电工测量实验课外实践教学初探.pdf

作者简介:李莹,女,硕士,工程师,主要研究方向为电气工程学理论的研究.电工测量实验课外实践教学初探李莹,卢学英(天津大学 电气自动化与信息工程学院,天津 )摘要:电工测量实验是面向电气信息类专业开设的一门技术基础课程,也是连接理论与实际的桥梁和纽带.结合本课程教学特点及实际情况,以我校开展的甘肃省平凉一中优秀生访学实践活动为例,重点介绍并探讨电工技术实践教学在课程内容、设计形式和方法创新的新模式和新方法.实践证明,该实验教学模式可以有效激发学生的学习兴趣,提高学生实践技能,取得良好的教学效果.关键词:电工技术;实验教学;实践活动中图分类号:G E x t r a c u r r i c u l a rP r a c t i c a lT e a c h i n go fE l e c t r i c a lM e a s u r e m e n tE x p e r i m e n tL iY i n g,L uX u e y i n g(S c h o o l o fE l e c t r i c a l a n dI n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g,T i a n j i nU n i v e r s i t y,T i a n j i n ,C h i n a)A b s t r a c t:E l e c t r i c a lm e a s u r e m e n t e x p e r i m e n t i sab a s i c t e c h n i c a l c o u r s ef o re l e c t r i c a l i n f o r m a t i o nm a j o r I t i s a l s oab r i d g e a n d l i n kb e t w e e n t h e o r ya n dp r a c t i c e C o m b i n e dw i t h t h e t e a c h i n gc h a r a c t e r i s t i c sa n da c t u a l s i t u a t i o no f t h i sc o u r s e,t a k i n gt h ee x c e l l e n ts t u d e n t s v i s i t i n gp r a c t i c ea c t i v i t i e so fP i n g l i a n gN o m i d d l es c h o o l i nG a n s uP r o v i n c ec a r r i e do u tb yo u ru n i v e r s i t ya sa ne x a m p l e,t h i sp a p e r f o c u s e so n i n t r o d u c i n ga n dd i s c u s s i n g t h en e wm o d e s a n dm e t h o d so f e l e c t r o t e c h n i c a l p r a c t i c e t e a c h i n g i nt h ea s p e c t so f i n n o v a t i o no f c o u r s e c o n t e n t,d e s i g n f o r ma n dm e t h o d P r a c t i c eh a sp r o v e dt h a t t h ee x p e r i m e n t a l t e a c h i n gm o d e c a ne f f e c t i v e l ys t i m u l a t e s t u d e n t s i n t e r e s t i nl e a r n i n g,i m p r o v es t u d e n t s p r a c t i c a l s k i l l sa n da c h i e v eg o o dt e a c h i n gr e s u l t s K e y w o r d s:e l e c t r i c i a nt e c h n o l o g y;e x p e r i m e n t a l t e a c h i n g;p r a c t i c a l a c t i v i t y 概述 电工测量 是以电工原理和测量技术为主体,理论和实验并重的实践性课程,旨在提高学生的基本测量技能,并通过科学实验法掌握电路理论知识以及工程应用技术,进而有效提高学生的综合素质和创新能力,因此相对于理论教学,实验教学具有更强的直观性、应用性和创新性,在检验学生理论水平,提高实践技能等方面可以起到重要作用.电工测量实践教学的设计思想现今,社会发展对技术应用型人才的需求日益增大,构建贯通式实践人才培养教学体系成为各专业学科的重要研究方向.在此背景下,我校“电工测量”课程也在不断改革完善实验内容和方法,将理论与实际、课堂教学与课外实践活动有机地结合起来,形成多层次、递进式、模块化的教学模式,使不同专业层次和不同时段学生都能在实践中得到能力的提升,这其中既包含了本科教材大纲中验证性基础内容,也包含专业综合型实验以及研究型课题,同时针对实践对象的不同特点和要求,我们还设计提出一系列具有知识性强、趣味性高、贴近生产实际特点的综合实践活动方案,把电工常识融入简单有趣的实验案例中,让学生从中学习掌握电学原理,锻炼动手能力,进而更清楚地了解电工技术的实际作用,特别是当学生们第一次走进电工实验室后,新奇的实验、精密的设备仪器以及各种各样的奇妙现象会大大激发学生的兴趣爱好,开阔其视野和思维,为今后学习电子电路技术打下坚实基础.电工实验在课外实践教学中的应用现阶段,做好大学与中学教育之间的跨学段融合教育和衔接工作意义重大,开展课外实践活动,为即将迈进大学校园的高中生们提供一个动手实践的学习机会,可以帮助学生近距离地感受大学的学习氛围,体验科学实验的探究过程,并在实践中增长才干.为此,我们以本科实验教学内容为依据,结合现有实验设备,设计提出了电工实验课外实践活动的具体内容和方案,并在来访的甘肃省平凉一中高二学生访学实践活动中进行有益的尝试.常用电工仪器的使用设计该实验的主要目的一是让学生认识科学仪器在电工测量中的重要性,二是通过学习仪器使用了解电工实验的工作原理,对电工实验的测量目的和方法建立初步认识.在实验开始前,指导教师会针对各项仪器设备的性能、工作原理以及操作方法做简要说明和讲解,包括如何调节直流稳压电源的参数和输出,如何利用示波器实时观测并读取信号发生器的输出波形和参数等,之后布置安排具体测量任务,即根据现有设备元件完成伏安特性曲线的测量与绘制.首先,整个实验过程中,学生们都严格遵守操作规程做好实验记录,顺利地完成了测试任务,树立了良好的安全意识和严谨的实验作风.其次,在教师的启发指导下,经过一段时间的实践摸索,学生们基本掌握了设备的使用,也积累了一些测量的小技巧和小经验,并且观察到了许多测量现象和问题,对仪器仪表的实际用途和作用会有更深刻的认识.第三,通过搭建和测量实验电路,学生们掌握了直流电路的基本概念和分析方法,在理论知识水平上会有一定的提高.电子电路元件参数的测定在开展此项实践活动前,我们了解到此次来访学生已在高中物理课上学习了一部分电路知识,也建立了电路模型的基本概念,但对于常用电子电路元器件的相关知识了解不足,缺乏直观的认识,为此我们把不同种类、不同型号的电子器件集合成一组套件发给学生们,让他们通过识别和测量来熟悉元件的基本知识,了解不同器件的性能用途.实验中,我们为学生准备了形式多样的元件,如碳膜电阻、热敏电阻、光敏电阻等电阻类器件,瓷片电容、涤纶电容、电解电容等电容类器件,以及二极管、三极管,等等,实验测量设备采用L C R测试仪.学生在拿到元件套组后要先根据外形和封装代号仔细辨别出元件类型,再依据管脚的标注符号来确定元器件参数,最后用测试仪进行测量和验证.在经过反复测试和对比后,学生们最终得到了满意的参数测量结果,也了解了不同元件的功能和特性,对于这些外形各异、品种繁多的元件产生了浓厚的兴趣,这些直观的印象和知识对于学生今后学习研究电路理论、灵活运用电子元件会有很大帮助.黑箱实验电路的探究万用表是电工实验中不可或缺的测量仪表,也是工业现场和日常生活中的必备工具,每一个电工技术人员都应熟悉掌握它的使用.所谓“黑箱”理论是工程应用中较为常见的一种控制方法,研究并求解电学黑箱问题一直以来都是电路理论教学中的重难点知识,通常需要借助实验才能分析其内部结构和动态过程,因而该实验综合性较强,难度系数也较大,对学生的理论基础和能力要求较高.考虑到实践活动的需求,为了能进一步强化学生的实验技能,培养其逻辑分析和解决实际问题的能力,我们设计了此项实验,主要目的一是学习万用表的使用方法;二是学习电路理论中系统与内部元件、网孔与等效的原理概念;三是要考查学生对欧姆定律和串并联知识的理解.实验设备采用数字万用表和自制电学黑箱实验盒,具体实物图及电路原理如图、高校实验室科学技术图所示,图中所示元件均采用线性电阻,电阻阻值分别为RRRR k,具体测量数据见表.实验时,学生先要用万用表的电阻挡分别测量出各点间阻值,然后根据电阻电路的分析原理逆向分析判断黑箱的内部结构和电阻分配,最后再画出电路结构图.可以看出,该项实验的测量值较多,推理过程较为复杂,需要具备一定的逻辑分析能力,因此对高中生们来说是一次颇具挑战的智力测试,既可以提高学生仪器操作的熟练程度,又可以培养学生逻辑分析、灵活运用知识的能力.图电学黑箱实物图图电学黑箱及实验电路图表端口电阻实验数据表R/k ABCDA B C D 二极管伏安特性的测量二极管是电子电路中的基本元件,也是设计开发电子电路系统的基础.此次活动中,我们结合了高中物理知识和本科实验教学中有关模拟电子技术的内容,将二极管的学习内容作为重点知识点介绍给学生们,具体实验内容包括两个部分,一是由指导教师简要介绍P N结形成原理,分析二极管产生导通、截止和击穿的成因以及线路电压电流的变化规律,如图、图所示;二是由学生独立完成一项二极管伏安特性的数据测量和曲线绘制,实验电路如图所示,图中二极管器件参数 N ,电阻R ,测量数据见表.通过课上教师的讲解分析,学生们初步了解了二极管的工作原理、结构组成以及单相导电的形成原因,对非线性元件的特性原理有了基本认识,再结合典型电路实践操作和数据分析,会对二极管的单相导电功能了解更多,也能更好地理解其实际作用.图P N结形成原理图二极管伏安特性曲线图二极管伏安特性电路图实验室教学与改革表二极管正、反向伏安特性数据表二极管正向伏安特性数据表二极管反向伏安特性数据表US/VU/VI/AUs/VU/VI/A 结语基于电工技术实验特点及课外实践活动需求,我们对本科实验教学内容进行深入研究探索,设计并提出以上实验教学项目,虽内容简单,但教学方式形式多样,容易被学生理解和掌握.经过动手实践,学生们在较短时间内对电工技术的实践性、应用性特点有了初步认识.近年来,通过开展课外实践活动,我们对来自甘肃省平凉市一中的 多名优秀高二学生进行了辅导培训,取得了良好的教学效果,受到了学生们的一致好评.今后基于电工技术的课外实践教学项目还有很多可以改进和完善的新内容和新方向,与之配套的实验硬件设施也有很大的开发利用空间,希望通过深入研究,开发出更新颖、更具特色、实用性更强的实践项目供学生实践选择,让学生逐渐养成动手实践的好习惯,逐步提高其工程实践技能.参考文献贾永兴,陈姝,刘杰,等电类实验课程与课外创新实践活动一体化运行机制研究J实训与实践探索,:陈敬明,豆佳媛,刘存芳高中教育与大学教育衔接问题的探究J课程教育研究,():林孔元,王萍电气工程学概论M北京:高等教育出版社,王萍,林孔元电工学实验教程(版)M北京:高等教育出版社,邱关源,罗先觉电路M北京:高等教育出版社,杨山电路基础理论M北京:高等教育出版社,和俊杰,丁鸿哲,彭跃红稳压二极管伏安特性的测量J楚雄师范学院学报,():王心刚,贺利,张冬至,等电工电子学课程研究性实验教学模式改革与实践J ,():高校实验室科学技术