案例教学在电工技术教学中的应用

罗瑞琼?罗桂娥?朱利香

摘要：针对电工技术课程教学内容多、理论性强、应用面广的特点，在电工技术课程教学中试行了案例教学的研究型教学模式，把理论知识和实际应用结合起来，使学生分析问题、解决问题的能力得到了提高，有利于综合素质人才的培养。

关键词：电工技术；案例教学；教学效果

作者简介：罗瑞琼（1970-），女，湖南邵东人，中南大学信息科学与工程学院，讲师；罗桂娥（1962-），女，湖南长沙人，中南大学信息科学与工程学院，教授。（湖南 长沙 410075）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）09-0068-03

在科技发展日新月异的信息时代，各高等院校大力提倡素质教育，而实施素质教育的重点是要培养学生的创新精神和实践能力。随着高等教育改革的不断深入，学生的综合素质和能力培养问题已刻不容缓地摆在每个从事教育工作的教师面前。

而电工技术是高等院校非电专业的一门重要技术基础课，这门课的一个重要特点就是应用性强，所以要一改以往那种平铺直叙的授课方式，更多地应用案例教学法[1]来进行教学，恰当运用任务驱动、设问、引导的研究式教学方法，将知识传授和素质教育相结合，以提高学生分析问题和解决问题的综合应用能力。

一、直流电路教学案例

1.案例介绍

电力公司安装一套设备，设备工作电压为220V，某工作人员操作不当遭到电击。假定该工作人员臂电阻为600Ω，躯干电阻为80Ω，腿电阻为300Ω，试问电击产生的电流是否足够危险，以至于该电力公司必须张贴警示牌或采取其他预防措施以防止电击事件的发生？

2.解决思路

电击能否造成人身伤害取决于电流的大小、持续的时间、频率和电流如何通过人体。电流的大小取决于电压和电阻。人体电阻大约为10～50kΩ，当角质层被破坏时，则降到800～1000Ω。为了不至于造成人身伤害，有必要给出安全电压值或安全电流值。

目前，大多数国家将交流50V作为安全电压的极限值。我国规定交流42V、36V、24V、12V和6V为安全电压的额定值。电气设备安全电压值的选用应根据使用环境、使用方式和工作人员状况等因素选用不同等级的安全电压。目前根据国际电工委员会标准，不论男女老少均采用10mA作为安全电流值。

电流对人体能产生综合性的影响。电流通过人体后，使肌肉收缩产生运动，造成机械性损伤。电流产生的生物化学反应将引起人体一系列的病理反应和变化，从而使人体遭受严重的伤害。其中尤为严重的是当电流流经心脏时，微小的电流即可引起心室颤动，甚至导致死亡。表1给出人体对不同电流的生理反应，这些数据是科学家通过事故原因分析获得的近似结果。

可以通过建立简单的人体电路模型来进一步研究电流流经人体的情况。图1为人体简化电路模型，其中R1～R4分别表示头颈、臂、胸腹和腿的电阻。

由于电流不流过颈部和其他臂、腿，因此可将人体的电路模型简化为图2所示。

分析图2所示电路，根据欧姆定律和霍尔基夫电压定律，则有

因此，通过心脏区域的电流可达224Ma，参照表1可见，此电流足以使心脏停止跳动，所以电力公司必须张贴警示标牌或采取其他预防措施以防止电击事件的发生。

通过此案例的分析，不仅使学生进一步巩固了第一章的知识，而且让学生明白为什么电具有危险性，从而激起学生学好电工技术的兴趣。

二、三相电路教学案例

1.案例介绍

假如学生宿舍1，2，3栋分别接入三相电路中的A相、B相、C相。如果第1栋宿舍短路，你认为第2、第3栋宿舍会受影响吗？如有，为什么？如没有，又是为什么？如果第1栋宿舍断路，那么第2、3棟宿舍又会怎么样呢？为什么？

2.解决思路

在三相电路中，在讲解不对称三相负载中线的作用时，任凭教师怎么讲解学生都体会不到那根小小的中线到底有多大的作用，但一用实例讲解学生就恍然大悟。。

这则案例激起了学生浓厚的兴趣，有些说没有影响；有些说有影响，第2、3栋的灯泡会炸掉，还有些同学甚至说会起火。学生展开了热烈的讨论，课堂气氛非常活跃。

等学生讨论一阵后，这时教师又做进一步的启发。让学生画出三相电路图，在有中线和没有中线的情况下去分析。这时学生在草稿本上写写画画，让学生思考一阵后，请学生代表上台画出三相电路图分析如下：

在有中性线和无中性线两种情况下，分析A相负载发生短路或断路时电路的工作情况。

（1）有中性线 ，A相负载发生短路。电路如图3所示。

仅A相熔断器熔断，B相、C相负载仍正常工作。也就是说三相电路有中线的话，第1栋宿舍短路，第2、第3栋宿舍不受影响。

（2）没有中线，A相发生短路。电路如图4所示。

B相、C相负载承受电源线电压，IB、IC增大，，FU不一定熔断，B相、C相负载损坏。也就是说第1栋宿舍短路，如没有中线的情况下，那么第2、第3栋宿舍所有的灯泡都会炸掉。再让学生联想，如果宿舍变成医院，况且还有病人在做抢救手术又会造成什么后果呢？进一步提醒学生是中线值钱还是昂贵的医疗设备甚至人的性命值钱呢？这时学生通过一连串的联想，在脑海中形成一个深刻的印象，三相电路中的中线绝对不能断开。

（3）有中性线，A相断路。电路如图5所示。

B相、C相负载正常工作。不受影响。也就是说三相电路有中线的话，第1栋宿舍断路，第2、第3栋宿舍不受影响。

（4）无中性线，A相断路。电路如图6所示。

B相、C相负载串联，接在线电压上，仍不能工作。也就是说第1栋宿舍断路，如没有中线的情况下，那么第2、第3栋宿舍所有的灯泡都会变暗。如果有空调、冰箱的话，那就会因电压过低而停止工作，这样通过对比学生已经明白中线在三相电路中的重要作用了。这时教师再归纳总结如下：

1）负载不对称而又没有中性线时，负载的相电压就不对称；有的相的电压高于负载的额定电压，有的低于负载的额定电压，这都是不允许的。三相负载的相电压必须对称。

2）不对称负载星形联接时必须有中性线。中性线的作用就在于使星形联接的不对称负载的相电压对称。中性线（指干线）内不应接入熔断器或闸刀开关，以保证中性线不断开。

通过案例分析，可以把抽象的理论知识和实际应用结合起来，使学生体会到电工技术的知识就在身边，并在日常生活中占有很重要的意义，这样就可提高学生把所学理论知识运用到专业工程实际的能力。

三、一阶电路教学案例

目前照相机成了大家最常用的生活用品。一般相机都是内置闪光灯，如遇照相现场光线较暗时，就会自动闪光补足光线。勤于思考的学生一定会想： 小小闪光灯为什么会发出强光？其中照相机中的闪光灯电路就有一阶电路的零输入响应即电容放电的过程。

1.案例介绍

电路如图7所示，已知闪光灯的电阻，电容，电压源的电压，换路前电路已处于稳态，闪光灯的截止电压为20V。求闪光灯的闪光时间和流经闪光灯的平均电流。

2.解决思路

学生对老师提出的要求进行讨论。学生对自己照相用过的闪光灯电路非常感兴趣，展开了热烈的讨论。这时教师启发学生用三要素法求解。

根据三要素法求解电容电压

由于闪光灯的截止电压为20V，因此电压降至20V所需的时间T就是闪光灯的闪光时间，有

解得

流经闪光灯的平均电流

由于简单的RC电路能产生短时的大电流脉冲，因而这一类电路还可用于电子电焊机、电火花加工机和雷达发射管等装置中。

3.拓展知识

除了每章有工程应用实例外，在讲一些重要知识点时，尽可能把理论知识与生活中的案例联系起来，而且要与当前学科的最新知识和发展方向与时俱进。比如在讲电容的充、放电时，可引申到超级电容器在现代生活中的应用，利用超级电容器充、放电速度快这一特点开发混合电动汽车，蓄電池作主电源，超级电容器作充电备用。并引导学生查阅相关资料：国内游许多厂商在研发或已生产出电动汽车超级电容器，上海奥威、哈尔滨巨容、北京合众汇能等厂商能够提供有机超级电容器样品试验，其中上海奥威的超级电容器应用技术已成熟。又比如在讲到谐振时，引导学生去查阅相关的电力系统资料，当前谐振技术在电力系统中软开关中的应用：软开关技术。

通过把电路中的理论知识与这些与现代生活息息相关的生活案例联系起来，不仅让学生觉得学有所用，而且极大限度地拓宽了学生的视野。

四、结束语

为了使所讲内容与工程实际紧密结合，以激发学生学习本课程的积极性，笔者采取了以案例教学为主要教学方法的研究型教学模式，收到了比较理想的教学效果。

参考文献：

[l]张润莲.案例教学法及其运用[J].桂林电子工业学院学报，

2004，（4）.

[2]崔双喜.电路理论课程教学方法探讨[J].中国电力教育，

2012，（15）.

[3]邱关源，罗先觉.电路[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.

（责任编辑：王意琴）