供變電技術課程控制信號回路章節的可視化教學法

屈志堅

摘要：斷路器控制信號回路章節部分，一直是電氣工程學科供變電技術課程講解的重點、難點，從由平面剖圖認識繼電器到實物可視化觀察、理解觸點圖和斷路器動作前位置狀態、教師講解斷路器手動合閘過程的原理和學生分組討論斷路器分閘過程等四個方面進行了可視化圖形流程教學法實踐，教學實踐表明，可視化教學法能使抽象的供變電控制信號回路形象化、實物化，使靜態圖片變成動畫，強化了學生的感性認知，可以促進教學互動，突破供變電技術專業課程的教學難點，更好地為學習專業課程提供參考借鑒。

關鍵詞：專業課程;可視化教學法;控制信號回路;元件實物

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）42-0169-02

供變電技術是電氣工程學科的重要核心專業課程之一，屬于電氣工程師職業資格證書供配電專業考試的重要內容，其中燈光監視的斷路器控制信號回路這一章，是該課程的重點和難點，由于控制元件的觸點多、繼電器連接關系復雜，很多學生在課程考試中暴露出很難掌握該章節的關鍵內容。因此，如何指導本科電氣工程學生學好該門課程，牢固掌握專業知識，具有非常重要的意義。

通過可視化的圖形流程教學法，運用教師先預演講授、學生理解后敘述的教學手段，讓學生更直觀、更加深刻地理解供變電技術的原理，對學生掌握好專業知識，為工程應用奠定更好的基礎。

一、認識繼電器

繼電器，通常用于自動化控制電路中，是用小電流回路去控制大電流回路動作的一種“自動開關”。作為以弱控強的典型控制元件，在輸入激勵量的變化達到某一個規定的值時，電氣輸出電路中使被控制量發生變化，在電路中起安全保護和電路切換的作用。在教材中繼電器電路圖的圖形符號也包括兩個部分：一部分用長方框表示線圈，另一部分用一對接點符號表示觸點組合。

電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、可動銜鐵和觸點簧片等部分組成，由于教材只能通過平面剖圖給出繼電器的內部結構，并在此平面圖的基礎上討論繼電器的電磁動作及其恢復的原理，這并不能很好地展示繼電器本身的立體空間構造，使部分空間感不強的學生不能真正理解和明白繼電器觸點的控制動作全過程，但繼電器觸點的控制動作全過程分析，是供變電技術課程中斷路器控制信號回路的基礎，該部分不完全掌握，就可能會導致對斷路器分閘過程和合閘過程的理解混亂。因此，為了增加對繼電器原件內部空間結構的認識和理解繼電器的觸點標記，有必要將若干實際的繼電器帶入課堂，以華東交通大學的軌道交通供變電技術小班教學為例，小班共32位同學，教師課前帶入4個繼電器，將同學按照座位順序分為4個小組，每組分配一個繼電器傳閱，按每2人給出3分鐘的認知時間，共計12分鐘內，教師在課堂上通過繼電器的平面剖圖在屏幕上指明各個部分的名稱，學生對應實物觀察，重點是要求指明線圈、觸點及觸點標記。

由于控制信號回路中的繼電器多、電路復雜，涉及電路原理、電磁場等先修課程，工程實踐性強，導致教學難度大。在正式參加工作之前，作為本科學生很難獲得機會在現場獲得長期的實踐學習。所以，在平面圖和實物可視化的條件下，按照學生的分組，讓不同組的學生互相提問和互相回答，老師先引導學生們認識繼電器的作用，之后，通過提問的方式，指導繼電器原理的講解。

二、理解斷路器動作前位置狀態

斷路器的初始位置狀態決定斷路器輔助觸點狀態，斷路器的輔助觸點的分合，對斷路器的動作過程至關重要。初始狀態需要確定的內容包括：斷路器輔助觸點狀態、LW2系列控制開關的操作手柄、信號燈、觸點盒和控制面板，包括觸點盒的節數是多少？怎么安裝在開關轉軸上的？每一節觸點盒里面有多少個定觸點和多少副動觸片？

教師課前帶入1個控制開關，供同學傳閱和課間討論，由老師在課堂試驗一下KK手柄從跳閘后正轉90度到預備合閘位置，然后再正轉45度到合閘位置，之后松開，讓學生觀察開關手柄自動反轉45度，回到合閘后位置。

學生進行可視化觀察完成后，依次讓學生試驗一下相反的過程，即：KK手柄從合閘后反轉90度到預備分閘位置，然后再反轉45度到分閘位置，之后松開，讓學生感受開關手柄自動反轉45度，回到分閘后位置。

在學生操作過程中，讓同組同學記錄下開關手柄在不同位置時對應的觸點接通表，為手動分閘和手動合閘過程做好準備。

三、講解手動合閘過程原理

1.利用回路可視化的模擬演示教學，由老師先講授斷路器控制信號回路的合閘過程，并告知學生認真聽講，講解完成后將隨機抽取同學講述斷路器控制信號回路的分閘過程，有利于讓同學注意集中精力。

2.在展開圖中標出各元件的新符號對應的舊符號，如圖1中用括號標識的元件符號名稱，如圖1中的電源正極+WFL（對應舊符號為KM），并從初始條件時的狀態開始，首先確定斷路器各個輔助觸點的狀態，按照先一次、后二次，先交流部分、后直流部分，先線圈、后觸點，先上后下、先左后右的原則進行分析。

3.再根據圖1的可視化展開圖，由手柄位置分析出觸點閉合情況，由閉合觸點依次確定哪一個回路接通？亮平光還是亮閃光？哪個繼電器動作？

4.按照接通回路中電流流過元件的先后次序，由電源正極至電源負極，給出電路的通路，如圖1斷路器預備合閘回路的可視化分析中的回路路徑從（+WFL）至（-WC）為：

（+WFL）-SA（9-10）-HGn-1R-QF1-KMC-2FU-（-WC）。

四、分組討論敘述分閘過程

在教師講授完成斷路器的合閘動作過程后，按照讓各組同學們先主動敘述后挑選敘述的原則，由4組中每組選一位同學為組代表，分別敘述各個階段的原理：由第1位同學敘述斷路器分閘過程的全部初始狀態，第2位同學敘述斷路器預備分閘的過程，第3位同學敘述分閘的過程，第4位同學敘述分閘后的過程，每組敘述完成后允許同組人員適當補充，作為老師記錄敘述同學和主動補充同學的平時成績的一個重要依據。

利用可視化的“教”到“學”的全過程可視流程教學方法，在華東交通大學軌道交通供變電技術課程教學中進行了實踐，使學生能充分發揮主觀能動性，提高專業課程的理論學習水平和動手實踐能力、分析思考能力，突破供變電技術專業課程的學習難點，更好地為學生學習專業課程服務。

參考文獻：

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[3]王勛.電氣化鐵道概論[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

Visual Teaching Method for Control Signal Circuit Chapter in The Course of Power Supply Transformer

QU Zhi-jian

（School of Electrical and Electronic Engineering，East China Jiaotong University，Nanchang，Jiangxi 330013，China）

Abstract：The part of the circuit breaker control signal circuit has been the focus and difficult content of explanation of electrical ?technology courses in electrical engineering discipline，there from four aspects to take practice in visual graphic flow teaching ?method，including understand relay from the plane sectional drawing to visual observation，understand the contact diagram and the status ?of the circuit breaker action，the principle of the manual closing process of the circuit breaker explained by teacher and divide the ?students into groups to discuss circuit breaker switching process.The teaching practice shows that the visual teaching method can make ?the abstract power control signal loop in kind and visualization，make the static picture into cartoon，strengthen the students' perceptual knowledge，promote interaction between teaching and learning，make a breakthrough in the teaching difficulties of the ?course of power transformer technology and provide reference for learning the professional courses.

Key words：professional courses;visual teaching method;control signal circuit;component object