①②③三种类型故障，应选择合适的故障排除方法进一步分析，如：使用分割检查法配合电压测量检测法检测电路中部D3、D4、D5、D6导线两端电压是否符合理论值分别为（<0.4V，<0.4V，>3.5V，>3.5V），据此即有可能发现某根导线两端电压不一致从而发现断线，或可推断出故障应该在图中虚线的左半区域还是右半区域。

反复使用电压测量检测法对比各导线上的理论值即可发现最终故障。

4结论

在电工电子实验中引入故障排除实验，能锻炼学生对电路的分析、调试能力。各高校现有的实验设备、器材已具备开展故障排除实验的条件，只需选取适当的故障源及教学组织形式，并对实验讲解进行必要的调整，就可将故障排除实验顺利引入到现有实验教学中来。

参考文献：

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