劉小濤

(福州建筑工程職業(yè)中專學(xué)校 福建 福州 350007)

實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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?！峨姽せA(chǔ)》是中等職業(yè)學(xué)校所有機(jī)電、電器類相關(guān)專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程，也是實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的一門課程。電工實(shí)驗(yàn)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(duì)電工基礎(chǔ)教師來說，電工實(shí)驗(yàn)的有效應(yīng)用可以激發(fā)課堂活力，促進(jìn)學(xué)生對(duì)電工知識(shí)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(shí)驗(yàn)，才能提高實(shí)驗(yàn)效果,使電工課堂教學(xué)收益最大化。這個(gè)問題，許多電工基礎(chǔ)教師都有思考過，都會(huì)有自己的想法，筆者將自己的見解分享如下，以此共勉。

1.對(duì)電工實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有效的分類

在《電工基礎(chǔ)》的理論課中，我們時(shí)常運(yùn)用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證定律等理論知識(shí)或利用實(shí)驗(yàn)引起學(xué)生興趣，導(dǎo)入課堂。在實(shí)踐課中，教師通過實(shí)驗(yàn)來提高學(xué)生的動(dòng)手能力。實(shí)驗(yàn)在電工教學(xué)中扮演著非常重要的角色。鑒于實(shí)驗(yàn)所用的場合、作用不同，筆者會(huì)將實(shí)驗(yàn)分為三類：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、探究性實(shí)驗(yàn)以及實(shí)訓(xùn)性實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)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(shí)點(diǎn)，同時(shí)可以配置相關(guān)實(shí)驗(yàn)課；探究性實(shí)驗(yàn)可以應(yīng)用于某個(gè)定律或結(jié)論的研究，或者那些因素會(huì)影響某個(gè)物理量，再獲某個(gè)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(shí)驗(yàn)；實(shí)訓(xùn)性實(shí)驗(yàn)一般是電工基礎(chǔ)的應(yīng)用，我會(huì)把它單獨(dú)列出來，設(shè)置為實(shí)訓(xùn)課。根據(jù)分類的不同，將不同實(shí)驗(yàn)靈活運(yùn)用于課堂，來提高實(shí)驗(yàn)的效果，達(dá)到課堂最大化。

在筆者看來，只有有效的分類實(shí)驗(yàn)，才會(huì)使實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛭锉M所用。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生更好的理解理論知識(shí)，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(yàn)證；探究性實(shí)驗(yàn)通常是以學(xué)生為主體，教師拋出問題，學(xué)生自己組織實(shí)驗(yàn)，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(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)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(dòng)手能力和專業(yè)能力，如熒光燈的安裝與調(diào)試。

三類實(shí)驗(yàn)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?cè)谥v正弦交流電的時(shí)候，引入線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交流電實(shí)驗(yàn)(如圖1)，驗(yàn)證交流電產(chǎn)生的現(xiàn)象，可以作為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)或探究性實(shí)驗(yàn)，如果作為實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)來做的話，效果和目標(biāo)都發(fā)生了改變，并且本實(shí)驗(yàn)跟實(shí)際生活應(yīng)用還是有差別的，整體課堂效果就會(huì)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(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一下整理分類(見表1)。

圖1 線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交流電 圖2 奧斯特實(shí)驗(yàn)

表1 部分章節(jié)實(shí)驗(yàn)分類表

2.理論課中要融入實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生感受電工結(jié)論真切

在前面講述中，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和探究性實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)來導(dǎo)入課堂，當(dāng)利用實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入課堂時(shí)，會(huì)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(shí)，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(shí)驗(yàn)(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(dòng)了的時(shí)候，頓時(shí)來了興趣。在接下來的課電流的磁場中，學(xué)生也會(huì)積極的參與進(jìn)來并會(huì)思考簡單的電流磁現(xiàn)象。

其次把驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)引入課堂，比如利用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證各種定律，會(huì)促進(jìn)學(xué)生對(duì)結(jié)論的理解和掌握。在講基爾霍夫電流定律的時(shí)候，引入了實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證(電路圖見圖3)，分別采用了三臺(tái)萬用表(作為電流表)測三個(gè)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(shí)驗(yàn)的真實(shí)性，老師來指導(dǎo)，請(qǐng)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(shí)物投影儀將所測結(jié)果實(shí)時(shí)投到多媒體上，讓大家看到數(shù)據(jù)的真實(shí)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(shí)有實(shí)驗(yàn)支撐的課堂會(huì)比純理論課堂有趣的多。同時(shí)通過電工實(shí)驗(yàn)，可以將一些抽象的電工理論(如基爾霍夫定律)，變得相對(duì)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(shí)驗(yàn)電路圖

探究性實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生自己實(shí)驗(yàn)、探索、分析然后得出結(jié)論，這種實(shí)驗(yàn)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(shí)。把探究性實(shí)驗(yàn)引入中職學(xué)生的課堂，讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)，對(duì)中職學(xué)生有點(diǎn)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(jì)實(shí)驗(yàn)、分析探究。在講正弦交流電時(shí)，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(duì)兩種電路有什么影響、某種電器元件的大小對(duì)交流電和直流電的影響，交流電頻率對(duì)阻抗的影響。根據(jù)老師提供的資料，學(xué)生自己來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，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(gè)物理量之間的關(guān)系。

3.實(shí)訓(xùn)類實(shí)驗(yàn)課要單獨(dú)設(shè)置，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力

在電工基礎(chǔ)學(xué)習(xí)當(dāng)中，還會(huì)加入許多實(shí)驗(yàn)，只是這些實(shí)驗(yàn)一般是某個(gè)工具的使用、某個(gè)原理或結(jié)論的應(yīng)用，都是以提高學(xué)生動(dòng)手能力、電路應(yīng)用能力為主的實(shí)驗(yàn)。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(shí)，筆者會(huì)設(shè)置幾個(gè)單相交流電應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)，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(shí)，最具有代表性的應(yīng)用就是三相異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用，筆者會(huì)設(shè)置三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)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(gè)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(duì)于這些需要掌握的技能型實(shí)驗(yàn)，筆者會(huì)把這些單獨(dú)的列出來，然后進(jìn)行整理，作為實(shí)訓(xùn)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生需要在這些實(shí)驗(yàn)中掌握基本的電工技能。這些單列的實(shí)驗(yàn)可以統(tǒng)一放到學(xué)期末進(jìn)行綜合技能實(shí)訓(xùn)，或者單獨(dú)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?shí)驗(yàn)，增加實(shí)驗(yàn)的安全性和嚴(yán)謹(jǐn)性

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

筆者也從安全性、可操作性、效果三個(gè)方面去修改過許多實(shí)驗(yàn)。首先，從安全性方面考慮實(shí)驗(yàn)，課本中的實(shí)驗(yàn)有時(shí)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(shí)驗(yàn)時(shí)，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(shí)，用到的實(shí)驗(yàn)端電壓實(shí)驗(yàn)，其中課本的實(shí)驗(yàn)電路圖(如圖3)所示，這里面一個(gè)可變電阻(滑動(dòng)變阻器)，當(dāng)滑動(dòng)變阻器調(diào)為最小時(shí)也就是為0時(shí)，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(gè)電阻R′(如圖4)，并把此電阻作為電池內(nèi)阻，整個(gè)電路就會(huì)變得相對(duì)安全。

其次，從可操作性上面考慮實(shí)驗(yàn)，課本中實(shí)驗(yàn)實(shí)施中有的可操作性并不是很好，有時(shí)候會(huì)受環(huán)境、設(shè)備的影響，需要大家采用合理的方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(gè)上午，效果沒有，然后通過改造實(shí)驗(yàn)，用靜電感應(yīng)起電機(jī)起電，才產(chǎn)生了很好效果，但是在做實(shí)驗(yàn)室有的時(shí)候效果好，有的時(shí)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(shí)實(shí)驗(yàn)的天氣，如果天氣潮濕，鋁板放電迅速，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果很差，所以最好選擇干燥的天氣來做這次實(shí)驗(yàn)。所以有的實(shí)驗(yàn)實(shí)施中可操作性并不是很好，有時(shí)候會(huì)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(shí)間，將實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，有部分實(shí)驗(yàn)實(shí)際效果跟課本上描述是有差別的，只有親自做過才會(huì)發(fā)現(xiàn)問題，大家可以去改造實(shí)驗(yàn)，使效果更好一點(diǎn)。在上電容器章節(jié)時(shí)，會(huì)遇到電容器的充電和放電實(shí)驗(yàn)，在電容器充電時(shí)候，LED燈會(huì)緩緩的變暗，直到最后LED燈會(huì)全部滅掉，表示充電完成，但是筆者在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)過了很久，LED燈還是會(huì)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(qiáng)使效果變得好一點(diǎn)，最后LED燈滅掉了。所以有時(shí)候在講實(shí)驗(yàn)時(shí)，真的要自己去做，才會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中存在的問題。能夠完善一個(gè)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)電工教師必備的能力。

5.重視仿真實(shí)驗(yàn)，仿真實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)的重要組成部分

電工教師在上課時(shí)，有時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)做實(shí)驗(yàn)的材料或設(shè)備并不齊全，或者有些實(shí)驗(yàn)存在安全隱患問題等，如三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理，這時(shí)候需要有其他的一些多媒體材料來代替我們的實(shí)物，來達(dá)到實(shí)驗(yàn)的效果。這個(gè)最有效的手段是利用仿真軟件，讓同學(xué)們?cè)诜抡嬷锌唇Y(jié)果，仿真實(shí)驗(yàn)是某些特殊情況下實(shí)驗(yàn)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?yàn)槭褂玫谋憬菪?、版?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(huì)提供相應(yīng)仿真軟件。如廣州科萊爾公司提供了一套針對(duì)實(shí)訓(xùn)的仿真軟件，在為同學(xué)講解三相異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，教室內(nèi)是沒有三相電的，只能靠仿真軟件來仿真電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。在講基爾霍夫電壓定律時(shí)，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(duì)直觀的理解本部分內(nèi)容，同時(shí)比如電容器的充放電實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)際實(shí)驗(yàn)，也取得了很好的效果。

6.總結(jié)

電工實(shí)驗(yàn)是電工基礎(chǔ)的重要組成部分，它在提高學(xué)生動(dòng)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(shí)驗(yàn)要進(jìn)行有效分類，才能使各類實(shí)驗(yàn)物盡所用，在課堂中插入實(shí)驗(yàn)，會(huì)引起學(xué)生們的興趣，吸引學(xué)生的注意力，單獨(dú)設(shè)置實(shí)訓(xùn)類實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，適當(dāng)修改實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)達(dá)到自己的效果，重視仿真實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樵谠S多特殊場合仿真實(shí)驗(yàn)也會(huì)取得好的效果。