搭好通往《电工基础》课程深处的桥梁-实验——《电工基础》教学中关于实验设置的几点思考

刘小涛

(福州建筑工程职业中专学校 福建 福州 350007)

实验是研究和了解自然科学的主要手段，也是工程技术不可或缺的重要组成部分。实验在帮助学生理解许多自然科学概念，有效的激发学生学习兴趣，培养学生科学素养方面有着重要的作用。《电工基础》是中等职业学校所有机电、电器类相关专业重要的基础课程，也是实验性很强的一门课程。电工实验在《电工基础》教学中扮演着重要的作用，它如同一座桥梁，让你更深一步了解电工基础。对电工基础教师来说，电工实验的有效应用可以激发课堂活力，促进学生对电工知识的理解，帮助学生有效的提高电工技能。如何有效的设置电工实验，才能提高实验效果,使电工课堂教学收益最大化。这个问题，许多电工基础教师都有思考过，都会有自己的想法，笔者将自己的见解分享如下，以此共勉。

1.对电工实验进行有效的分类

在《电工基础》的理论课中，我们时常运用实验来验证定律等理论知识或利用实验引起学生兴趣，导入课堂。在实践课中，教师通过实验来提高学生的动手能力。实验在电工教学中扮演着非常重要的角色。鉴于实验所用的场合、作用不同，笔者会将实验分为三类：验证性实验、探究性实验以及实训性实验，验证性实验根据课程的要求应用于理论教学中，能够协助学生理解，帮助学生掌握相关知识点，同时可以配置相关实验课；探究性实验可以应用于某个定律或结论的研究，或者那些因素会影响某个物理量，再获某个物理量是怎么影响其他物理量或物理现象等需要学生自己探究性学习的实验；实训性实验一般是电工基础的应用，我会把它单独列出来，设置为实训课。根据分类的不同，将不同实验灵活运用于课堂，来提高实验的效果，达到课堂最大化。

在笔者看来，只有有效的分类实验，才会使实验能够物尽所用。验证性实验可以让学生更好的理解理论知识，尤其是许多定律内容，一般应用于电相关现象的产生，课堂定理定律的理解，电工元器件工作原理的理解等，如基尔霍夫定律的验证；探究性实验通常是以学生为主体，教师抛出问题，学生自己组织实验，来得到结论，并与已知结论相比较，看自己所得到的结果跟课本理论是否相一致，如平行板电容器电容的大小与那些因素有关；实训实验是基于电工理论，然后得到生活中的许多应用，学生需要熟练掌握它，进而提升自己的动手能力和专业能力，如荧光灯的安装与调试。

三类实验作用不同，应用于课堂的形式也不同，当然在课堂中所要达到的要求和目标也是不同的，所以进行归类，才能有效的应用于不同的课堂中。如我们在讲正弦交流电的时候，引入线圈在磁场中转动产生交流电实验(如图1)，验证交流电产生的现象，可以作为验证性实验或探究性实验，如果作为实训实验来做的话，效果和目标都发生了改变，并且本实验跟实际生活应用还是有差别的，整体课堂效果就会打了折扣。根据课程标准和自己手中教材，笔者将电工基础中的部分章节某些实验进行了一下整理分类(见表1)。

图1 线圈在磁场中转动产生交流电 图2 奥斯特实验

表1 部分章节实验分类表

2.理论课中要融入实验，让学生感受电工结论真切

在前面讲述中，验证性实验和探究性实验可以引入课堂，能够给理论课堂带来出其不意的效果。首先可以用实验来导入课堂，当利用实验导入课堂时，会引起学生的注意力，能够跟着老师的思路走进本节课内容，如在讲电流的磁效应时，先采用了磁铁和小磁针相互吸引的效果，紧接着将1820年丹麦物理学家奥斯特做过的实验(见图2)引入，当学生看见小磁针在导线的通电的一瞬间动了的时候，顿时来了兴趣。在接下来的课电流的磁场中，学生也会积极的参与进来并会思考简单的电流磁现象。

其次把验证性的实验引入课堂，比如利用实验来验证各种定律，会促进学生对结论的理解和掌握。在讲基尔霍夫电流定律的时候，引入了实验进行验证(电路图见图3)，分别采用了三台万用表(作为电流表)测三个支路电流，多次更改电路中的电阻和电源大小，让同学们一起来见证三条支路电流关系，也就是I1、I2、I3之间存在的关系，为了让同学相信实验的真实性，老师来指导，请1位同学来操作，1位同学做记录，并且通过课堂内的实物投影仪将所测结果实时投到多媒体上，让大家看到数据的真实性，进而得到了基尔霍夫电流定律的内容。在上这节课时有实验支撑的课堂会比纯理论课堂有趣的多。同时通过电工实验，可以将一些抽象的电工理论(如基尔霍夫定律)，变得相对直观，形象，进而吸引学生注意力，创设科学的学习氛围，使其更容易掌握本节课的内容。

图3 基尔霍夫电流定律实验电路图

探究性实验需要学生自己实验、探索、分析然后得出结论，这种实验更能够提高学生分析和解决问题的能力以及科学精神和创新意识。把探究性实验引入中职学生的课堂，让学生自己去发现，对中职学生有点难，所以老师应该合理的设置，并适当的给学生提示，或给学生提供相关资料帮助学生去设计实验、分析探究。在讲正弦交流电时，可以给学生提供电阻、多种电容、多种电感，以及提供安全的交流电，直流电及相关测量工具，让学生探究电阻、电容、电感是对两种电路有什么影响、某种电器元件的大小对交流电和直流电的影响，交流电频率对阻抗的影响。根据老师提供的资料，学生自己来设计实验，通过探索、分析然后得出纯电阻电路、电感电路、电容电路的各个物理量之间的关系。

3.实训类实验课要单独设置，培养学生的动手能力

在电工基础学习当中，还会加入许多实验，只是这些实验一般是某个工具的使用、某个原理或结论的应用，都是以提高学生动手能力、电路应用能力为主的实验。例如万用表的使用，示波器的使用就是工具的使用，在学习单相交流电时，笔者会设置几个单相交流电应用的实验，比如最简单的一控一照明电路、二控一照明电路、三控一照明电路，让学生掌握家庭生活中的正相交流电的应用。在学习三相交流电的应用时，最具有代表性的应用就是三相异步电动机的应用，笔者会设置三相异步电动机的电动控制和正反转控制电路，目的让学生充分理解三相电的应用。无论是工具的使用或者是某个理论的应用，都属于电工技术技能的范畴，需要反复的练习，方能掌握。

对于这些需要掌握的技能型实验，笔者会把这些单独的列出来，然后进行整理，作为实训性实验，学生需要在这些实验中掌握基本的电工技能。这些单列的实验可以统一放到学期末进行综合技能实训，或者单独设置为一门课程电工技术基础与技能训练。

4.适当的修改实验，增加实验的安全性和严谨性

在《电工基础》这门课中，许多教材都会采用了大量的实验，但是每个实验并不是可以拿来就可以用的，许多实验具有实验效果，但是有的实验存在安全隐患，有的实验效果并没有那么好，有的实验需要相对好的外部实验环境。凡是教过《电工基础》的老师，用课本实验去验证结论时，总会发现遇到各种各样的问题，所以教材上的实验需要修改的更加严谨，效果更加明显，才会让学生感受到科学的严谨，实验结论的正确。

笔者也从安全性、可操作性、效果三个方面去修改过许多实验。首先，从安全性方面考虑实验，课本中的实验有时候只考虑了效果，并没有去考虑可能发生的安全问题，这些问题可能烧毁电路中的电源，甚至不小心可能引起更大的安全问题，所以大家在使用课本实验时，要再三考虑它是否存在安全隐患。在教闭合电路的欧姆定律时，用到的实验端电压实验，其中课本的实验电路图(如图3)所示，这里面一个可变电阻(滑动变阻器)，当滑动变阻器调为最小时也就是为0时，相当于将电源的正负极连接到了一起，出现了短路的现象。经过整改，新添加一个电阻R′(如图4)，并把此电阻作为电池内阻，整个电路就会变得相对安全。

其次，从可操作性上面考虑实验，课本中实验实施中有的可操作性并不是很好，有时候会受环境、设备的影响，需要大家采用合理的方法，对实验进行有效的改造，方可以使用。在做平行板电容器电容与那些因素有关时，有的课本没有提到用那种方法使铝板带电，有的课本提供了用毛皮去摩擦玻璃棒，然后玻璃棒触碰铝板，让铝板带电，笔者发现了摩擦了一个上午，效果没有，然后通过改造实验，用静电感应起电机起电，才产生了很好效果，但是在做实验室有的时候效果好，有的时候效果很差，最好找了好多原因，比如铝板的支架，连接用的导线，还有比较突出的原因就是当时实验的天气，如果天气潮湿，铝板放电迅速，导致实验效果很差，所以最好选择干燥的天气来做这次实验。所以有的实验实施中可操作性并不是很好，有时候会受外界环境的影响，需要大家采用合理的途径，选用合理的时间，将实验进行有效的改造，才能使其很好的应用。

再次，从效果上面考虑实验，有部分实验实际效果跟课本上描述是有差别的，只有亲自做过才会发现问题，大家可以去改造实验，使效果更好一点。在上电容器章节时，会遇到电容器的充电和放电实验，在电容器充电时候，LED灯会缓缓的变暗，直到最后LED灯会全部灭掉，表示充电完成，但是笔者在做实验时，发现过了很久，LED灯还是会有微弱的光，量一下电压差，还是有大约0.7V以上的电压在上面，通过改变供电电源，最后勉强使效果变得好一点，最后LED灯灭掉了。所以有时候在讲实验时，真的要自己去做，才会发现实验中存在的问题。能够完善一个实验是一个电工教师必备的能力。

5.重视仿真实验，仿真实验是实验的重要组成部分

电工教师在上课时，有时候会发现做实验的材料或设备并不齐全，或者有些实验存在安全隐患问题等，如三相异步电动机工作原理，这时候需要有其他的一些多媒体材料来代替我们的实物，来达到实验的效果。这个最有效的手段是利用仿真软件，让同学们在仿真中看结果，仿真实验是某些特殊情况下实验的重要组成部分。在电工课中，有许多软件可以用的，如multisim、LTspice、matlab等软件，通常采用的是multisim，因为使用的便捷性、版权等诸多问题，LTspice、matlab是很少用的。当然我们电工基础这门课程中，有的公司也会提供相应仿真软件。如广州科莱尔公司提供了一套针对实训的仿真软件，在为同学讲解三相异步电动机时，教室内是没有三相电的，只能靠仿真软件来仿真电机的转动。在讲基尔霍夫电压定律时，笔者曾经使用proteus7.9这款EDA软件进行仿真，让学生相对直观的理解本部分内容，同时比如电容器的充放电实验也可以拿到这款EDA软件来进行仿真，虽然该款软件仿真数字电路更好，但许多电工实验也是可以看到效果的。在之前听的一次基尔霍夫电压定律公开课中，有位老师就是采用了multisim软件来进行仿真教学，代替实际实验，也取得了很好的效果。

6.总结

电工实验是电工基础的重要组成部分，它在提高学生动手能力，激发学生学习兴趣等方面起着不可替代的作用。电工实验要进行有效分类，才能使各类实验物尽所用，在课堂中插入实验，会引起学生们的兴趣，吸引学生的注意力，单独设置实训类实验，提高学生的动手能力，适当修改实验，使实验达到自己的效果，重视仿真实验，因为在许多特殊场合仿真实验也会取得好的效果。