電工技術(shù)實驗教材特點分析

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一、實驗?zāi)康膽?yīng)具有明確的“任務(wù)性”

諸多實驗方面的教材對實驗?zāi)康牡囊笸ǔＪ橇私馐裁?，熟悉什么，掌握什么。筆者認(rèn)為這樣沒有任務(wù)要求，若寫為會什么、能做什么，也就是提出明確的任務(wù)要求和能力要求，使學(xué)生知道這次實驗是要干什么，實驗完成后自己的操作能力應(yīng)該有哪些提高會更好。表1是微分和積分電路的應(yīng)用實驗，指出了明確的任務(wù)和能力要求。

二、實驗內(nèi)容應(yīng)具有“應(yīng)用性”

直流電橋電路是“電工技術(shù)”課程直流電路中一個非常典型的電路，從電路分析的角度看它可以提高學(xué)生的電路分析能力；從知識應(yīng)用性的角度看，電橋電路應(yīng)用十分廣泛。例如：壓力傳感器或壓力變送器的測量電路采用直流電橋電路，儀表測量溫度時冷端溫度補(bǔ)償可用補(bǔ)償電橋法，自動電子電位差計測量橋路等等。由此可見，設(shè)計一個實踐性較強(qiáng)的直流電橋電路實驗，意義是非常深遠(yuǎn)的。本文以直流電橋電路測量溫度為例，來說明電工基礎(chǔ)實驗與實際應(yīng)用兩者的結(jié)合，使學(xué)生通過電工基礎(chǔ)實驗更加深刻地認(rèn)識和體會到，專業(yè)基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程的聯(lián)系及紐帶關(guān)系，從而具備一種善于思考問題和解決問題的能力。以下簡要介紹電橋電路實驗方法及特點，供大家參考。

1.用不平衡電橋電路測量溫度方法（間接法）

利用熱電阻測量溫度，將溫度變化轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體或半導(dǎo)體的阻值Rt的變化。通常顯示儀表方便接受電壓或電流信號，為此常采用電橋來測量Rt阻值的變化，并轉(zhuǎn)化為電壓輸出。

2.本實驗的特點

部分實驗教材通常只是利用直流單臂電橋和雙臂電橋測量電阻，也可理解為測量儀器使用方法的掌握。本實驗的特點筆者認(rèn)為有如下幾點：

（1）可以學(xué)習(xí)電路的連接方法；

（2）可以學(xué)會電橋電路中元器件參數(shù)選配原則和方法，從而更加深刻地認(rèn)識和理解電橋電路的結(jié)構(gòu)和特點；

（3）通過不平衡電橋電路測量溫度的原理和實驗方法，學(xué)生可通過制作電橋電路并且測量溫度，清楚該電路在實際工程中的應(yīng)用，而不是僅作為一直流電路或一個測量儀器來看待。

三、驗證實驗結(jié)果的方法應(yīng)具有“趣味性”

本文以疊加定理實驗為例進(jìn)行說明。

1.T型電阻網(wǎng)絡(luò)驗證疊加定理

（1）電路原理說明。本實驗的T型電阻網(wǎng)絡(luò)如圖2所示是由100Ω和200Ω兩種規(guī)格的電阻構(gòu)成。其中，S3-S0為4個模擬電子開關(guān)，開關(guān)的狀態(tài)受輸入的數(shù)字信號D3-D0控制。當(dāng)Di=1（高電平）時，開關(guān)Si置到基準(zhǔn)電壓源UREF；當(dāng)Di=0（高電平）時，開關(guān)Si置到接地端。

（2）驗證電路中某一支路電壓或電流疊加方法。基準(zhǔn)電壓源UREF選取6V。首先將邏輯開關(guān)S0置“1”，即S0支路有UREF單獨作用，觀察電流表的讀數(shù)，同時用萬用表測量UDE的電壓。按照表3要求的邏輯開關(guān)狀態(tài)逐一完成操作。

2.本實驗的特點

傳統(tǒng)驗證疊加定理實驗的電路如圖3，數(shù)據(jù)記錄如表4。筆者認(rèn)為它雖然可以驗證疊加定理的關(guān)系，但存在沒有將趣味性融入實驗的缺陷。一件非常有趣的事情會使人記憶猶新。同樣，一次有趣的實驗會使學(xué)生受益匪淺。疊加定理的內(nèi)容是：“在任何由線性電阻、線性受控源及獨立源組成的電路中，每一元件的電流和電壓等于每一個獨立源單獨作用于電路時，在該元件上所產(chǎn)生的電流和電壓的代數(shù)和?！比绾螌⒖菰?、乏味的定理轉(zhuǎn)變成具有娛樂性的實驗?zāi)?？?shù)字電子技術(shù)中的D/A轉(zhuǎn)換器電路即4位T型電阻網(wǎng)絡(luò)電路可以較好地替代圖中的電路。筆者認(rèn)為采用該電路的特點有以下幾個：

（1）器件的數(shù)量雖然較多，但規(guī)格少，便于選擇，學(xué)生易掌握；

（2）組合邏輯開關(guān)的工作方式代替獨立源的工作狀態(tài)，實驗過程中操作和轉(zhuǎn)換靈活、方便，變化多樣，學(xué)生可以感到趣味無窮，極為有趣；

（3）電路分析過程多而不難，且極有規(guī)律，留給學(xué)生無限的遐想和思索；

（4）實驗效果明顯，測試數(shù)據(jù)較多但結(jié)果十分準(zhǔn)確。

四、實驗題目應(yīng)具有“形象性”

“電工技術(shù)”課程交流電路中，電阻、電感、電容組合的串并聯(lián)電路應(yīng)用十分廣泛。例如：

（1）在電阻和電感串聯(lián)電路中并聯(lián)合適的電容，可以提高電路的功率因數(shù)；

（2）電阻、電感、電容構(gòu)成串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振電路，可以對傳輸信號進(jìn)行選擇。可見，學(xué)生掌握和理解這些知識點是非常重要的。但是，RLC電路的電路分析較為復(fù)雜和抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)中普遍感到困難，借助于實驗來幫助學(xué)生解決這一難題是一個很好的辦法。

日光燈電路是典型的電阻、電感串聯(lián)電路，故在許多實驗教材中都有這個實驗。在R—L電路并聯(lián)一合適電容C，可提高電路的功率因數(shù)，實驗名稱為“功率因數(shù)的提高”。筆者認(rèn)為若將名稱寫為“日光燈電路能量需求最小化”則更為形象和生動。理由如下，并聯(lián)電容后，電路中R—L支路電流是沒有變化的，而電路的總電流減小了，也可以理解為并聯(lián)一恰當(dāng)電容后，可以使電源提供給日光燈的能量最小，但日光燈亮度卻沒有減弱。若學(xué)生見到實驗題目是日光燈電路能量需求最小化時，很自然會想到有功功率、無功功率和視在功率這些知識及關(guān)系，同時又可將枯燥的專業(yè)術(shù)語轉(zhuǎn)換為有感性認(rèn)識的語言。

五、小結(jié)

如果將上述“四性”引入到“電工技術(shù)”課程的實驗教材中，可改變原有的傳統(tǒng)編寫模式，對實驗教師和學(xué)生對“電工技術(shù)”實驗的理解和認(rèn)識，實驗教師如何將實驗課“上活”，學(xué)生如何將實驗課“學(xué)活”，都可較好地起到指導(dǎo)和引領(lǐng)作用。