賴樹明 韓清濤 宋躍 李艷霞 楊杰 葉海

(東莞理工學(xué)院 電子工程學(xué)院，廣東東莞 523808)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是現(xiàn)代教學(xué)體系中不可缺少的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的重要手段和必要途徑［1］。在以往的教學(xué)中，普遍對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不夠重視。面對(duì)不同專業(yè)背景的學(xué)生，怎樣提高他們的動(dòng)手能力，是擺在實(shí)驗(yàn)老師面前的難題。筆者在長(zhǎng)期的電工實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，采用分層次教學(xué)、實(shí)物教學(xué)等教學(xué)方法，收到了良好的效果。

1 研究背景

東莞理工學(xué)院電工實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室是省級(jí)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，面向全校文科、理科近10 個(gè)專業(yè)，全年培訓(xùn)學(xué)生600 人以上。電工實(shí)訓(xùn)是對(duì)前面學(xué)習(xí)了電工學(xué)或電路分析等基礎(chǔ)知識(shí)后的再深入學(xué)習(xí)、鞏固，是理論聯(lián)系實(shí)際而又偏向應(yīng)用的一門實(shí)踐課程。該課程主要講述電工基本知識(shí)與操作、電工儀表、照明電路、電機(jī)與變壓器、低壓電器、電動(dòng)機(jī)控制等內(nèi)容，為學(xué)習(xí)好后續(xù)課程如電機(jī)拖動(dòng)、可編程控制器等打下基礎(chǔ)，強(qiáng)化學(xué)生的工程化觀念和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。然而，電工實(shí)習(xí)與其它實(shí)驗(yàn)課程的考核體系一樣，與實(shí)際要求存在著較大的差距，主要表現(xiàn)有:

1)電工實(shí)習(xí)的教學(xué)模式與卓越工程師計(jì)劃要求不符。當(dāng)今要注重基本知識(shí)的傳授，實(shí)驗(yàn)性統(tǒng)一性強(qiáng)，現(xiàn)有的培養(yǎng)模式未能體現(xiàn)多樣性和創(chuàng)造性。

2)教學(xué)內(nèi)容陳舊，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多，設(shè)計(jì)性的少，并且實(shí)驗(yàn)手段落后，未能及時(shí)將計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)引入到實(shí)驗(yàn)中來(lái)。

3)評(píng)價(jià)系統(tǒng)不盡合理，實(shí)驗(yàn)考核方式單一，不同專業(yè)參差不齊的學(xué)生一視同仁，不能體現(xiàn)差別，創(chuàng)新激勵(lì)不夠［2－3］。

2 教學(xué)改革

電工實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室2010年之前的主要設(shè)備有自行研制的3 種不同實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)共60 套及三相電機(jī)40 臺(tái). 2010年電工實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室成為了我校省級(jí)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，目前已建成了一個(gè)全新的150 多平方米的電工實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室，有50 套綜合電工柜、100 臺(tái)三相電機(jī)及各種電工儀器設(shè)備，主要面向全校學(xué)生。按照教學(xué)大綱的要求，該課程實(shí)踐學(xué)時(shí)為1 周，1 個(gè)學(xué)分，必修課。

2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與目標(biāo)調(diào)整

教學(xué)目標(biāo):基本掌握常用儀表和低壓電器的工作原理和使用方法;能夠利用電器元件連接成實(shí)際電路;能夠進(jìn)行電路的故障排查;能夠進(jìn)行獨(dú)立思考，且能夠進(jìn)行一些新的設(shè)計(jì)和調(diào)試;培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的作風(fēng)，牢固樹立安全用電意識(shí)［4］。

教學(xué)內(nèi)容:電工基本常識(shí)與操作、電工儀表、單相照明電路、三相照明電路、電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)控制電路、電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路、電動(dòng)機(jī)聯(lián)動(dòng)(順序控制)控制、電動(dòng)機(jī)定時(shí)自動(dòng)控制、電動(dòng)機(jī)定子繞組Y－△換接降壓?jiǎn)?dòng)控制電路等。

電工實(shí)訓(xùn)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的重要途徑之一，是理論教學(xué)與實(shí)踐的完美結(jié)合，我校電工實(shí)訓(xùn)的理論環(huán)節(jié)包括模擬電路、數(shù)字電路、電工學(xué)等電子基礎(chǔ)理論知識(shí)，實(shí)踐環(huán)節(jié)包括電工基本工藝、連接和調(diào)試實(shí)際電路、故障分析修復(fù)、設(shè)計(jì)和調(diào)試新功能電路。理論方面，依靠PPT 演示、電工實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng)［5］、實(shí)物教學(xué)使學(xué)生對(duì)電工技術(shù)基礎(chǔ)理論知識(shí)有全面的了解，在充分理解的情況下進(jìn)行實(shí)踐操作，遇到錯(cuò)故障時(shí)以引導(dǎo)的方式讓學(xué)生自己根據(jù)電路圖查找原因并解決，鍛煉學(xué)生思考問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法與手段改進(jìn)

對(duì)于電工實(shí)訓(xùn)的理論課程，我校僅安排6 個(gè)學(xué)時(shí)，而實(shí)踐環(huán)節(jié)也僅有24 個(gè)學(xué)時(shí)，由于學(xué)時(shí)有限，授課方式僅限于統(tǒng)一集中講解和實(shí)踐操作，師生之間沒(méi)有充分的互動(dòng)，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，以至于制約學(xué)生發(fā)展的積極性和創(chuàng)新性。與此相關(guān)的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容如單相、三相照明電路、電動(dòng)機(jī)控制電路等，內(nèi)容陳舊，缺乏新意，已經(jīng)無(wú)法滿足學(xué)生對(duì)新知識(shí)的探求，學(xué)生的水平只能停留在根據(jù)電路圖進(jìn)行簡(jiǎn)單連接和調(diào)試，了解一般常用元器件。正是由于學(xué)時(shí)少，方式單一，內(nèi)容陳舊的限制，學(xué)生在綜合應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力達(dá)不到更深層次的發(fā)展，不利于培養(yǎng)學(xué)生成為設(shè)計(jì)型、創(chuàng)造型的人才。因此，我們根據(jù)最新技術(shù)的發(fā)展，重新設(shè)計(jì)多種控制電路圖，以貼近實(shí)用性。在上課的過(guò)程中，增加討論環(huán)節(jié)和問(wèn)答環(huán)節(jié)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

2.3 實(shí)驗(yàn)考核改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)室使用的是36V/220V/380V 的電壓，授完理論課后，就開始進(jìn)行實(shí)操. 但由于學(xué)生剛開始時(shí)對(duì)電工柜的布局不熟悉，對(duì)于哪些是控制電壓36V，哪些是電機(jī)工作電壓220V/380V 比較容易搞混亂，并對(duì)電的安全意識(shí)很薄弱。雖然，在實(shí)驗(yàn)前，老師反復(fù)強(qiáng)調(diào)安全意識(shí)，但是實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不對(duì)，學(xué)生就有急于帶電拆線更正的危險(xiǎn)動(dòng)作，一味追求實(shí)驗(yàn)速度，完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，忽略實(shí)驗(yàn)真正目的。因此，引入競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，在追求速度的同時(shí)，更注重實(shí)驗(yàn)效果。如在實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)反復(fù)檢查后再上電，如果上電燒掉保險(xiǎn)絲就要扣分。所以，既追求實(shí)驗(yàn)速度，又能保證實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，而且在指導(dǎo)老師檢查實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)其中的電路有問(wèn)答環(huán)節(jié)，全部答對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)才能算過(guò)關(guān)，使學(xué)生不單是機(jī)械的接線工。

2.4 加強(qiáng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

在以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對(duì)待文科、理科學(xué)生授課的內(nèi)容一樣，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也一樣，并沒(méi)有根據(jù)學(xué)生的專業(yè)背景、培養(yǎng)目標(biāo)而區(qū)分對(duì)待。使得有一些文科的學(xué)生對(duì)于電工的內(nèi)容感到一頭霧水，而一些專業(yè)基礎(chǔ)比較好的學(xué)生(如電子卓越班的學(xué)生)感覺(jué)到太簡(jiǎn)單，不利于各類學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中在各自的“最近發(fā)展區(qū)域內(nèi)”得到充分發(fā)展。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)出功能一樣而實(shí)現(xiàn)方式不同的多個(gè)控制電路圖，采用分層次教學(xué)方法，對(duì)不同專業(yè)背景、不同能力的學(xué)生采用同樣功能但不同實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的教學(xué)方式，使他們能充分的學(xué)到專業(yè)所需要的知識(shí)［6］。

2.5 引領(lǐng)學(xué)生參加各種電子比賽

在上電工實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)課時(shí)，有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生參加電子的各種比賽. 如西門子杯全國(guó)大學(xué)生工業(yè)自動(dòng)化挑戰(zhàn)賽、中國(guó)機(jī)器人大賽暨RoboCup 公開賽、全國(guó)大學(xué)生電子信息實(shí)踐創(chuàng)新作品評(píng)選等，更進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的動(dòng)手能力。

另外，電工實(shí)訓(xùn)時(shí)間安排不合理。電工實(shí)訓(xùn)作為電子工程學(xué)院的一個(gè)特色實(shí)踐環(huán)節(jié)，一般參加實(shí)習(xí)的人員為一、二年級(jí)的學(xué)生，實(shí)習(xí)時(shí)間一般會(huì)被安排在每一個(gè)學(xué)期臨近期末考試的幾周。然而這個(gè)時(shí)間段一般是學(xué)生最忙碌的時(shí)候:復(fù)習(xí)、期未考試、課程設(shè)計(jì)，這種超負(fù)荷的壓力導(dǎo)致大部分學(xué)生從思想上不重視這一門課，在實(shí)習(xí)期間敷衍了事，無(wú)法集中精力在電工實(shí)訓(xùn)上。因此，將電工實(shí)訓(xùn)由集中到一個(gè)星期改為像其它專來(lái)課分散的來(lái)上，收到較好的效果。

3 設(shè)計(jì)實(shí)例

在電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)中有電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)控制電路、電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路、電動(dòng)機(jī)聯(lián)動(dòng)(順序控制)控制、電動(dòng)機(jī)定時(shí)自動(dòng)控制、電動(dòng)機(jī)定子繞組Y－△換接降壓?jiǎn)?dòng)控制電路，為了讓學(xué)生有目的地進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，培養(yǎng)多層次的人才，在教學(xué)內(nèi)容與方式上都應(yīng)分層次。下面以在日常教學(xué)中的一個(gè)實(shí)驗(yàn)——電動(dòng)機(jī)定時(shí)自動(dòng)控制作為例子來(lái)說(shuō)明。

3.1 文科班的學(xué)生采用電路功能性作為教學(xué)重點(diǎn)

電路原理:SB3 按下去，KM3 得電聯(lián)鎖，HL2 亮，2－58 和2－59 閉合，電動(dòng)機(jī)1 工作，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器KT1，定時(shí)器常開3－49 和3－50 閉合，KM4 得電聯(lián)鎖，3－1 和3－2 閉合，HL3 亮，電動(dòng)機(jī)2工作，同時(shí)3－3 和3－4 斷開，定時(shí)器停止工作，這時(shí)，電動(dòng)機(jī)1 和電動(dòng)機(jī)2 同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，按下SB2，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

上課前，老師給學(xué)生帶有網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)的控制電路圖如圖1，要求學(xué)生能讀電路圖，并且能根據(jù)電路圖中的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)在電工柜接好線，排除故障，將兩臺(tái)電機(jī)定時(shí)自動(dòng)功能演示出來(lái)。對(duì)于先做完的學(xué)生，可以獲得加分，以此調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，但如果在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，粗心大意，沒(méi)有按要求接好線，導(dǎo)致保險(xiǎn)絲燒壞，要扣分，通過(guò)這些措施使學(xué)生能認(rèn)真的完成實(shí)驗(yàn)。

圖1 電動(dòng)機(jī)定時(shí)自動(dòng)控制1

3.2 理工科的學(xué)生采用電路原理作為教學(xué)重點(diǎn)

電路原理:SB3 按下去，KM3、KM4、KT1 得電，電動(dòng)機(jī)1、電動(dòng)機(jī)2 工作，經(jīng)過(guò)KT1 延時(shí)，電動(dòng)機(jī)1 停止并啟動(dòng)定時(shí)器KT2，經(jīng)過(guò)KT2 延時(shí)，電動(dòng)機(jī)2 停止工作，同時(shí)KT1、KT2 停止工作。

理工科的學(xué)生在做電工實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)時(shí)，在文科要求的基礎(chǔ)上，增加難度。首先，老師提前給學(xué)生提供一張沒(méi)有帶網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)的控制電路圖如圖2，要求學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，并且在老師檢查時(shí)，不單演示功能，還能淮確分析控制電路圖的原理，指出電路圖中每一個(gè)元器件的名稱和在電路中的作用。

3.3 卓越班的學(xué)生采用電路設(shè)計(jì)作為教學(xué)重點(diǎn)

電路原理:按下按鈕，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的定時(shí)控制。

卓越班的學(xué)生在做電工實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)時(shí)，在理科要求的基礎(chǔ)上，增加難度。首先，老師提供給學(xué)生一張沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)沒(méi)有元件名稱的電路圖如圖3，要求學(xué)生在電路圖的基礎(chǔ)上分析設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的定時(shí)控制，在電工柜實(shí)現(xiàn)，并要求學(xué)生能根據(jù)實(shí)驗(yàn)老師現(xiàn)場(chǎng)提出的一些設(shè)計(jì)需求做出相應(yīng)的改動(dòng)。

圖2 電動(dòng)機(jī)定時(shí)自動(dòng)控制2

圖3 電動(dòng)機(jī)定時(shí)自動(dòng)控制3

4 改革效果

已完成的部分實(shí)踐表明，通過(guò)分層次教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，把知識(shí)的傳授和能力的培養(yǎng)有效地結(jié)合起來(lái)，將單一的教學(xué)模式轉(zhuǎn)化為多元化分層次的教學(xué)模式，可以有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和創(chuàng)新性，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)、一絲不茍的工作作風(fēng)，以適應(yīng)社會(huì)對(duì)當(dāng)代大學(xué)生的要求。

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