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三相异步电动机正反转控制实验分层教学设计
作者：李仕游
关键词：分层教学设计；分层教学法；教学建议
分层教学法也称为分层目标教学法，是针对学生现有的知识基础、智力水平、非智力因素和学习成绩存在差异的特点，在教学中，实行学生分层、教学目标分层、提问分层、实验分层、作业分层以及学习评价分层等手段，促使学习优异的学生或学习后进的学生都能有所收获，都有成就感，从而促进每个学生的潜能都得到充分发挥的一种教学方法。
三相异步电动机正反转控制实验是《电工技术基础》随堂实验中动手操作难度较大的一个实验。高职院校的学生接受能力参差不齐、综合素质相对不高，特别是机电类、电气类专业的学生，因为文理兼招，文科生占较大比例，学生总体实验操作能力不强。如果像传统教学那样实行“一刀切”，对全班学生实验要求相同，则能够成功完成该实验操作的学生不足三分之一。因此，本实验采用分层教学设计就显得相当重要。
复习分层提问
本实验授课时间为2课时，采用现场理论教学与实践操作相结合的办法，让学生分层次实验操作，力争每个学生都能够掌握基本理论知识以及完成实验。首先进行5分钟左右的复习分层提问，复习“三相异步电动机点动控制”及“三相异步电动机单相长动控制”的内容，展示其电气原理图，如图1和图2所示，按照事先划分好的三个学生层次（A层：后进生；B层：中等生；C层：优秀生）进行如下提问设计：（1）对A层学生提问这两个电气原理图中各个电器名称、主电路和控制电路构成以及电动机点动控制电路的工作原理。（2）对B层学生提问电动机单向长动控制的工作原理以及“自锁”的含义。（3）对C层学生提问这两个电气原理图中各个电器元件在电路中所起的作用。
教师对学生回答问题的情况加以点评，然后进入下一个环节。
实验分层
在此阶段，不采取分层提问方式。
教师先提问学生：要想使电动机能够正向点动又能够反向点动，在图1的基础上如何设计电路？教师引导学生思考、回答，并展示电气原理图（如图3）。然后，教师指出：要想使电动机既能正转又能反转，需要两个交流接触器，一个（KM1）控制电动机正转，另一个（KM2）控制反转。而要想反转，必须将与电源连接的三根相线当中对调任意两根以改变电源的相序，其主触点连接如图4所示。此时，教师小结电路的工作原理：闸刀开关QS闭合后，如按下SB1，则接触器KM1线圈得电，其主触点闭合，电动机正转；如按下SB2，则接触器KM2线圈得电，其主触点闭合，电动机反转。注意：常开按钮SB1和SB2不能同时按下，否则会造成短路。
教师再提问学生：要想使电动机能够正向长动又能够反向长动，在图2的基础上往往会想到设计如图5的电路，这个电路是如何控制正转和反转的呢？电路有没有缺陷？教师对学生的回答加以点评并作小结：图中SB2为正转起动控制按钮，SB3为反转起动控制按钮。闸刀开关QS闭合后，如按下SB2，则接触器KM1线圈得电，其常开辅助触点闭合自锁，其主触点闭合使电动机正转；如按下SB3，则接触器KM2线圈得电，其常开辅助触点闭合自锁，主触点闭合使电动机反转。但是本电路在按下SB2后不能立即按下SB3，按下SB3后不能立即按下SB2，否则，接触器KM1和KM2的线圈都得电，两者主触点都闭合，会造成主电路短路。教师提出问题：如何对图5电路加以改进？
教师引导学生思考、回答，并作陈述：为了避免短路事故发生，电路必须引入联锁触点，如图6所示。接触器KM1的一个常闭辅助触点与接触器KM2的线圈串联。同样，接触器KM2的一个常闭辅助触点与接触器KM1的线圈串联。这两个常闭辅助触点被称为联锁触点。这样一来，当按下SB2，接触器KM1的线圈得电，其主触点闭合，电动机正转，但其联锁触点断开，切断了接触器KM2线圈所在电路；当按下SB3，接触器KM2的线圈得电，其主触点闭合，电动机反转，但其联锁触点断开，切断了接触器KM1线圈所在电路，这就避免了短路事故的发生。
一般的学生分组实验，往往一个组有好、中、差学生，我觉得这样做的效果并不理想，因为后进生往往得不到动手操作的机会。为了做到因材施教，也为了使每个学生都能够体验到实验成功的喜悦，教师应按照学生层次分组：A层的学生2～3人一组，实验操作电路如图3；B层的学生2～3人一组，实验操作电路如图7；C层的学生2～3人一组，实验操作电路如图6。同时，教师应鼓励A层学生挑战B层学生所做的实验；鼓励B层学生挑战C层学生所做的实验。
实验步骤如下：（1）根据电动机功率正确选择接触器、熔断器、热继电器和按钮。（2）教师示范电器元件布置及控制线路操作，边示范边讲解。（3）学生开始在电动机正反转控制线路安装练习板上安装电路。要求学生：（1）先接好控制电路，调试好以后，再接主电路。（2）安装时要注意各连接点要接触良好。（3）文明操作，保护好各个电器，在试车之前，必须先由教师用万用表检查电路是否有短路连接情况，方能通电试车。
实验操作评价
实验操作结束，教师对各层次的学生进行实验操作评价，按元件安装、布线、通电试车以及操作规范四个方面进行评分，评分标准如下表所示：
各组按评分标准加总分，90分以上为优秀，80～89分为良好，70～79分为中等，60～69分为合格，60以下为不合格。另外，为了鼓励A层的学生，如A层的学生能完成B层学生的实验操作，应该评为优秀，并加入B层；如B层的学生能完成C层学生的实验操作，也应该评为优秀，并加入C层。反之，如果B层的学生实验操作评价为中等以下，则调整为A层；如果C层的学生实验操作评价为中等以下，则调整为B层。
实验分层教学建议
鉴于高职新生动手能力普遍不强，加之本实验电路线路的连接错综复杂，如果教师画出电路原理图后，就让学生按照原理图连接操作，学生开始往往会一头雾水，无从动手，教师再去一一指导的话，工作量会很大。为此，教师应要求学生：（1）先连接好控制电路，各层次学生可参照图8的接触器平面连接图连接，并要求C层学生先按照B层的电路连接，最后再并联上相应的自锁触点，如图8（b）、（c）所示。当控制电路连接完后，要求各组各层次学生先做好调试工作，这是完成本次实验操作成功不可缺少的一步。具体做法是，闭合闸刀开关QS后，A层学生应依次闭合常开按钮触点SB1、SB2，依次观察接触器KM1、KM2的线圈是否有吸引衔铁的声音；B层学生和C层学生应依次闭合常开按钮触点SB2、SB3，依次观察接触器KM1、KM2的线圈是否有吸引衔铁的声音。如果有此声音，说明控制电路连接正确；如果没有，检查连线，看看是接点松动还是接线不正确，改正后再行调试。（2）熟悉图4接触器平面图及主触点连接平面图，参考图4连接好主电路。（3）在指导教师检查电路后，闭合闸刀开关，进行通电试车操作。
由于本实验操作是《电工技术基础》课程随堂实验中操作难度最大的实验，学生实验能力又参差不齐，教师要不断巡视，及时指导。特别是A层次学生，常常记不住交流接触器和热继电器各部分名称，教师应该再耐心地讲解一遍，使各组各层次学生顺利完成实验操作。在本实验中，会有一些优秀学生完成实验操作很快，教师可让这部分学生去帮助实验操作能力较差的学生，以保证其按时完成实验操作。
参考文献：
[1]张立生，刘陆平．电工技术基础[M]．北京：清华大学出版社，2005．
[2]杨利军．电工技能训练[M]．北京：机械工业出版社，2002．
作者简介：
李仕游（1972—），男，壮族，广西南宁人，教育学硕士，广西工业职业技术学院电子与电气工程系讲师，研究方向为高职课程教学。