非電類專業(yè)“電工實(shí)訓(xùn)”課程教學(xué)改革探索

肖 鳳，劉會霞，王富良，杜 懌

(江蘇大學(xué)工程訓(xùn)練中心，江蘇鎮(zhèn)江212013)

0 引言

“電工實(shí)訓(xùn)”是普通高校和高職院校針對工科專業(yè)開設(shè)的一門重要的實(shí)踐課程，需要教師根據(jù)課堂教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合實(shí)訓(xùn)設(shè)備，設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，以鞏固課堂講授的理論知識，使學(xué)生認(rèn)識和掌握各類常用低壓電器及電工設(shè)備的功能和使用方法，并增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，是一門真正意義上的理論與實(shí)踐相結(jié)合的綜合性實(shí)踐課程。為提高該課程的教學(xué)效果，國內(nèi)各高校已進(jìn)行了各種深入的研究與改革［1-3]。

我校非電類工科學(xué)生的“電工實(shí)訓(xùn)”課程由工業(yè)中心機(jī)電實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)開設(shè)，經(jīng)過多次修訂實(shí)訓(xùn)教學(xué)大綱，調(diào)整實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，逐漸形成了由基本電工設(shè)備認(rèn)識，基于PLC的電動(dòng)機(jī)控制平臺綜合性實(shí)驗(yàn)，全自動(dòng)化MPS模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)及物流系統(tǒng)觀摩，和由學(xué)生自主選擇的開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等組成的一整套多層次、全方位的實(shí)訓(xùn)課程。

本文主要針對我?！半姽?shí)訓(xùn)”課程教學(xué)中的常見問題，提出了一些課程改革的方法和途徑，并進(jìn)行了實(shí)踐，實(shí)際教學(xué)成果證明了課程改革的有效性。

1 我校電工實(shí)訓(xùn)基本情況

我校工業(yè)中心是以電氣信息、機(jī)械工程為核心，以機(jī)械、電氣、汽車交通和能源動(dòng)力為主干的國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。工業(yè)中心下屬的機(jī)電實(shí)驗(yàn)室從2004年開始面向我校機(jī)械、模具、車輛工程等13個(gè)非電類工科專業(yè)開設(shè)“電工實(shí)訓(xùn)”實(shí)踐課程，總學(xué)時(shí)為20學(xué)時(shí)(不包括開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn))。目前機(jī)電實(shí)驗(yàn)室擁有GDXS-4電工實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置、物流系統(tǒng)、MPS模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)等多種電工實(shí)訓(xùn)平臺。

我校電工實(shí)訓(xùn)內(nèi)容主要包括:常用低壓電器及電工儀表的工作原理和使用方法、三相異步電動(dòng)機(jī)的常規(guī)控制、S7-200 PLC控制的三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制、制動(dòng)控制、Y-Δ降壓啟動(dòng)控制、小車定向運(yùn)動(dòng)控制、基于變頻器的異步電動(dòng)機(jī)控制和物流系統(tǒng)和MPS模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)參觀等項(xiàng)目。

2 課程教學(xué)存在的問題

筆者在近6年的“電工實(shí)訓(xùn)”課程教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)了諸多問題，它們對電工實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)效果產(chǎn)生了不容忽視的影響，總結(jié)如下:

1)學(xué)生安全意識薄弱

電工實(shí)訓(xùn)課程幾乎都是在市電環(huán)境下進(jìn)行的，盡管實(shí)驗(yàn)臺上已經(jīng)設(shè)置必要的觸電、短路等保護(hù)設(shè)備和安全警示標(biāo)志，每次實(shí)訓(xùn)操作之前，教師也都會進(jìn)行用電安全教育，然而由于很多學(xué)生都是第一次接觸強(qiáng)電實(shí)驗(yàn)，特別對于非電類專業(yè)學(xué)生，用電安全意識薄弱，因此，幾乎每次電工實(shí)訓(xùn)課程中，均會發(fā)生強(qiáng)弱電接錯(cuò)、交直流接錯(cuò)或盲目上電等問題，導(dǎo)致燒毀儀器儀表，甚至是價(jià)格昂貴的PLC等事故。

2)學(xué)生重視程度不夠，學(xué)習(xí)主動(dòng)性缺乏

由于我校“電工實(shí)訓(xùn)”課程主要面向機(jī)械等非電類工科專業(yè)學(xué)生開設(shè)，因此學(xué)生會理所當(dāng)然地認(rèn)為本課程與其專業(yè)關(guān)系不大，常常作為一門“副科”來對待，不夠重視，學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏主動(dòng)性。動(dòng)手實(shí)踐時(shí)，學(xué)生往往是按圖接線，機(jī)械操作根本不考慮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作原理;出現(xiàn)問題后，第一時(shí)間想到的是求助教師，而不是結(jié)合課堂學(xué)到的理論尋求解決辦法，無法真正實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐結(jié)合的教學(xué)目的。

3)課時(shí)少，內(nèi)容多

我校的電工實(shí)訓(xùn)課程主要圍繞基于GDXS-4電工實(shí)訓(xùn)平臺開設(shè)的數(shù)項(xiàng)異步電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)展開，這些項(xiàng)目內(nèi)容不僅涉及到常用低壓電器和儀器儀表的使用，而且還與PLC、三相異步電機(jī)等較為復(fù)雜的控制器和控制對象有關(guān)。雖然理論課上已經(jīng)對大部分設(shè)備做了介紹，但是由于學(xué)生本身對“電工學(xué)”課程就不重視，導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)前學(xué)生的基礎(chǔ)知識相對薄弱，加之實(shí)訓(xùn)的總學(xué)時(shí)僅為20課時(shí)，這就形成了基礎(chǔ)知識的復(fù)習(xí)與學(xué)生動(dòng)手實(shí)訓(xùn)在時(shí)間上難以兼顧，給整個(gè)實(shí)訓(xùn)的時(shí)間安排帶來了較大的困難。

4)理論課程與實(shí)訓(xùn)教學(xué)脫節(jié)

由于我校非電類學(xué)生的“電工學(xué)”理論課和電工實(shí)訓(xùn)分在兩個(gè)不同的學(xué)院開設(shè)，導(dǎo)致理論課程和實(shí)訓(xùn)課程分頭進(jìn)行，教師之間溝通困難。甚至學(xué)生的“電工學(xué)”課程尚未完全結(jié)束便進(jìn)入電工實(shí)訓(xùn)的現(xiàn)象屢見不鮮，學(xué)生對一些實(shí)訓(xùn)涉及的設(shè)備工作原理理解尚不透徹，便投入實(shí)訓(xùn)，這些問題增加了電工實(shí)訓(xùn)順利開展的難度，最終導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)效果較差。

3 實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革探索

1)重視安全教育，增強(qiáng)安全意識

教學(xué)安全是實(shí)踐教學(xué)的重中之重。中心打破傳統(tǒng)安全教育課程完全以教師講解為主的單一形式，利用多媒體工具讓學(xué)生接觸一些真實(shí)發(fā)生的安全事故案例，特別播放企業(yè)單位發(fā)生的重大安全事故視頻，以達(dá)到從思想上引起學(xué)生高度重視的目的，并建立“今天的實(shí)驗(yàn)安全就是今后踏上工作崗位后的生產(chǎn)安全”的觀念。

2)更新教學(xué)觀念，改變教學(xué)模式

非電類專業(yè)的電工實(shí)訓(xùn)課程授課對象往往對電類課程重視程度不高，因此，對非電類專業(yè)電工實(shí)訓(xùn)改革，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性尤為重要。

非電類電工實(shí)訓(xùn)教學(xué)應(yīng)改變傳統(tǒng)的以教師為主體的教學(xué)模式，重視學(xué)生在教學(xué)過程中的主體地位，講解內(nèi)容不能由教師全盤“倒灌”，學(xué)生被動(dòng)接受，而應(yīng)提出問題，分析問題，讓學(xué)生自行解決問題。

中心引進(jìn)多種電工設(shè)計(jì)、分析測試軟件，例如EDA軟件、電機(jī)有限元設(shè)計(jì)軟件等，借助于多媒體手段，以動(dòng)畫的形式向?qū)W生講解電路、電機(jī)等抽象設(shè)備的工作過程，演示各元件的連接和電氣特性參數(shù)，使學(xué)生預(yù)先了解實(shí)訓(xùn)內(nèi)容;在學(xué)生容易出錯(cuò)的地方有意設(shè)置電路故障，演示異常情況，便于學(xué)生實(shí)訓(xùn)過程中的查錯(cuò)和錯(cuò)誤故障的排除。此外，多媒體動(dòng)畫便于存儲和傳播，可以掛在網(wǎng)站上供學(xué)生隨時(shí)下載學(xué)習(xí)。這一舉措不但可以讓學(xué)生更加形象地理解電工設(shè)備的工作過程，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，有效降低指導(dǎo)教師的工作壓力。

3)更新教學(xué)內(nèi)容，實(shí)行分層教育

傳統(tǒng)的電工實(shí)訓(xùn)往往采用全班學(xué)生在同一個(gè)平臺上完成相同項(xiàng)目的形式進(jìn)行，由于學(xué)生個(gè)體在學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)方法等方面存在差異，導(dǎo)致傳統(tǒng)電工實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)置降低了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，容易產(chǎn)生部分學(xué)生不能積極投入，只有少數(shù)學(xué)生得到了動(dòng)手、動(dòng)腦的實(shí)訓(xùn)鍛煉的情況。

為了激發(fā)學(xué)生興趣，防止濫竽充數(shù)的情況發(fā)生，中心在電工實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中，實(shí)行分組、分層的教學(xué)模式，設(shè)置了多層次的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目［4-5]。

(1)基礎(chǔ)層次設(shè)置的項(xiàng)目是三相異步電動(dòng)機(jī)的常規(guī)控制，主要是指傳統(tǒng)三相異步電動(dòng)機(jī)的繼電接觸器控制，包含繼電接觸器點(diǎn)動(dòng)控制、啟?？刂坪蚘-Δ降壓啟動(dòng)控制三個(gè)項(xiàng)目，所有學(xué)生必須選做兩個(gè)項(xiàng)目?；A(chǔ)層次的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目教學(xué)目的是使學(xué)生熟悉設(shè)備，了解常用低壓電器，是后續(xù)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)。

(2)中等層次設(shè)置的項(xiàng)目是三相異步電動(dòng)機(jī)PLC控制，包含PLC控制的點(diǎn)動(dòng)、啟停、正反轉(zhuǎn)、延時(shí)返回、反接制動(dòng)、自耦調(diào)壓器降壓啟動(dòng)、Y-Δ降壓啟動(dòng)和雙電動(dòng)機(jī)聯(lián)鎖控制等八個(gè)項(xiàng)目，所有學(xué)生必須八選五，即完成五個(gè)項(xiàng)目。中等層次實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目可使學(xué)生掌握常用低壓電器的原理和工業(yè)生產(chǎn)三大支柱之一的PLC控制器的簡單使用方法。

(3)高等層次設(shè)置的項(xiàng)目是更具趣味的小車定向運(yùn)動(dòng)控制、基于變頻器的異步電動(dòng)機(jī)速度控制、雙作用氣缸順序動(dòng)作控制及十字路口交通燈控制等，這些項(xiàng)目要求學(xué)生在完成基礎(chǔ)和中等項(xiàng)目后，根據(jù)自己的興趣選擇。這種分層選做的措施解決了“電工實(shí)訓(xùn)”課時(shí)少和內(nèi)容多的矛盾，滿足了不同層次學(xué)生的需要，有效改善了“電工實(shí)訓(xùn)”的教學(xué)效果。

4)設(shè)置開放型創(chuàng)新實(shí)踐課程，實(shí)現(xiàn)優(yōu)生優(yōu)培

我校“電工實(shí)訓(xùn)”課程課時(shí)較少，課時(shí)范圍內(nèi)的實(shí)訓(xùn)效果有限，特別對于那些對電工實(shí)訓(xùn)內(nèi)容深感興趣的學(xué)生來說往往會覺得意猶未盡，為此，中心依據(jù)現(xiàn)有設(shè)備開設(shè)了多種開放型創(chuàng)新實(shí)踐課程［6-8]，例如，電梯模型設(shè)計(jì)與編程、小型爬桿機(jī)器人設(shè)計(jì)、小型直線運(yùn)載裝置設(shè)計(jì)、3D8光立方創(chuàng)意設(shè)計(jì)和自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，各創(chuàng)新課程的課時(shí)設(shè)置為80學(xué)時(shí)，學(xué)生可以自由選擇合作伙伴進(jìn)行選修，并可以自由選擇課余時(shí)間隨時(shí)到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)踐，極大增加了課程完成的自主程度。完成課程并經(jīng)過認(rèn)定后，學(xué)生可以得到2個(gè)學(xué)分的創(chuàng)新學(xué)分。這一舉措不僅可以滿足學(xué)生按興趣選擇課題，將所學(xué)理論知識應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目的意愿，又可以較好地增加學(xué)生就業(yè)時(shí)的社會競爭力。

中心從2010年開始試點(diǎn)開放型創(chuàng)新實(shí)踐課程，2010年共有33名機(jī)械、模具、光信息等專業(yè)的學(xué)生選課，通過開放型實(shí)踐課程平臺，完成了小型爬桿機(jī)器人的作品。有學(xué)生受到啟發(fā)進(jìn)一步開發(fā)了可投球式娛樂機(jī)器人，并參加了江蘇省機(jī)械創(chuàng)新大賽，獲得了二等獎(jiǎng)。隨后的幾年里，選課人數(shù)逐年增長，到2013年，全校共有280名參與過電工實(shí)訓(xùn)課程的非電類專業(yè)學(xué)生選修本實(shí)驗(yàn)室的開放性創(chuàng)新實(shí)踐課程，陸續(xù)完成了電梯模型設(shè)計(jì)、小型爬桿機(jī)器人設(shè)計(jì)、小型直線運(yùn)載裝置設(shè)計(jì)、3D8光立方創(chuàng)意設(shè)計(jì)和自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等創(chuàng)新項(xiàng)目。從選課人數(shù)和課程項(xiàng)目均可看出本課程改革的顯著成效。

4 結(jié)語

本文基于我校工業(yè)中心開設(shè)的非電類專業(yè)“電工實(shí)訓(xùn)”實(shí)踐課程的實(shí)際情況，分析了本課程教學(xué)中存在的一些問題，提出在現(xiàn)有條件下，通過設(shè)置分組分層教育、充分利用多媒體技術(shù)和開設(shè)開放型創(chuàng)新課程等方式來實(shí)現(xiàn)改善“電工實(shí)訓(xùn)”教學(xué)效果的目的。就已經(jīng)完成的部分實(shí)踐效果來看，這些改革措施均能有效的激發(fā)學(xué)生對“電工實(shí)訓(xùn)”課程的興趣和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的欲望，實(shí)踐改革教學(xué)效果令人滿意。

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