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运用电子积木实现电类专业实验实训教学高效化的探究
作者：严美臻
关键词：实验实训教学；电子积木
技工学校电类专业基础课是实践性很强的学科，尤其对于一些抽象的理论，借助实验实训可使其更加直观、生动、形象。如何提高专业理论课、专业技能课的教学效率，使之在一定的课时内完成更多的实验实训任务，是值得探究的问题。在教学设备条件一定的情况下，需要专业课教师探索实际的、高效率的实验实训新方法，使学生在固定的课时中做更多的实验，获得更多的技能，使实验实训教学实现高效化。
现行电类教学实验实训存在的问题
效率低电子电工实验一般要经过组织元器件、设计电路板、制作电路板、安装或焊接元器件等费时较多的过程，其中，设计和制作电路板费时最多，难度也较大，实验效率低、周期比较长。
缺乏灵活性学校购置的实验设备中，电子、电工电路板结构一般都是固定的，限制了教师选用电路的灵活性，只能按购入的器材做一些受到限制的实验，教师的随机变动性差，实验实习效果不尽如人意。另外，原理性实验实训，在教材中相配的实验数量少，教师如要增加实验，受到设计、制作电路板的条件限制，如果由学生动手制作电路板，则在课时上不允许。所以，在教学中，教师无法结合理论教学及时地将有关实验和趣味性的小制作电路引入课堂实验，不利于学生学习兴趣的提高，也导致教学的总体效率降低。
循环使用、互换受限制由于元器件在电路板上安装后，都是固定的，要想将使用过的元器件应用到别的电路上必须拆卸下来，很麻烦，也很费时，并且容易损坏，互换性比较差，限制了循环再用，造成浪费。
直观效果欠缺教材中给出的电路板，一般都打乱电路图中的元器件排布顺序，在电路板上调试与检测和进行讲课，不能直观地对应到电路图上，使学生从电路图到电路板或从电路板到电路图的识图发生困难，不利于通过实验加深对电路图的理解，元器件相互之间在对应上直观效果差。
电子积木由许多电子、电工元器件组成，将电子科技的强电概念进行了弱电处理，集教学、实验、智力趣味制作于一体，能克服上述弊端，大大提高实验效果，能在课时较少的情况下，完成理论教学与实验实训的双重任务。尤其是当学校实验实训条件还未具备，而学生急需进行实验实训时，采用电子积木进行实验实训，是一种很好的应急方法。其主要特点是方便、快捷、经济、简单，能解燃眉之急。另外，电子积木电路板上元器件的位置，就是原理图上元器件的位置。所以，在这种电路板上实验，更能加深学生对电路原理的理解，有利于学生对电路进行分析，也能直观地指导实验中的调试和检修，原理的理解、电路的分析、调试、检修不再存在因元器件位置不对应造成不够直观的问题，有利于实验教学，对初学者来说效果更为明显。
电子积木在教学实验实训中应用的具体方法
根据电路图的复杂程度和元器件的多少选择大小相当的元器件底板底板的材料是有机玻璃或塑料，保证绝缘安全，并有各种尺寸规格；底板上有用作固定的凸起圆柱体，能和元器件板上的纽扣孔配合安装（见图1）。
根据电路图，准备所需的元件板及连接所需的连接板、连接导线元器件固定在元件板上，每个元件板上都有元器件的国家标准符号，易于辨别；元件板采用全铜纽扣连接，导通性极强。元件板由各种电子电工元器件做成，有电阻、电容、电感、可变电阻电容电感、二极管、三极管、可控硅、继电器、扬声器、变压器、数码管、光簧管、开关、按钮开关、电池盒、电机、电流电压表、集成电路等等（见图1）。
按照电路图进行拼装由于元器件早已固定、焊接在元件板上，而元件板又有纽扣连接，只要按照电路图像叠积木般拼接就可以了，小的电路只需1～2分钟，大的电路也不用费多少时间，整个电路在同一平面内（见图2），直观、形象、连接速度快，而且结构简单、易制造、成本低、使用方便。对于高压部分，可以加防护罩进行保护。
电子积木在教学实验实训中应用的实例
发电机产生电流演示将手摇发电机、演示用电流计拼装在底板上如图3a，当连续3次转动手摇发电机，观察到电流计指针连续左右摆动3次。发电机产生电流演示，可以让学生直接观察电流大小变化、方向变化，非常直观。也可以将电流计换成小灯泡如图3b，先快速转动手摇发电机手柄，再缓慢旋转，观察小灯泡状态——小灯泡一闪一亮的。通过演示实验，再进行讲课可以帮助学生理解。也可以让学生自己做以上的实验，只需1～2分钟就可以完成。
晶闸管特性实验电路图4是晶闸管特性实验电路，按图4a将晶闸管、小灯泡、电源、开关拼装在底板上如图4b所示。晶闸管加正向电压，而控制极G不加正向电压，这时，灯泡不亮，说明晶闸管不导通，处于正向阻断状态。如在控制极加正向电压（S接通），这时灯泡亮了，说明晶闸管正向导通。若将S断开，即去掉控制极正向电压，灯泡仍然亮，说明晶闸管控制极的作用仅仅是触发晶闸管导通，一旦晶闸管导通，控制极便失去作用。要使已导通的晶闸管重新关断，必须把阳极电压减小到一定值或零。如果晶闸管加反向电压（将GB1极性改变），不管是否加控制电压，晶闸管均不会导通。若在控制极加反向电压（将GB2极性改变），则在晶闸管阳极与阴极之间无论加正向或反向电压，晶闸管都不会导通。通过上述实验，学生不难理解晶闸管导通必须具备的条件。这个实验可以由学生分组完成，随堂实验也只是几分钟时间，教师一边讲解，一边指导学生通过实验探索和验证，有利于激发学生学习的兴趣并提供更多动手动脑的机会。
模拟电机的点动控制演示模拟点动控制线路是用按钮和接触器控制电动机的最简单的控制线路，按图5a将继电器、开关、电机、电源拼装好如图5b所示。点动控制线路动作原理如下（合上开关S）：启动时按住按钮SB→接触器线圈KM通电→接触器常开主触头KM闭合→主电路接通→电动机通电启动；停止时松开按钮SB→接触器线圈KM断电→接触器常开主触头KM分断→主电路分断→电动机断电停转。这里，将强电概念进行了弱电处理，若要求电动机启动后能连续运转可改装成接触器自锁控制线路如图5c示。电路的演示和改装只需10分钟左右，相当简便。可以让学生参与，鼓励学生自己做，学生会觉得知识获得主要不是靠教师，而是靠自己学，是自己在实践中摸索出来的。
一组趣味的实用电路如图2的几款电路，只需1～2分钟时间就可以完成制作，如用印刷电路板制作，至少需1天时间。此类实验和制作，学生的兴趣相当浓。还有许多趣味性和实用性电路的制作，这里不再一一赘述。
电子积木的优点
一年多的教学实践证明，电子积木电路适用于各种简单或中等复杂电子电工电路的实验实训教学，其主要优点是：可以随时随地进行各种电路实验实训，取材方便，不需要设计和制作电路板，只要根据原理图拼装就可以了，简单、直观、灵活、方便、及时。常规的实验实训教学，都是根据电路原理图，在黑板上分析讲解后，让学生到实验室，用实际印刷电路板或电工电路板进行安装调试、分析、检测。这样既费时，教学效果又差，并且电路板上元器件位置、布线方向与电路图上位置走线是不对应的，所以，原理对实验的指导作用不能很好地体现。采用电子积木实验实训电路，元器件底板上的元器件与原理图上的元器件位置基本一样，将原理图与实验电路板合为一体，学生能一目了然，直观形象，易教易学。
电子积木电路中所有的元器件可以反复循环再用，下一个实验可以拆下上一个实验的元器件重新再用。以往实验实训教学中使用过的元器件由于安装或焊接原因，要重新使用很麻烦，电子积木没有安装或焊接所以拆卸相当方便，可循环使用，可以节约很多实验材料，有利于实验实训的高效化。
由于电子积木实验方便易行，适宜教师、学生课堂上或课后进行实验实训，教学中可以随堂布置作业，调试、维修时，只要在正面板上对着原理图测量分析，省略了查找原理图与电路板上的对应点过程，大大提高了实验效果和效率，能在有限的课时里做更多的电路实验，也可以在电路上随时设计人为故障或更改元器件，观察和分析实验结果，设置问题让学生思考，然后验证相当方便灵活，达到实验实训高效化。
电子积木价格便宜、体积小便于携带，学生甚至可以自己动手制作，只要备足常用元件就能满足实验需要，学生在家里也可以进行实验实训，大大增加了学生的学习兴趣，这是以往用学校设备在实验室实验时无法做到的，实验实训家庭作业化，大大增加了学生动手机会，训练了技能技巧，可使实验实训教学高效化。
可能有人会担心，实际电路中元件位置与原理图并不一一对应，电子积木电路会影响学生实际操作技能的形成。实践证明，电子积木电路实验实训并没有削弱学生技能技巧训练，反而增强了技能训练。由于电子积木电路制作方便，教学中随想随做，学生自主动手机会增加，学生在课余时间也能经常使用电子积木进行兴趣小制作，使实际动手能力得到提高。
必须指出，电子积木电路实验并不能取代传统的电子印刷板实际电路和电工实际电路板。电子积木主要用于教师教学与初学学生的实验实习。如果要真正提高还需要在印刷副板和电工实际电路权上进行一定量的实验训练，才能真正提高学生的综合技能。
作者简介：
严美臻（1963—），广东省肇庆市高级技工学校电工实习指导教师，维修电工技师，研究方向为职业教育。