劉小濤

(福州建筑工程職業(yè)中專學(xué)校 福建 福州 350007)

實驗是研究和了解自然科學(xué)的主要手段，也是工程技術(shù)不可或缺的重要組成部分。實驗在幫助學(xué)生理解許多自然科學(xué)概念，有效的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面有著重要的作用。《電工基礎(chǔ)》是中等職業(yè)學(xué)校所有機電、電器類相關(guān)專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程，也是實驗性很強的一門課程。電工實驗在《電工基礎(chǔ)》教學(xué)中扮演著重要的作用，它如同一座橋梁，讓你更深一步了解電工基礎(chǔ)。對電工基礎(chǔ)教師來說，電工實驗的有效應(yīng)用可以激發(fā)課堂活力，促進(jìn)學(xué)生對電工知識的理解，幫助學(xué)生有效的提高電工技能。如何有效的設(shè)置電工實驗，才能提高實驗效果,使電工課堂教學(xué)收益最大化。這個問題，許多電工基礎(chǔ)教師都有思考過，都會有自己的想法，筆者將自己的見解分享如下，以此共勉。

1.對電工實驗進(jìn)行有效的分類

在《電工基礎(chǔ)》的理論課中，我們時常運用實驗來驗證定律等理論知識或利用實驗引起學(xué)生興趣，導(dǎo)入課堂。在實踐課中，教師通過實驗來提高學(xué)生的動手能力。實驗在電工教學(xué)中扮演著非常重要的角色。鑒于實驗所用的場合、作用不同，筆者會將實驗分為三類：驗證性實驗、探究性實驗以及實訓(xùn)性實驗，驗證性實驗根據(jù)課程的要求應(yīng)用于理論教學(xué)中，能夠協(xié)助學(xué)生理解，幫助學(xué)生掌握相關(guān)知識點，同時可以配置相關(guān)實驗課；探究性實驗可以應(yīng)用于某個定律或結(jié)論的研究，或者那些因素會影響某個物理量，再獲某個物理量是怎么影響其他物理量或物理現(xiàn)象等需要學(xué)生自己探究性學(xué)習(xí)的實驗；實訓(xùn)性實驗一般是電工基礎(chǔ)的應(yīng)用，我會把它單獨列出來，設(shè)置為實訓(xùn)課。根據(jù)分類的不同，將不同實驗靈活運用于課堂，來提高實驗的效果，達(dá)到課堂最大化。

在筆者看來，只有有效的分類實驗，才會使實驗?zāi)軌蛭锉M所用。驗證性實驗可以讓學(xué)生更好的理解理論知識，尤其是許多定律內(nèi)容，一般應(yīng)用于電相關(guān)現(xiàn)象的產(chǎn)生，課堂定理定律的理解，電工元器件工作原理的理解等，如基爾霍夫定律的驗證；探究性實驗通常是以學(xué)生為主體，教師拋出問題，學(xué)生自己組織實驗，來得到結(jié)論，并與已知結(jié)論相比較，看自己所得到的結(jié)果跟課本理論是否相一致，如平行板電容器電容的大小與那些因素有關(guān)；實訓(xùn)實驗是基于電工理論，然后得到生活中的許多應(yīng)用，學(xué)生需要熟練掌握它，進(jìn)而提升自己的動手能力和專業(yè)能力，如熒光燈的安裝與調(diào)試。

三類實驗作用不同，應(yīng)用于課堂的形式也不同，當(dāng)然在課堂中所要達(dá)到的要求和目標(biāo)也是不同的，所以進(jìn)行歸類，才能有效的應(yīng)用于不同的課堂中。如我們在講正弦交流電的時候，引入線圈在磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交流電實驗(如圖1)，驗證交流電產(chǎn)生的現(xiàn)象，可以作為驗證性實驗或探究性實驗，如果作為實訓(xùn)實驗來做的話，效果和目標(biāo)都發(fā)生了改變，并且本實驗跟實際生活應(yīng)用還是有差別的，整體課堂效果就會打了折扣。根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和自己手中教材，筆者將電工基礎(chǔ)中的部分章節(jié)某些實驗進(jìn)行了一下整理分類(見表1)。

圖1 線圈在磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交流電 圖2 奧斯特實驗

表1 部分章節(jié)實驗分類表

2.理論課中要融入實驗，讓學(xué)生感受電工結(jié)論真切

在前面講述中，驗證性實驗和探究性實驗可以引入課堂，能夠給理論課堂帶來出其不意的效果。首先可以用實驗來導(dǎo)入課堂，當(dāng)利用實驗導(dǎo)入課堂時，會引起學(xué)生的注意力，能夠跟著老師的思路走進(jìn)本節(jié)課內(nèi)容，如在講電流的磁效應(yīng)時，先采用了磁鐵和小磁針相互吸引的效果，緊接著將1820年丹麥物理學(xué)家奧斯特做過的實驗(見圖2)引入，當(dāng)學(xué)生看見小磁針在導(dǎo)線的通電的一瞬間動了的時候，頓時來了興趣。在接下來的課電流的磁場中，學(xué)生也會積極的參與進(jìn)來并會思考簡單的電流磁現(xiàn)象。

其次把驗證性的實驗引入課堂，比如利用實驗來驗證各種定律，會促進(jìn)學(xué)生對結(jié)論的理解和掌握。在講基爾霍夫電流定律的時候，引入了實驗進(jìn)行驗證(電路圖見圖3)，分別采用了三臺萬用表(作為電流表)測三個支路電流，多次更改電路中的電阻和電源大小，讓同學(xué)們一起來見證三條支路電流關(guān)系，也就是I1、I2、I3之間存在的關(guān)系，為了讓同學(xué)相信實驗的真實性，老師來指導(dǎo)，請1位同學(xué)來操作，1位同學(xué)做記錄，并且通過課堂內(nèi)的實物投影儀將所測結(jié)果實時投到多媒體上，讓大家看到數(shù)據(jù)的真實性，進(jìn)而得到了基爾霍夫電流定律的內(nèi)容。在上這節(jié)課時有實驗支撐的課堂會比純理論課堂有趣的多。同時通過電工實驗，可以將一些抽象的電工理論(如基爾霍夫定律)，變得相對直觀，形象，進(jìn)而吸引學(xué)生注意力，創(chuàng)設(shè)科學(xué)的學(xué)習(xí)氛圍，使其更容易掌握本節(jié)課的內(nèi)容。

圖3 基爾霍夫電流定律實驗電路圖

探究性實驗需要學(xué)生自己實驗、探索、分析然后得出結(jié)論，這種實驗更能夠提高學(xué)生分析和解決問題的能力以及科學(xué)精神和創(chuàng)新意識。把探究性實驗引入中職學(xué)生的課堂，讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)，對中職學(xué)生有點難，所以老師應(yīng)該合理的設(shè)置，并適當(dāng)?shù)慕o學(xué)生提示，或給學(xué)生提供相關(guān)資料幫助學(xué)生去設(shè)計實驗、分析探究。在講正弦交流電時，可以給學(xué)生提供電阻、多種電容、多種電感，以及提供安全的交流電，直流電及相關(guān)測量工具，讓學(xué)生探究電阻、電容、電感是對兩種電路有什么影響、某種電器元件的大小對交流電和直流電的影響，交流電頻率對阻抗的影響。根據(jù)老師提供的資料，學(xué)生自己來設(shè)計實驗，通過探索、分析然后得出純電阻電路、電感電路、電容電路的各個物理量之間的關(guān)系。

3.實訓(xùn)類實驗課要單獨設(shè)置，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力

在電工基礎(chǔ)學(xué)習(xí)當(dāng)中，還會加入許多實驗，只是這些實驗一般是某個工具的使用、某個原理或結(jié)論的應(yīng)用，都是以提高學(xué)生動手能力、電路應(yīng)用能力為主的實驗。例如萬用表的使用，示波器的使用就是工具的使用，在學(xué)習(xí)單相交流電時，筆者會設(shè)置幾個單相交流電應(yīng)用的實驗，比如最簡單的一控一照明電路、二控一照明電路、三控一照明電路，讓學(xué)生掌握家庭生活中的正相交流電的應(yīng)用。在學(xué)習(xí)三相交流電的應(yīng)用時，最具有代表性的應(yīng)用就是三相異步電動機的應(yīng)用，筆者會設(shè)置三相異步電動機的電動控制和正反轉(zhuǎn)控制電路，目的讓學(xué)生充分理解三相電的應(yīng)用。無論是工具的使用或者是某個理論的應(yīng)用，都屬于電工技術(shù)技能的范疇，需要反復(fù)的練習(xí)，方能掌握。

對于這些需要掌握的技能型實驗，筆者會把這些單獨的列出來，然后進(jìn)行整理，作為實訓(xùn)性實驗，學(xué)生需要在這些實驗中掌握基本的電工技能。這些單列的實驗可以統(tǒng)一放到學(xué)期末進(jìn)行綜合技能實訓(xùn)，或者單獨設(shè)置為一門課程電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能訓(xùn)練。

4.適當(dāng)?shù)男薷膶嶒灒黾訉嶒灥陌踩院蛧?yán)謹(jǐn)性

在《電工基礎(chǔ)》這門課中，許多教材都會采用了大量的實驗，但是每個實驗并不是可以拿來就可以用的，許多實驗具有實驗效果，但是有的實驗存在安全隱患，有的實驗效果并沒有那么好，有的實驗需要相對好的外部實驗環(huán)境。凡是教過《電工基礎(chǔ)》的老師，用課本實驗去驗證結(jié)論時，總會發(fā)現(xiàn)遇到各種各樣的問題，所以教材上的實驗需要修改的更加嚴(yán)謹(jǐn)，效果更加明顯，才會讓學(xué)生感受到科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)，實驗結(jié)論的正確。

筆者也從安全性、可操作性、效果三個方面去修改過許多實驗。首先，從安全性方面考慮實驗，課本中的實驗有時候只考慮了效果，并沒有去考慮可能發(fā)生的安全問題，這些問題可能燒毀電路中的電源，甚至不小心可能引起更大的安全問題，所以大家在使用課本實驗時，要再三考慮它是否存在安全隱患。在教閉合電路的歐姆定律時，用到的實驗端電壓實驗，其中課本的實驗電路圖(如圖3)所示，這里面一個可變電阻(滑動變阻器)，當(dāng)滑動變阻器調(diào)為最小時也就是為0時，相當(dāng)于將電源的正負(fù)極連接到了一起，出現(xiàn)了短路的現(xiàn)象。經(jīng)過整改，新添加一個電阻R′(如圖4)，并把此電阻作為電池內(nèi)阻，整個電路就會變得相對安全。

其次，從可操作性上面考慮實驗，課本中實驗實施中有的可操作性并不是很好，有時候會受環(huán)境、設(shè)備的影響，需要大家采用合理的方法，對實驗進(jìn)行有效的改造，方可以使用。在做平行板電容器電容與那些因素有關(guān)時，有的課本沒有提到用那種方法使鋁板帶電，有的課本提供了用毛皮去摩擦玻璃棒，然后玻璃棒觸碰鋁板，讓鋁板帶電，筆者發(fā)現(xiàn)了摩擦了一個上午，效果沒有，然后通過改造實驗，用靜電感應(yīng)起電機起電，才產(chǎn)生了很好效果，但是在做實驗室有的時候效果好，有的時候效果很差，最好找了好多原因，比如鋁板的支架，連接用的導(dǎo)線，還有比較突出的原因就是當(dāng)時實驗的天氣，如果天氣潮濕，鋁板放電迅速，導(dǎo)致實驗效果很差，所以最好選擇干燥的天氣來做這次實驗。所以有的實驗實施中可操作性并不是很好，有時候會受外界環(huán)境的影響，需要大家采用合理的途徑，選用合理的時間，將實驗進(jìn)行有效的改造，才能使其很好的應(yīng)用。

再次，從效果上面考慮實驗，有部分實驗實際效果跟課本上描述是有差別的，只有親自做過才會發(fā)現(xiàn)問題，大家可以去改造實驗，使效果更好一點。在上電容器章節(jié)時，會遇到電容器的充電和放電實驗，在電容器充電時候，LED燈會緩緩的變暗，直到最后LED燈會全部滅掉，表示充電完成，但是筆者在做實驗時，發(fā)現(xiàn)過了很久，LED燈還是會有微弱的光，量一下電壓差，還是有大約0.7V以上的電壓在上面，通過改變供電電源，最后勉強使效果變得好一點，最后LED燈滅掉了。所以有時候在講實驗時，真的要自己去做，才會發(fā)現(xiàn)實驗中存在的問題。能夠完善一個實驗是一個電工教師必備的能力。

5.重視仿真實驗，仿真實驗是實驗的重要組成部分

電工教師在上課時，有時候會發(fā)現(xiàn)做實驗的材料或設(shè)備并不齊全，或者有些實驗存在安全隱患問題等，如三相異步電動機工作原理，這時候需要有其他的一些多媒體材料來代替我們的實物，來達(dá)到實驗的效果。這個最有效的手段是利用仿真軟件，讓同學(xué)們在仿真中看結(jié)果，仿真實驗是某些特殊情況下實驗的重要組成部分。在電工課中，有許多軟件可以用的，如multisim、LTspice、matlab等軟件，通常采用的是multisim，因為使用的便捷性、版權(quán)等諸多問題，LTspice、matlab是很少用的。當(dāng)然我們電工基礎(chǔ)這門課程中，有的公司也會提供相應(yīng)仿真軟件。如廣州科萊爾公司提供了一套針對實訓(xùn)的仿真軟件，在為同學(xué)講解三相異步電動機時，教室內(nèi)是沒有三相電的，只能靠仿真軟件來仿真電機的轉(zhuǎn)動。在講基爾霍夫電壓定律時，筆者曾經(jīng)使用proteus7.9這款EDA軟件進(jìn)行仿真，讓學(xué)生相對直觀的理解本部分內(nèi)容，同時比如電容器的充放電實驗也可以拿到這款EDA軟件來進(jìn)行仿真，雖然該款軟件仿真數(shù)字電路更好，但許多電工實驗也是可以看到效果的。在之前聽的一次基爾霍夫電壓定律公開課中，有位老師就是采用了multisim軟件來進(jìn)行仿真教學(xué)，代替實際實驗，也取得了很好的效果。

6.總結(jié)

電工實驗是電工基礎(chǔ)的重要組成部分，它在提高學(xué)生動手能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣等方面起著不可替代的作用。電工實驗要進(jìn)行有效分類，才能使各類實驗物盡所用，在課堂中插入實驗，會引起學(xué)生們的興趣，吸引學(xué)生的注意力，單獨設(shè)置實訓(xùn)類實驗，提高學(xué)生的動手能力，適當(dāng)修改實驗，使實驗達(dá)到自己的效果，重視仿真實驗，因為在許多特殊場合仿真實驗也會取得好的效果。