《电器的发热理论》教学设计

李龙女 刘晓明 陈海 朱高嘉 徐微

摘 要：电器的发热理论是电器学原理中的主要理论范畴之一，电器在工作过程中不可避免会产生发热现象。本文以《电器的发热理论》一节内容为例，探究发现式教学法、类比学习法在《电器学原理》课程中的应用。以问题的提出、问题的解决为主线，以疑导思，启发学生思维，形成从电器的生热、散热到温升计算的知识体系，提高学生从原理上对电器发热至散热整个过程的理解，培养学生利用解析算法求解典型电器温升的能力；将思政教育融入专业课的教学中，激发学生的求知欲。

关键词：电器发热理论；教学设计；主动引导；思政教育

一、 课程简介

《电器学》课程是一门面向电气工程与自动化专业学生开设的专业必修课。通过本课程的学习，能够使学生较全面地学习有关电器的基础理论和基本分析方法；掌握电器发热和电动力理论、电弧理论、电接触理论、电磁机构理论等基本理论范畴；着重实际案例分析和实验过程设计的基本训练，使学生具备解决复杂工程问题的能力。为学生在今后的专业学习和从事相关领域的工作中打好坚实的理论基础和锻炼出一定的实际动手能力。电器的发热理论是电器学原理中最为基础的理论之一，是电器能够安全稳定运行的重要保障。

二、 教学目的

（一） 知识目标：

掌握电器发热理论中的基本概念及性质；理解电器生热的原因以及散热的基本形式；理解电器允许温升及电器的热稳定性；掌握电器表面稳定温升的计算方法。

（二） 能力目标：

能够进行简单典型电器温升的计算，培养学生分析和计算电器温升的能力。

（三） 情感目标：

将思政教育融入电器发热理论的教学中，提高学生学习电器学原理、解决实际问题的兴趣，激发学生的求知欲。

三、 教学内容与教学设计

（一） 创设情境，提出问题，融合思政教育，激发学生学习新知识的兴趣

电器发热理论的研究在电器可靠性方面扮演着重要角色。由于电器是运行在电磁环境中，所以一定会产生热效应，那么它的热量是怎么产生的呢？提出问题，以疑导思，启发学生思考，激发学生的学习兴趣是教学工作中的重点。如常用的家用电线，通常情况下，每毫米允许通过的电流限度是5A，如果电流超过5A、達到6A、7A时电器会发生什么变化？由此引出这节课要研究的电器发热理论，融合总书记提出的创新、协调、绿色、开放、共享的五大发展理念以及中国对外开放的实际现状和政策，加深学生对电气工程专业的理解，以及对电气设备安全运行重要性的认识，从思政角度进一步提高学生的学习热情。

（二） 由易到难，探究电器的发热本质和散热方式

电器的热源主要由五个部分组成：电阻损耗，磁滞和涡流损耗；介质损耗；摩擦和撞击损耗以及电弧损耗。电器在发热的同时会伴随着散热，电器中的散热有三种方式：热传导、热对流以及热辐射。

（三） 设置典例，了解电器表面稳定温升的简单计算

根据所引入的热平衡方程式及牛顿公式分别探讨电器在发热稳定、去掉热源以及绝热状态下的计算，通过三种不同工况下的方程变形，进一步深化学生对热平衡理论以及电器表面稳定温升计算的理解和运用。

（四） 深入探索，强化电器表面稳定温升的计算

通过在开关柜中垂直安放铝母线发热的简例，给出其结构尺寸、散热系数及电阻率大小。从热平衡公式出发，分析其发热热源及散热形式，使输入的导体热量=导体本身温度升高吸收的热量+散热，代入公式及具体参数进行计算。结合具体实例，使学生深入了解了电器表面稳定温升的计算过程和方法。

（五） 首尾呼应，引出电器发热理论的基本思想

回到课堂开始提出的问题，常用的家用电线，通常情况下来说，它每毫米允许通过的电流是5 A，如果电流超过5 A、达到6 A、7 A的时候电器会发生什么变化？结合本节课的介绍，从基本原理角度引导学生进行分析，引出电器发热理论的基本思想。

（六） 小结概括，深化认识，以疑导思激发学生的探索欲望

小结概括，深化认识，掌握电器发热理论的基本性质和概念。提出思考题：（1）短路状态下温升变化有何特点？（2）如果电器频繁往复地通电，温升变化会有什么不同？巩固学生本节课的知识掌握，同时，以疑导思激发学生的探索欲望，进而引出下节课要学习的基本内容，提高学生利用电器发热理论解决实际问题的兴趣。

四、 小结

本文以《电器的发热理论》一节内容为例，探究发现式教学法在《电器学》课程中的应用。利用互动环节，充分调动学生的学习积极性，以便使学生全方位参与教学过程，引导学生发现问题、分析问题、解决问题，提高学生学习和实践的能力。

参考文献：

[1]李阳，蔡燕，金亮，等.虚拟仿真技术在电器学课程实验教学中的推广与应用[J].科技创新导报，2013（32）106.

作者简介：

李龙女，讲师，天津市，天津工业大学电气工程与自动化学院；刘晓明，教授，天津市，天津工业大学电气工程与自动化学院；陈海，工程师，天津市，天津工业大学国际教育学院；朱高嘉，讲师，天津市，天津工业大学电气工程与自动化学院；徐微，讲师，天津市，天津工业大学电子与信息工程学院。