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摘要：传统电气实验设备体积、用电量和损耗大，换件率和操作危险性高，不易维修，实验教育经费成本高，且实验项目内容单一化。本文针对上述问题自制电气实验平台，该平台在达到理论与实验教学要求的同时，具备经济性、安全性、实用性、可搬移性和可开发性等特点。不仅有助于教师课堂演示，达到“一台多用”的教学效果，提高了教学质量，又可为毕业设计与相关项目参赛提供良好平台，响应了当前社会发展对人才的需求。
关键词：微型实验平台；直流电机与拖动；教学研究
本文引用格式：顾波，等.高校微型实验平台开发与实践教学研究——《直流电动机微型实验平台》为例[J].教育现代化,2019,6(35):104-105.
一问题的提出
实验和实践是大学课程学习中必不可少的一个环节，它对大学科学教育课程起着关键性的作用[1]。根据现在的学习效率与成果来分析，大学教师在授课的过程中能否实现每个学生都得到实践的机会与创新的能力是整个教学事业是否有价值的基本要素[2-3]。它关系到老师的授课效果和学生的听课效率，也是如今“十三五”规划的重要部分，但传统电气实验设备存在若干问题。
（一）设备投入资金问题
根据各大高校电气工程及其自动化和自动化专业人才培养方案中的培养目标和培养要求，需加强实践教学的过程管理，提高设计实训的效果与质量，使学生初步达到工程技术“应用型”人才培养目标和要求，为后期的集中实习和毕业设计打下基础。
但多数电气工程及自动化专业实验室设备昂贵，例如常规的《电机与拖动》实验室设备一台需要十几万元，按照一个班型35人计算，至少需要7台电机拖动设备以支撑实验或实训教学环节，且大型电气设备占地面积、功率、用电量和损耗大，换件率和操作危险性高，且不易维修，因此实验教育经费投入高。
（二）实验可开发性和安全性问题
传统大型电气实验设备教学中，学生对各种实验设备的内部结构并无概念。虽然能够促进对理论内容的理解，但同时要重视学生举一反三的实践能力，避免学生只会实验课堂上的实验项目，而涉及到其它实际情况时措手不及。如果无法更好的实现学生对科学的好奇及潜能开发，就很难达到预期的效果和最终的教学目的，发挥实践课程的作用[4]。
（三）设备搬移性问题
传统大型电气实验设备体积庞大，可搬移性差。目前大学生的课内知识来源只限制于课堂上老师的讲解，即传统理论课时多，实验课时少的教学模式。因此将实验设备搬移到课堂中“边讲解边演示”的教学方式能够大幅度提高学生上课的兴趣与积极性。
二微型实验平台教学方法
传统的实验教学仪器是通过购买实体的形式直接使用，以“电机与拖动系统微型实验平台”为例，该实验平台是通过购买原材料自制的形式实现而使用和开发[5-7]，一套平台建设基础经费300元，实验平台实物图如图1所示。
（一）实验与实践教学
《电机与拖动基础》课程应使学生掌握电机及其拖动系统的机械特性，分析计算，电机选择与实验方法。该平台主要以12V、24V直流电动机为主要核心设备，建立4个（8学时）实验项目[8]：（1）电枢串电阻；（2）降压调速；（3）能耗制动；（4）反接制动。学生通过实验项目可以拆卸的方式观察到每个设备的结构及其之间的连线情况，也可自主动手连线，以保证安全为前提，提高动手实践能力。该实验项目可计算与观测到直流电动机的人为机械特性与制动现象。
（二）课堂演示教学
微型实验平台体积小，具有可搬移性，可把边讲解边演示的教育模式搬到课堂中来，使单一的教学内容具体化和生动化。例如直流电动机的能耗制动时，相当于一台发电机，在制动电路输出端接上一台小风扇，即可转动。如将这种现象在课堂上给以演示，会大幅度提高学生学习的兴趣，并更容易理解其理论内容，学生由被动学习变为主动学习，改变传统理论学习的机械记忆法，让学生在实践中寻找理论知识的应用。
（三）实验平台开发教学
该实验平台每年可用于毕业设计课题，培养3-5名本科毕业生和进行相关项目参赛。学生可以无限发挥想法，并将自己的想法实践到该平台上，满足学生的求知欲望和增强自信心，同时顺利完成毕业设计工作。
三实验平台设计
直流电动机微型实验平台采用输入为220V，输出为12V的直流稳压电源供电，考虑经济性和实用性，在设计上该平台使用2个12V微型电动机实现4个实验环节，即电枢串电阻和PWM调压调速共用1#电动机，能耗制动和反接制动共用2#电动机，且在电枢串电阻、能耗制动和反接制动环节中均串入滑动变阻器，既方便调试，又可从不同基数上观察和验证实验结论，以更深层次掌握电动机的机械特性和各参数之间的关系。
（一）制动实验环节设计
能耗制动（总开关1控制）时电动机相当于一台发电机，因此在能耗制动回路中加入空心杯电机和小风扇，同时通过滑动变阻器对转速进行调节，即可观察发电的现象和验证在不同转速下的制动时间。设计时利用微动开关的常开（Ⅰ、Ⅲ管脚）常闭（Ⅰ、Ⅱ管脚）触点切换电动和能耗制动两个状态。
反接制动（总开关2控制）回路采用12V、6V两个供电电源和两个按钮，用以切换电机电动和反接制动的运行状态。通过实验可观测到反接制动的明显现象。在此回路中仍可通过滑动变阻器对转速进行调节，在不同转速下，其反接制动时间也不同。实验时需注意：电动和反接制动按钮不要同时按下，避免使电机发生电动和制动同时运行的情况。
（二）调速实验环节
调压调速（总开关3控制）是经调节PWM调速器装置上的旋转钮实现的，其转速数据通过霍尔测速仪获取，电机转动带动小木轮负载旋转，木轮上安装有磁钕片，通过木轮下方的霍尔测速探头，将数据传送给霍尔测速仪并显示在数码显示屏上，转速单位为r/min，精确度可通过单片机程序调节。
四结论
自制实验平台既然要达到一定的教学目的，就要从基本的教学缺陷开始做起，紧跟“十三五”规划的步伐，使实验平台在低成本的条件下，既能达到一台（实验平台）多用，又能与其相关课程紧密相连，使更多的学生从本质上理解实践真知，将各学科融会贯通，同时为教师的授课带来更便捷有效的教学辅助器具。
参考文献
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[3]刘艳,孟威,孟令军,等.大学生创新实践教育模式的探索与实践[J].实验室研究与探索,2016,35(01):166-168.
[4]赵春青,陆文利,王庆佶,等.自制实践教学器具培养学生创新能力[J].实验技术与管理,2017,34(10):15-17.
[5]高玄怡,叶勤,马玲.自制仪器在电工强电实验课中的使用[J].实验技术与管理,2017,34(09):82-84+89.
[6]陈宜建,杨全会,张素琴.自制实验平台的应用[J].实验室研究与探索,2017,36(02):276-278+288.
[7]张莉英,王怀明,韩文仲,等.自己研制实验设备提高师生实践能力[J].实验技术与管理,2015,32(05):98-100.
[8]孙建忠.电机及拖动[M].机械工业出版社，2016.08:231-241.
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