電工實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

賴樹明等

【摘要】 電工實(shí)訓(xùn)是理論聯(lián)系實(shí)際，提高動(dòng)手能力，貼近社會(huì)實(shí)際工作環(huán)境的一門課程，是電子類專業(yè)的一個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)。文章分析了東莞理工學(xué)院電工實(shí)訓(xùn)教學(xué)現(xiàn)狀，通過改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，提出并運(yùn)用了工程化教學(xué)、實(shí)物教學(xué)、仿真教學(xué)、與西門子柔性制造系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室演示教學(xué)等方法進(jìn)行教學(xué)，取得了良好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】 電工實(shí)訓(xùn) 改革 實(shí)踐

Abstract： Electrician training is a course linging theory with practice，improving the operational ability and close to the actual working environment of the society ，and it is an important link of electronic engineering.The essay analyses the teaching present situation of electrician training in Dongguan University of Technology ，which puts forward and applies to engineering teaching，object teaching，simulation teaching，Siemens lab demonstration teaching of flexible manufacturing system and so on to teach by changing the traditional teaching mode，achieving good teaching effect.

Keywords： electrician training；reform；practice

電工實(shí)訓(xùn)在電子專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃中占比較重要的地位，它是對(duì)前面學(xué)習(xí)了電工學(xué)或電路分析基礎(chǔ)等基礎(chǔ)知識(shí)后的再深入學(xué)習(xí)、鞏固，是理論聯(lián)系實(shí)際而又偏向應(yīng)用的一門實(shí)踐課程，主要講述電工基本知識(shí)與操作、電工儀表、照明電路、電機(jī)與變壓器、低壓電器、電動(dòng)機(jī)控制等內(nèi)容，為學(xué)習(xí)好后續(xù)課程如電機(jī)拖動(dòng)、可編程控制器等課程打下基礎(chǔ)，也強(qiáng)化了學(xué)生的工程化觀念和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

一、電工實(shí)訓(xùn)基本情況

電工實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室2010年之前的主要設(shè)備是由我們自行研制的3種不同實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)共60套及三相電機(jī)40臺(tái)，2010年電工實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室成為了我校省級(jí)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，目前已建成了一個(gè)全新的150多平方米的電工實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室，有50套綜合電工柜、100臺(tái)三相電機(jī)及各種電工儀器設(shè)備，主要面向電子類學(xué)生。按照教學(xué)大綱的要求，該課程實(shí)踐學(xué)時(shí)為1周，1個(gè)學(xué)分，必修課。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

針對(duì)以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況，在一定程度上存在了一些客觀上的因素，這些因素直接對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程質(zhì)量產(chǎn)生了影響。這些因素具體表現(xiàn)如下：

2.1電工實(shí)訓(xùn)時(shí)間安排不合理

電工實(shí)訓(xùn)作為電子工程學(xué)院的一個(gè)特色實(shí)踐環(huán)節(jié)，一般參加實(shí)習(xí)的人員為一、二年級(jí)的學(xué)生，實(shí)習(xí)時(shí)間一般會(huì)被安排在每一個(gè)學(xué)期臨近期末考試的幾周，這個(gè)時(shí)間段一般是學(xué)生最忙碌的時(shí)候：復(fù)習(xí)、期未考試、課程設(shè)計(jì)，這種超負(fù)荷的壓力導(dǎo)致大部分學(xué)生從思想上不重視這一門課，在實(shí)習(xí)期間敷衍了事，無法集中精力在電工實(shí)訓(xùn)上。同時(shí)學(xué)生多數(shù)存在重理論輕實(shí)踐的觀念，學(xué)習(xí)態(tài)度不端正，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)水平層次只能停留在書本上的理論知識(shí)，對(duì)于實(shí)際操作方面更是囫圇吞棗，敷衍了事，這些情況的長期存在，不利于學(xué)生豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提升自身技術(shù)操作能力。[1]

2.2理論與實(shí)踐脫節(jié)

我校電工實(shí)訓(xùn)的理論環(huán)節(jié)包括模擬電路、數(shù)字電路、電工學(xué)等電子基礎(chǔ)理論知識(shí)，實(shí)踐環(huán)節(jié)包括電工基本工藝、連接和調(diào)試實(shí)際電路、故障分析修復(fù)、設(shè)計(jì)和調(diào)試新功能電路。理論方面，僅靠PPT演示，根本不足以讓學(xué)生對(duì)電工技術(shù)基礎(chǔ)理論知識(shí)有全面的了解，在一知半解的情況下馬上進(jìn)行實(shí)踐操作，導(dǎo)致學(xué)生間連接電路時(shí)相互模仿，相互抄襲電路圖，遇到錯(cuò)誤時(shí)無法根據(jù)電路圖查找原因并解決，不能真正體現(xiàn)思考問題、分析問題、解決問題的能力。[2]

2.3教學(xué)課時(shí)少，教學(xué)方式單一，教學(xué)內(nèi)容陳舊

對(duì)于電工實(shí)訓(xùn)的理論課程，我校僅安排6個(gè)課時(shí)，而實(shí)踐環(huán)節(jié)也僅有24個(gè)課時(shí)，由于課時(shí)有限，授課方式僅限于統(tǒng)一集中講解和實(shí)踐操作，師生之間沒有充分的互動(dòng)，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，以致于制約學(xué)生發(fā)展的積極性和創(chuàng)新性。與此相關(guān)的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容如單相、三相照明電路，電動(dòng)機(jī)控制電路等等，內(nèi)容陳舊，缺乏新意，而且十幾年來一成不變，已經(jīng)無法滿足學(xué)生對(duì)新知識(shí)的探求，學(xué)生的水平只能停留在根據(jù)電路圖進(jìn)行簡單連接和調(diào)試，對(duì)常用元器件有一定了解。正是由于課時(shí)少，方式單一，內(nèi)容陳舊的限制，學(xué)生在綜合應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力達(dá)不到更深層次的發(fā)展，不利于培養(yǎng)學(xué)生成為設(shè)計(jì)型，創(chuàng)造型人才。[3]

2.4師資配置不足

通常，在150多平方米的電工實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室，有50套綜合電工柜、100臺(tái)三相電機(jī)及各種電工儀器設(shè)備，同一時(shí)間可以滿足100個(gè)學(xué)生同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但只配備了一個(gè)教師，教師很難實(shí)現(xiàn)有效的管理，由于實(shí)驗(yàn)室大部分設(shè)備是強(qiáng)電設(shè)備，在無法實(shí)現(xiàn)有效管理時(shí)，對(duì)學(xué)生的安全存在很大威脅。同時(shí)師資不足容易造成對(duì)實(shí)習(xí)設(shè)備與工具的管理達(dá)不到相應(yīng)水平，導(dǎo)致設(shè)備缺乏合理的配置，檢查、維修緩慢，容易造成資源浪費(fèi)。不僅影響教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，也嚴(yán)重影響到電工實(shí)訓(xùn)的本質(zhì)和目的。因此，電工實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革迫在眉睫。

三、教學(xué)改革的措施

針對(duì)上面所提到的教學(xué)問題，要提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程質(zhì)量，必須對(duì)教學(xué)方案進(jìn)行改革，采取相應(yīng)的措施。具體措施如下：

3.1完善實(shí)習(xí)時(shí)間安排

在不影響學(xué)生正常學(xué)習(xí)上課的前提下，經(jīng)過教師與教務(wù)處重新商定，根據(jù)不同專業(yè)學(xué)生的教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃，時(shí)間安排上可作以下幾點(diǎn)改變：（1）可大致將電工實(shí)訓(xùn)時(shí)間穿插分布在每學(xué)期的第3～8周；（2）電子電氣專業(yè)學(xué)生的電工實(shí)訓(xùn)時(shí)間應(yīng)達(dá)每周4個(gè)學(xué)時(shí)，并且將理論課的與實(shí)踐課的教學(xué)融合在一起，實(shí)習(xí)內(nèi)容可相對(duì)增加一些有創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)電路并連線調(diào)試；（3）其他專業(yè)學(xué)生的電工實(shí)訓(xùn)時(shí)間則為每周2個(gè)學(xué)時(shí)即可。這樣做既不影響學(xué)生日常學(xué)習(xí)生活，也避免學(xué)生產(chǎn)生抵制情緒，給予學(xué)生充分的時(shí)間自主學(xué)習(xí)，自由發(fā)揮，激發(fā)學(xué)生的積極性，創(chuàng)造性，更有助于達(dá)到電工實(shí)訓(xùn)的教學(xué)目的。

3.2導(dǎo)入西門子PLC自動(dòng)化技術(shù)教學(xué)

將PLC技術(shù)應(yīng)用引入電工實(shí)訓(xùn)教學(xué)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神發(fā)揮了重要的作用。

西門子PLC全集成自動(dòng)化系統(tǒng)的功能強(qiáng)大，采用西門子最先進(jìn)的控制技術(shù)，可選設(shè)備眾多，考慮到電工實(shí)訓(xùn)的實(shí)際情況，特別設(shè)計(jì)選定了目前適合的控制系統(tǒng)，模塊化柔性制造實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，它具備開放的結(jié)構(gòu)體系，可以很好的任意組合，實(shí)現(xiàn)需要的控制體系配置方案。

該系統(tǒng)是一套完整、靈活、模塊化、易擴(kuò)展的教學(xué)系統(tǒng)，從簡單到復(fù)雜，從零部件到整機(jī)，充分體現(xiàn)了工業(yè)自動(dòng)化相關(guān)技術(shù)。系統(tǒng)采用鋁合金框架為結(jié)構(gòu)主題，是一種利用多種機(jī)械傳動(dòng)方式模擬完成現(xiàn)代化裝配過程的柔性化生產(chǎn)系統(tǒng)。系統(tǒng)中展現(xiàn)了實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的典型部分：控制系統(tǒng)部分、執(zhí)行器部分、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部分、檢測(cè)采集部分、工業(yè)總線等。

在此基礎(chǔ)上，考慮到學(xué)科建設(shè)方面的需求，此次選定的設(shè)備通過不同單元的柔性組合，將電工實(shí)訓(xùn)的基礎(chǔ)知識(shí)和教學(xué)內(nèi)容：機(jī)電系統(tǒng)的組成、功能、控制原理、連接、調(diào)試等應(yīng)用到實(shí)際自動(dòng)化設(shè)計(jì)：上料單元實(shí)驗(yàn)、下料單元實(shí)驗(yàn)、加蓋單元實(shí)驗(yàn)、穿銷單元實(shí)驗(yàn)、伸縮換向單元實(shí)驗(yàn)、檢測(cè)單元實(shí)驗(yàn)、分揀單元實(shí)驗(yàn)、廢料單元實(shí)驗(yàn)、立體倉庫單元實(shí)驗(yàn)等，形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，如下圖圖1所示，讓學(xué)生掌握機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用、開發(fā)、集成技術(shù)，幫助學(xué)生從整體角度去認(rèn)識(shí)系統(tǒng)各組成部分，從而更全面理解電工實(shí)訓(xùn)的實(shí)際應(yīng)用，掌握機(jī)電系統(tǒng)的組成、功能及控制原理，達(dá)到電工實(shí)訓(xùn)的目的。這種印象教學(xué)容易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，滿足個(gè)性化學(xué)習(xí)的需要，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)、集成、科學(xué)地應(yīng)用現(xiàn)代自動(dòng)化工程知識(shí)的能力和再創(chuàng)造能力。[4]

3.3改革創(chuàng)新教學(xué)方式

電工實(shí)訓(xùn)是高等學(xué)校里電子工程學(xué)院的一門實(shí)訓(xùn)課程，是電子類專業(yè)的一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，它在理論聯(lián)系實(shí)際、提高學(xué)生的動(dòng)手能力、貼近社會(huì)實(shí)際工作環(huán)境發(fā)揮著十分重要的作用。然而在電工實(shí)訓(xùn)的技能教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)效果存在著比較大的差距，主要是因?yàn)樵谏险n時(shí)，老師講解電工的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生無法集中精力聽講，雖然有PPT和FLASH動(dòng)畫，但是動(dòng)畫仿真的實(shí)驗(yàn)與實(shí)際做實(shí)驗(yàn)是有差距的，導(dǎo)致學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)，無法透切的理解老師所講的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這種虛擬教學(xué)達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果。

針對(duì)這種虛擬教學(xué)方式，學(xué)校計(jì)劃引進(jìn)基于Zigbee的電工實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng)，利用Zebee技術(shù)，老師電腦通過串口連接連到Zebee主機(jī)，同時(shí)通過VGA連接到投影儀，在每一臺(tái)電工柜上安裝一臺(tái)Zebee從機(jī)；如圖2為本實(shí)用新型的系統(tǒng)部署圖；在電工實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室的電腦里安裝有自行研發(fā)的電工實(shí)訓(xùn)仿真軟件，可以通過投影儀播放出來，同時(shí)通過USB口與主控制器連接，在仿真的同時(shí)，通過USB口輸出一套命令到主控制器，再通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到實(shí)驗(yàn)室的其它電工柜的從控制器里，通過接線端子連接電工柜里的交流觸器、時(shí)間繼電器、中間繼電器、開關(guān)、接扭等并對(duì)其進(jìn)行控制，使其和仿真系統(tǒng)里的軟件保持同步，使學(xué)生能更直觀看到演示的效果。

通過FLASH動(dòng)畫的生動(dòng)展示，同時(shí)在每臺(tái)電工柜上利用該實(shí)用新型裝置自動(dòng)連線，達(dá)到和FLASH動(dòng)畫一樣的效果，將電工仿真軟件與實(shí)物演示相結(jié)合，將各個(gè)元器件的原理、功能以動(dòng)態(tài)的形態(tài)展現(xiàn)給學(xué)生，帶有動(dòng)畫效果的演示讓學(xué)生更容易理解與掌握實(shí)習(xí)的要點(diǎn)，準(zhǔn)確直觀地接受知識(shí)，提高授課的質(zhì)量，可進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。（圖2）

3.4合理規(guī)劃理論與實(shí)踐相結(jié)合

傳統(tǒng)的教學(xué)方式一直都是將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)分離，這種做法壓抑了學(xué)生的個(gè)性和主體性，導(dǎo)致學(xué)生養(yǎng)成依賴性。陶行知先生曾經(jīng)說過“在做中教，才是真教。在做中學(xué)，才是真學(xué)。”實(shí)踐與理論相結(jié)合才能達(dá)到雙贏。教師在講授實(shí)踐課程時(shí)，如果能同時(shí)融合理論教學(xué)，將實(shí)際操作直接演示與各電路原理結(jié)合在一起，在視覺、聽覺、觸覺多方面同時(shí)觸動(dòng)學(xué)生躍躍欲試的心理，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，勢(shì)必能達(dá)到事半功倍的效果。理論與實(shí)踐的結(jié)合，能夠促進(jìn)師生間的互動(dòng)，使得教師不僅僅是知識(shí)的傳播者和教授者，更是學(xué)生探究新知識(shí)新能力的促進(jìn)者和合作者，對(duì)提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力與解決實(shí)際問題的能力有很大幫助。[5]

3.5改善考核方式

實(shí)習(xí)考核既是對(duì)學(xué)生所掌握知識(shí)和動(dòng)手能力的檢驗(yàn)，也是對(duì)教學(xué)效果的檢驗(yàn)。教師只能提供最基礎(chǔ)的電路原理圖，對(duì)于分層設(shè)計(jì)的電路原理圖，學(xué)生應(yīng)該自主查找、接線、調(diào)試。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生在基礎(chǔ)電路原理圖的前提下，不斷地設(shè)計(jì)、調(diào)試、改進(jìn)新型電路。在教師驗(yàn)收成果時(shí)，不僅要求大部分學(xué)生正確使用儀器儀表，達(dá)到獨(dú)立操作電工識(shí)圖、會(huì)操作各種電力柜的設(shè)計(jì)、安裝、維修，達(dá)到電路原理圖所要求的效果并且能自主調(diào)試，還必須解釋電路圖原理，對(duì)于有能力充分采用各種不同方式的設(shè)計(jì)、調(diào)試來實(shí)現(xiàn)電機(jī)同一功能運(yùn)轉(zhuǎn)及積極設(shè)計(jì)創(chuàng)新電路圖實(shí)現(xiàn)額外功能的學(xué)生，應(yīng)給予額外獎(jiǎng)勵(lì)，用以激發(fā)學(xué)生的自主創(chuàng)新熱情。[6-7]

3.6協(xié)調(diào)人員配備，健全管理制度

規(guī)范化的管理制度，是電工實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革的必要條件，需要學(xué)校各層人員的相互配合，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)作為管理層，應(yīng)協(xié)調(diào)好電工實(shí)訓(xùn)管理與教授的人員配備，根據(jù)學(xué)生人數(shù)與學(xué)生層次不同配備不同老師，當(dāng)超過40個(gè)學(xué)生同時(shí)進(jìn)行實(shí)習(xí)時(shí)，必須保證有2個(gè)或2個(gè)以上的教師在現(xiàn)場(chǎng)協(xié)助學(xué)生對(duì)實(shí)際操作、電子技術(shù)、電路分析的學(xué)習(xí)和保障學(xué)生的安全。

同時(shí)應(yīng)該健全電工實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室的管理制度如設(shè)備的管理制度、各種設(shè)備磨損，材料消耗的申報(bào)和管理制度、實(shí)驗(yàn)室安全檢查制度等等，以助于提高設(shè)備的利用率與完好率。最重要的是制定一個(gè)完整規(guī)范化的實(shí)驗(yàn)室安全保障制度，并要求教師與學(xué)生嚴(yán)格遵守，充分保障教師與學(xué)生的人身安全。[8-10]

四、改革的成效

經(jīng)過一系列的教學(xué)改革措施，把知識(shí)的傳授和能力的培養(yǎng)有效地結(jié)合起來，將單一的教學(xué)模式轉(zhuǎn)化為多元化的教學(xué)模式，推廣了模塊化、系統(tǒng)化的自動(dòng)化建設(shè)融合開放式的實(shí)習(xí)教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和創(chuàng)新性，對(duì)電路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、研制、調(diào)試有了更深層次的理解，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)、一絲不茍的工作作風(fēng)，初步具備工程實(shí)踐能力和素質(zhì)。還可以不斷提高實(shí)習(xí)教師的工程實(shí)踐能力和科研水平，促進(jìn)電工實(shí)訓(xùn)更快、更好、更強(qiáng)地發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

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