電工技術實驗實訓裝置構建研究

摘要：結合重慶化工職業學院“電工技術”課程教學模式的改革，以電工技術實驗實訓裝置的構建為主體，結合自編的“電工技術實驗實訓”講義，指出了裝置的構建思路、裝置的結構體系核心要素等，對學生綜合素質的提高起到了重要作用。

關鍵詞：電工技術；實驗實訓裝置；職業教育

作者簡介：王曉剛（1970-），男，重慶人，重慶化工職業學院自動化工程系，講師；夏洪永（1963-），男，重慶人，重慶化工職業學院自動化工程系系副主任，副教授。（重慶 400020）

基金項目：本文系2011年度重慶化工職業學院校級科研課題“電工技術實驗實訓設施建設的研究”（項目編號：2011-KT08）的研究成果之一。

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）33-0067-02

目前，高等職業教育面臨大量的深層次問題，學生在校時間通常只有兩年多，理論教學和實驗實訓教學的矛盾較本科院校更為突出。部分院校為了解決這個矛盾，只有大量壓縮基礎實驗課的時間，如電類專業“電工技術”課程的實驗和實訓。筆者認為“電工技術實驗實訓”是電類學生學習專業基礎知識、掌握專業基本技能的一個不可缺少的重要環節，也是學生進一步學好專業知識和掌握專業技能的一個重要橋梁。重慶化工職業學院（以下簡稱“我院”）自動化工程系從2007年開始，大力推行“電工技術”課程教學模式改革，其中核心內容之一就是電工技術實驗實訓裝置的研究和開發，在此筆者有幾點感想，以期能與同行進行交流。

一、構建思路

我們認為電工技術實驗實訓操作模式應該是“知識學習應用于實踐、技能培養一體化”的實踐教學理念。即一方面該課程可為后續課程的基本能力提供服務，同時又要展現“電工技術”課程本身的應用實踐能力。根據這種設想，電工技術實驗實訓裝置的設計也要圍繞這個主題開展。目前，教學儀器公司的實驗裝置水平發展很快，自動化程度很高，學生實驗時通常只需要連幾根線、按下開關、讀出儀表數據就可以，得不到具體的鍛煉。我們希望通過實驗實訓裝置，使學生能由了解什么、熟悉什么、掌握什么轉變成為會做什么、能做什么、為什么要這樣做。以我院自動化系生產過程自動化技術專業主干課程“檢測儀表”、“過程控制儀表及系統”為例，這兩門課程許多知識和技能都與電工技術有“千絲萬縷”的關系。2012年我院自動化系又新開設了三個高職專業（工業網絡技術、傳感與檢測技術、工業電氣自動化技術），電工技術實驗實訓裝置也會在這些專業的學習中起到積極的橋梁和紐帶作用。

二、裝置總體設計構建

為了讓學生在訓練時能全員參與，以及要放置測試儀器、設備和電腦，我們將裝置設計為工作臺的樣式，即要有足夠的空間。掛板式分層型模塊化結構共五類，分別是電源模塊、信號源模塊、電路板模塊、測量儀表模塊、保護裝置模塊。該裝置應具有功能齊全、操作方便、安全靈活、運行可靠、管理科學（實驗準備工作量的簡化）等特點。

三、裝置結構體系構建

根據我院自編的“電工技術實驗實訓”講義，現對電工技術實驗實訓裝置的構建框架進行簡要介紹。

1.掛板的初步設計及要求

（1）電源模塊——應具有交流和直流兩種類型。交流電源為380V和220V。直流電源的可調范圍為0～30V，多路并且帶負載能力要強，安全性能可靠。

（2）信號源模塊——能提供正弦、方波、三角波函數信號，信號源穩定、可靠。例如我院自編實驗講義“電容和電感特性研究”實驗，如圖1、圖2所示，其中一個內容就是討論“電容通高頻阻低頻，電感通低頻阻高頻”，需要交流的信號源性能可靠、穩定，否則實驗效果會非常不理想。

（3）測量儀表模塊——儀表塊數要多，主要是電流表和電壓表，又分交流和直流兩種類型，且以數字式為主（具有多檔位轉換功能），指針式為輔。并配有高靈敏度檢流計。例如我院實驗講義“指定電流的分配”，需要4塊直流電流表，如圖3所示。

（4）電路板模塊——有兩種想法。一種想法是將各類元器件固定在模塊電路板上，要求元器件種類多、規格齊全（如一般電阻除阻值，不同功率的電阻也應多配置），器件按照工藝要求進行排列，比如器件應排列均勻、橫平豎直、同種類型集中在一起，可調元器件的布局應充分考慮調節的方便程度。另一種想法是將所有的器件（除可調器件外），存放在有許多格子的透明塑料小箱中，根據實驗需要學生可自行選取和選配器件，再根據工藝要求插在模塊電路板的插孔上。通過實踐發現兩種辦法各有千秋。前者實驗中學生操作相對簡單，節省實驗時間，但對元器件的熟悉程度相對較弱。后者實驗中學生操作相對復雜（特別是元器件的選?。?，容易出錯，實驗時間較長，器件容易丟失，但學生通過實驗可以對器件的種類、性能、規格非常熟悉，也非常清楚如何將實驗順利進行和少走彎路，這種辦法更符合我們倡導的電工技術實驗實訓操作模式。

我院自編的講義“驗證疊加定理實驗”采用的是T型電阻網絡電路，如圖4所示。元件是6個200Ω及3個100Ω的電阻，并需要4個邏輯開關。我們要求學生在實驗中，在透明塑料小箱中可選擇不同功率、不同體積、不同樣式的電阻，也就是學生自己配置。同樣，圖3所示的電路學生也可自己選擇和配置電阻。通過這種訓練方式，學生知道了實驗時該如何做，為什么這樣做，做了有什么收獲。學生的實際動手能力和應變能力提高很快。

2.裝置安全措施

電工技術實驗實訓裝置的安全措施尤為重要。學生在進行實驗實訓時，特別是才開始的階段，對人身及設施的安全危險最大。本裝置可調交流電源輸出處設有過流保護技術，相間、線間過電流及直接短路均能自動保護，面板配有交流三相電壓表，通過切換開關分別指示三相電網電壓和三相調壓輸出電壓。裝置具有接地保護、漏電保護（電流型和電壓型漏電保護器、漏電保護空氣開關）功能，安全性符合相關的國家標準，確保設備及人身安全。實驗連接線及插孔采用不同的結構，使用安全、可靠、防觸電。

3.裝置功能特點

該裝置沒有過多的先進儀器和設備，甚至有些“老土”，其主要是用于實驗操作，反映電領域初學者實驗實訓的學習過程和訓練過程，而非科研院所進行科學研究。當然，這不是否認高等職業教育不需要科學研究，而是電類專業基礎實驗課有自身的特殊性，實驗實訓內容缺乏整體性和設計性，發揮的空間非常有限。所以該裝置配有大量的元器件（上千個）插孔和測試儀表，供學生選擇和使用，一方面培養了學生對電的認識和認知，另一方面培養了學生對電的理解和應用把握的能力。

4.裝置實驗實訓講義（部分）

一是能完成“電工基礎”、“電工學”、“電路分析”中電路連接、參數測試、疊加、諧振、選頻、過渡過程、單相、三相、日光燈、變壓器等基礎實驗。二是基礎實驗項目見表1。

表1 電工技術基礎實驗實訓項目內容

模塊一 直流電路測量及應用模塊二 交流電路測量及應用

任務一 電路的連接及參數測試

任務二 電阻的連接及配置

任務三 指定電壓和電流的分配

任務四 電位及電路狀態討論和應用

任務五 直流電橋電路的應用

任務六 T型電阻網絡的應用任務一 交流電的測量

任務二 電容和電感特性應用

任務三 RC選頻網絡的應用

任務四 日光燈電路能量需求最小化

任務五 三相負載電路工作狀況討論

任務六 變壓器的認識及應用

任務七 微分和積分電路的應用

四、裝置使用效果

由于受到學院各方面條件的限制，目前還沒有成套的電工技術實驗實訓裝置，我們利用學院自動化系現有的實驗教學資源，實驗臺是20多年以前的老實驗臺，電路板使用的是面包板，實驗管理人員實驗前準備實驗器材，實驗后再收整。在這樣較為落后的條件下，實驗教學還是達到了很好的效果。許多學生反映，原來的實驗課是以實驗教師為主體，現在的操作方式及裝置是以學生為中心，實驗中學生可以認真思考，即使元件選錯了，也感到是一種“幸?！?，并不計較設備的好壞，真正體會到了實驗教學的快樂和意義。

五、總結

高等職業技術教育的發展面臨諸多困境和挑戰，教學特別是基礎實驗教學有許多困惑和難點。同時社會又需要學校培養的學生具有較高的職業能力和素養。在這種形勢下，迫使我們進行深刻思考：專業基礎實驗課的作用究竟在哪？專業基礎實驗實訓操作模式應該是什么？本文是探索專業基礎實驗實訓課的路徑之一。該裝置的構建及思路雖然還不完善，但只要不斷的努力和探索，我們的目標定會早日實現。

參考文獻：

[1]黨麗輝，等.組合式多功能電工技術實驗實訓裝置的設計思考[J].技術與市場，2008，（2）.

[2]徐長松，等.專業基礎實驗課在工程實踐能力培養中的角色分析[J].實驗室科學，2012，（6）.

（責任編輯：孫晴）