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摘要：通过典型的电气故障案例形象具体地传授电路理论知识，引导学生观察发生在身边的电气故障现象，主动分析电气故障的原因，并采用所学习的电路知识排查和修复电气故障，尝试将理论教学和实践教学紧密结合。努力改变传统的单向传授型课堂教学模式，探索研讨型电路理论课程教学模式，在课堂教学中，创造分析、探索、研讨的教学环境和教学氛围，引导学生主动学习、主动思考和主动实践。
关键词：电气故障；电路理论；实践；教学
作者简介：周惠巍（1969-），女，吉林长春人，大连理工大学计算机学院，副教授；陈希有（1962-），男，黑龙江哈尔滨人，大连理工大学电气工程学院，教授。（辽宁 大连 116024）
基金项目：本文系大连理工大学教学改革面上基金项目（项目编号：MS201204）的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）33-0108-02
电路理论课程是电气、信通、电子、自动化等电气信息大类专业必修的第一门专业基础课，为大类专业课程提供后续理论支持，起着承前启后的重要作用。在大类培养、精英教育的大背景下，在理论课学时压缩、实验课排课紧张的局面下，任课老师如何将电路理论知识高质量地传授给学生，让更多的学生“入门”电气信息类专业领域，达到应用型和创新型人才培养的目标，已经成为电路课程改革中至关重要的问题。
一、电气故障探究的重要性
当前电路理论课程包括理论教学和实验教学两部分，注重对学生电路分析能力的培养。但是由于课程内容广泛、定理多、概念抽象，对于刚开始接触专业课程的初学者来说，难免感觉枯燥、难学。同时，目前电路理论教学中，常常强调电路的分析技巧，而忽略了电路理论知识的应用背景。这种教学方法虽然能够将知识抽象地传授给学生，但是却没有将电路理论知识和其应用背景联系起来，具有片面性，使得学生对于电路这门学科难以有全面的认识。同时，造成学生在做一般实验，开展创新实验和毕业设计等实践性较强的学习活动中常常遇到困难，走上工作岗位也难以快速适应工作环境。这与目前倡导的主动学习、理论和实践相结合的教学理念相矛盾，也不利于学生科学素质和创新能力的培养。
从电路理论的发展史来看，每一个理论的发现都离不开电学巨匠敏锐的洞察能力、卓越的分析能力，更离不开科学实验的检验。因此，在电路理论课程的学习过程中，引导学生分析生活中的电学现象，并进一步与电路理论知识结合起来，对于电气信息类工程人才和科学研究人才培养具有重要意义。生活中不可避免地遇到各种电气故障，例如电压跌落或升高、家电被烧毁、电饭锅指示灯发亮但不煮饭或煮焦饭等等。将电气故障的排查、分析、修复引入电路理论教学，使教学过程更加生动，巩固电路理论知识，激发学生研究型学习的兴趣。
二、基于电气故障探究的电路理论教学方案实践
选取体积不大、轻便、适合课堂演示的常见故障电器，如电饭锅、电话机和电吹风等实物说明故障现象。本文以电饭锅的常见故障为例，引导学生观察发生在身边的电气故障现象，采用所学习的电路知识排查和修复电气故障。努力改变传统的单向传授型课堂教学模式，探索研讨型电路理论课程教学模式。
电饭锅的电气原理图如图1所示，电饭锅具有煮饭、保温、煮粥等功能。电饭锅利用底部的电热盘加热煮饭，按下煮饭按钮，限温开关闭合，电热丝通电加热，煮饭指示灯亮。水沸腾后，锅内温度保持在100 ℃不变。直到饭煮熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高至感温磁钢的居里点温度（103 ℃）时，感温磁钢失去铁磁性，在弹簧作用下，断开限温开关，电热丝断电。同时，由于温度高于70℃，双金属保温开关也处于断开状态，电热丝与保温指示灯、限流电阻R2构成回路，由于限流电阻的存在，此时回路电流很小，电热丝的功率也很小；又由于电热丝的电阻远小于限流电阻，虽然煮饭指示支路与发热丝并联，煮饭指示灯依旧不会发光。当温度下降至70℃以下时，双金属保温开关自动闭合，电热丝又通电加热，但是保温金属片大于电热丝的电阻，所以维持保温状态。如此循环，使锅内米始终保持在70℃上下，而煮粥时串接二极管进行半波整流，功率减小一半，防止溢锅。
1.故障排查——从认识到实践
指导学生拆开电饭锅，认识其中的元器件，画出电路图，利用所学知识分析电饭锅的工作原理。根据电饭锅的工作原理，排查常见故障，锻炼学生实践能力，提升学习兴趣，活跃教学气氛。这是一个从理论到实践的认识过程，可以辅助学生将所学的理想电路图扩展到实际的电路接线，将书本上的理想电路元件符号扩展到实际的电路元器件，增进学生对电路理论知识的感性认识，使原本枯燥乏味的电路符号所表示的元器件生动形象地呈现在学生面前。还应将实际电路连线与故障现象联系起来，如电饭锅煮焦饭，从外部看，煮饭指示灯一直发亮；从内部电路分析，是加热开关或保温开关一直闭合，电热丝长时间加热，锅温长时间保持高温（超过103 ℃）。
从理论到实践的认识过程，为学生创造了主动学习，主动思考的教学氛围，重点培养了学生观察、思考、对比以及分析的能力。
2.故障分析——从实践到认识
根据上述故障现象，组织学生进行讨论，引导学生分析可能的故障原因：一是限温器中起跳弹簧弹力减弱，未能断开加热开关；二是保温器中双金属片未能断开保温开关。二者有一，就导致煮焦饭。故障分析中涉及到的串联、并联、限流、限压、检测、发热、电磁力等知识，加深学生对这些理论的理解。有些知识，如晶体二极管的半波整流可能涉及后续课程，但是这并不影响学生对从实践到理论的过程的理解。同时鼓励学生自学所需要的后续知识，提出改进设计等，培养学生探索、创新意识。
从实践到理论的认识过程，为学生创造了研讨型的教学环境，加深了学生对于理论知识的理解，培养了学生应用电路理论知识分析问题的能力，同时提高了学生追求新知识、探索新方法的兴趣。 3.故障排除——从认识又到实践
为进一步验证故障原因，增加学生的成就感，尝试“小班研讨”教学模式，组织部分学生修复故障设备，实现从认识又返回实践的过程。如对于上述电饭锅煮焦饭的故障，针对故障原因一，可以更换起跳弹簧。针对故障原因二，可调节保温器上的双金属片，使两触头能分离为宜。老师再设置其它故障，让学生重复上述过程，体会成功排除故障后的喜悦，增强学习信心。
从理论到实践的认识过程，为学生提供了开放性实验环境，调动学生学习的积极性和主动性，培养了学生的动手能力和创新能力。
4.教学效果
通过电气故障案例教学，将理论性强、抽象的电路定理、定律和电路的实际应用结合起来，使学生易于理解、掌握，提高学生的学习兴趣和学习效率。另外，将课内的电路理论知识和课外的电气故障结合起来，树立学生理论联系实际的科学观念，提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，激发学生研究型学习的兴趣，调动学生的学习热情。学生反映虽然很多理论在书本中已经学过，很多电子元件在实验室也已经见过，但是却没有接触过实际的电路。经过上述教学实践过程，把实际电路和理想电路有机地联系在一起，使学生也认识到“理论的必要性与局限性：必要性在于理论是认识的基础，而局限性在于理论需要通过认识才能用于实践”。
三、结论
本文探索了一套基于电气故障的电路理论教学法，在电路理论教学中，以生活中几种常见的电气故障为例，引导学生观察故障现象、分析故障原因、修复电气故障，实现从认识到实践，从实践到认识，再从认识到实践的过程。改变以往电路理论教学和实际应用相脱节的教学方式，设计并实现一套分层次、分阶段、循序渐进的教学模式，由浅入深，由简单到综合，课内外结合，鼓励学生应用自己所学的电路理论知识，自主排查和修复电气故障。这样能够开阔学生的视野，提高学生的学习兴趣，加深对电路理论的深入理解，增强学生的工程实践和分析研究意识，使学生能够尽快适应创新实验、毕业设计等实践性较强的学习活动，今后顺利走上工作岗位。
参考文献：
[1]曲晓丽，张晓红.“电路分析”课堂教学方法探讨[J].中国电力教育，2009，（11）.
[2][俄罗斯]捷米尔强，等.电工理论基础[M].第四版.赵伟，肖曦，王玉祥，等，译.北京：高等教育出版社，2011.
[3]于歆杰，朱桂萍，陆文娟，等.“电路原理”课程教学改革的理念与实践[J].电气电子教学学报，2012，（2）.
[4]陈希有.电路理论教程[M].第1版.北京：高等教育出版社，2013.
关键词：电气故障；电路理论；实践；教学
作者简介：周惠巍（1969-），女，吉林长春人，大连理工大学计算机学院，副教授；陈希有（1962-），男，黑龙江哈尔滨人，大连理工大学电气工程学院，教授。（辽宁 大连 116024）
基金项目：本文系大连理工大学教学改革面上基金项目（项目编号：MS201204）的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）33-0108-02
电路理论课程是电气、信通、电子、自动化等电气信息大类专业必修的第一门专业基础课，为大类专业课程提供后续理论支持，起着承前启后的重要作用。在大类培养、精英教育的大背景下，在理论课学时压缩、实验课排课紧张的局面下，任课老师如何将电路理论知识高质量地传授给学生，让更多的学生“入门”电气信息类专业领域，达到应用型和创新型人才培养的目标，已经成为电路课程改革中至关重要的问题。
一、电气故障探究的重要性
当前电路理论课程包括理论教学和实验教学两部分，注重对学生电路分析能力的培养。但是由于课程内容广泛、定理多、概念抽象，对于刚开始接触专业课程的初学者来说，难免感觉枯燥、难学。同时，目前电路理论教学中，常常强调电路的分析技巧，而忽略了电路理论知识的应用背景。这种教学方法虽然能够将知识抽象地传授给学生，但是却没有将电路理论知识和其应用背景联系起来，具有片面性，使得学生对于电路这门学科难以有全面的认识。同时，造成学生在做一般实验，开展创新实验和毕业设计等实践性较强的学习活动中常常遇到困难，走上工作岗位也难以快速适应工作环境。这与目前倡导的主动学习、理论和实践相结合的教学理念相矛盾，也不利于学生科学素质和创新能力的培养。
从电路理论的发展史来看，每一个理论的发现都离不开电学巨匠敏锐的洞察能力、卓越的分析能力，更离不开科学实验的检验。因此，在电路理论课程的学习过程中，引导学生分析生活中的电学现象，并进一步与电路理论知识结合起来，对于电气信息类工程人才和科学研究人才培养具有重要意义。生活中不可避免地遇到各种电气故障，例如电压跌落或升高、家电被烧毁、电饭锅指示灯发亮但不煮饭或煮焦饭等等。将电气故障的排查、分析、修复引入电路理论教学，使教学过程更加生动，巩固电路理论知识，激发学生研究型学习的兴趣。
二、基于电气故障探究的电路理论教学方案实践
选取体积不大、轻便、适合课堂演示的常见故障电器，如电饭锅、电话机和电吹风等实物说明故障现象。本文以电饭锅的常见故障为例，引导学生观察发生在身边的电气故障现象，采用所学习的电路知识排查和修复电气故障。努力改变传统的单向传授型课堂教学模式，探索研讨型电路理论课程教学模式。
电饭锅的电气原理图如图1所示，电饭锅具有煮饭、保温、煮粥等功能。电饭锅利用底部的电热盘加热煮饭，按下煮饭按钮，限温开关闭合，电热丝通电加热，煮饭指示灯亮。水沸腾后，锅内温度保持在100 ℃不变。直到饭煮熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高至感温磁钢的居里点温度（103 ℃）时，感温磁钢失去铁磁性，在弹簧作用下，断开限温开关，电热丝断电。同时，由于温度高于70℃，双金属保温开关也处于断开状态，电热丝与保温指示灯、限流电阻R2构成回路，由于限流电阻的存在，此时回路电流很小，电热丝的功率也很小；又由于电热丝的电阻远小于限流电阻，虽然煮饭指示支路与发热丝并联，煮饭指示灯依旧不会发光。当温度下降至70℃以下时，双金属保温开关自动闭合，电热丝又通电加热，但是保温金属片大于电热丝的电阻，所以维持保温状态。如此循环，使锅内米始终保持在70℃上下，而煮粥时串接二极管进行半波整流，功率减小一半，防止溢锅。
1.故障排查——从认识到实践
指导学生拆开电饭锅，认识其中的元器件，画出电路图，利用所学知识分析电饭锅的工作原理。根据电饭锅的工作原理，排查常见故障，锻炼学生实践能力，提升学习兴趣，活跃教学气氛。这是一个从理论到实践的认识过程，可以辅助学生将所学的理想电路图扩展到实际的电路接线，将书本上的理想电路元件符号扩展到实际的电路元器件，增进学生对电路理论知识的感性认识，使原本枯燥乏味的电路符号所表示的元器件生动形象地呈现在学生面前。还应将实际电路连线与故障现象联系起来，如电饭锅煮焦饭，从外部看，煮饭指示灯一直发亮；从内部电路分析，是加热开关或保温开关一直闭合，电热丝长时间加热，锅温长时间保持高温（超过103 ℃）。
从理论到实践的认识过程，为学生创造了主动学习，主动思考的教学氛围，重点培养了学生观察、思考、对比以及分析的能力。
2.故障分析——从实践到认识
根据上述故障现象，组织学生进行讨论，引导学生分析可能的故障原因：一是限温器中起跳弹簧弹力减弱，未能断开加热开关；二是保温器中双金属片未能断开保温开关。二者有一，就导致煮焦饭。故障分析中涉及到的串联、并联、限流、限压、检测、发热、电磁力等知识，加深学生对这些理论的理解。有些知识，如晶体二极管的半波整流可能涉及后续课程，但是这并不影响学生对从实践到理论的过程的理解。同时鼓励学生自学所需要的后续知识，提出改进设计等，培养学生探索、创新意识。
从实践到理论的认识过程，为学生创造了研讨型的教学环境，加深了学生对于理论知识的理解，培养了学生应用电路理论知识分析问题的能力，同时提高了学生追求新知识、探索新方法的兴趣。 3.故障排除——从认识又到实践
为进一步验证故障原因，增加学生的成就感，尝试“小班研讨”教学模式，组织部分学生修复故障设备，实现从认识又返回实践的过程。如对于上述电饭锅煮焦饭的故障，针对故障原因一，可以更换起跳弹簧。针对故障原因二，可调节保温器上的双金属片，使两触头能分离为宜。老师再设置其它故障，让学生重复上述过程，体会成功排除故障后的喜悦，增强学习信心。
从理论到实践的认识过程，为学生提供了开放性实验环境，调动学生学习的积极性和主动性，培养了学生的动手能力和创新能力。
4.教学效果
通过电气故障案例教学，将理论性强、抽象的电路定理、定律和电路的实际应用结合起来，使学生易于理解、掌握，提高学生的学习兴趣和学习效率。另外，将课内的电路理论知识和课外的电气故障结合起来，树立学生理论联系实际的科学观念，提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，激发学生研究型学习的兴趣，调动学生的学习热情。学生反映虽然很多理论在书本中已经学过，很多电子元件在实验室也已经见过，但是却没有接触过实际的电路。经过上述教学实践过程，把实际电路和理想电路有机地联系在一起，使学生也认识到“理论的必要性与局限性：必要性在于理论是认识的基础，而局限性在于理论需要通过认识才能用于实践”。
三、结论
本文探索了一套基于电气故障的电路理论教学法，在电路理论教学中，以生活中几种常见的电气故障为例，引导学生观察故障现象、分析故障原因、修复电气故障，实现从认识到实践，从实践到认识，再从认识到实践的过程。改变以往电路理论教学和实际应用相脱节的教学方式，设计并实现一套分层次、分阶段、循序渐进的教学模式，由浅入深，由简单到综合，课内外结合，鼓励学生应用自己所学的电路理论知识，自主排查和修复电气故障。这样能够开阔学生的视野，提高学生的学习兴趣，加深对电路理论的深入理解，增强学生的工程实践和分析研究意识，使学生能够尽快适应创新实验、毕业设计等实践性较强的学习活动，今后顺利走上工作岗位。
参考文献：
[1]曲晓丽，张晓红.“电路分析”课堂教学方法探讨[J].中国电力教育，2009，（11）.
[2][俄罗斯]捷米尔强，等.电工理论基础[M].第四版.赵伟，肖曦，王玉祥，等，译.北京：高等教育出版社，2011.
[3]于歆杰，朱桂萍，陆文娟，等.“电路原理”课程教学改革的理念与实践[J].电气电子教学学报，2012，（2）.
[4]陈希有.电路理论教程[M].第1版.北京：高等教育出版社，2013.