試析電工電子實驗教學中的安全問題與學生相關技能

摘要：電工電子實驗是一項要求非常嚴格的技術實驗，學生在實驗中很容易反復犯錯，造成不可忽略的損失。通過實踐實驗，分析電工學實驗室中的安全問題與影響安全問題的幾個因素，并提出如何提高學生的安全意識與操作技能，以及實驗室管理者在實驗室運行中應該采取的安全措施。 
　　“電工學”是很多工科專業學生的一門重要的專業基礎課，電工電子實驗室承擔著該門課程的實踐教學任務。在該實驗室中，大量使用著220V或者380V的市電交流電壓，其安全問題尤為突出。在該課程之前，工科大學生接觸的實驗教學應該是大學物理實驗，接觸的主要是36V以下的安全電壓，操作中如果出現問題，也不至于引起大的安全上的事故。但是進入電工電子實訓設備 ,維修電工實訓設備，光機電一體化實訓設備等實驗室后，學生開始接觸市電電壓，由于此時學生動手能力還比較薄弱，實踐能力較差，帶電操作會產生令人擔心的安全問題。教學過程中，安全問題總是在困擾著實驗教師和學生，影響了電工電子實驗教學的全面性和所能達到的深度。 
一、電工實驗室的安全問題分類： 
　　電工電子實驗室的安全問題同其他類似實驗室一樣，分為兩個部分：實驗者的人身安全和實驗室設備安全。 
　　1.實驗者的人身安全 
　　在所有的實驗室中，實驗者的人身安全總是要放在第一位的。在電工電子實驗室中，實驗者的不安全隱患主要是觸電。根據觸電電流的大小不同，人體受到的傷害也不盡相同，從肌肉抽搐到灼傷、炭化，直至心臟停跳及死亡。所以在實驗室安全建設方面，防止觸電及觸電保護總是最重要的問題。 
　　2. 實驗設備的安全 
　　在保證實驗者安全的基礎上，實驗設備的安全也是非常困擾實驗室管理者的一個問題。在每學期的實驗過程中由于各種原因導致儀器、儀表、電源、元器件、開關的損壞現象都比較高。面對這一情況，教育部組織的高校基礎課實驗室評估中，把電工實驗儀器的完好率要求僅定在80%這個較低的水平上。這個評估數據完全是對于電工實驗高損壞率的無奈。 
二、影響實驗室安全的因素 
　　1.安全意識問題 
　　電工電子實驗室所有的實驗都是要由人來操作完成的，所以實驗者的安全意識對于實驗室安全起著至關重要的作用。根據2002年教育部發布的《學生傷害的損害賠償》第四條規定：學校舉辦者應當提供符合安全標準的校舍、場地，其它教育、教學設施和生活設施。因此，電工電子實驗設課應該“符合安全標準”。根據這一要求，現有的電工電子實驗室總是加裝了全套的安全保護措施，比如加裝漏電、開路、短路、過量程等保護裝置；直流穩壓電源采取過壓、過流、過熱保護等安全措施。甚至連學生使用的導線都換成了安全插頭式，根本沒有裸露的金屬部分。所以雖然電工電子實驗室存在著對人體產生傷害的可能性，但是隨著各種安全措施的應用，實驗者在實驗室中基本上不會遇到嚴重的觸電事故。實驗室這樣長時間的安全運行，在實驗者的安全意識培養上產生了很大的負面作用。因為在實驗過程中，學生往往不會注意到這些幕后的措施，如果實驗教師也沒有向學生指出，那么學生就會想當然認為電工電子實驗是很安全的，這就造成學生的安全意識總是很低，因為他們看不到安全事故造成的后果，也就無法對工頻市電交流電產生“敬畏”的心理。這種情況造就了很多非常“大膽”的學生，他們在操作中基本沒有培養起安全意識，在畢業后的生產領域，這樣的學生會非常令用人單位頭疼。最極端的例子是企業向學校反映，一位畢業生在車間供電故障的情況下，非常“主動”地在沒有切斷輸入電壓的情況下準備拆卸車間用35kV變壓器，如果不是發現及時，其后果將不堪設想。 
　　2.操作技能 
　　實驗者在電工電子實驗室的操作技能包括對基本儀器儀表和器件性能和使用規范的了解；遵循組裝電路過程中的操作要求；線路故障的分析與排除等。如果實驗者的操作技能不合格，往往會對實驗設備造成很大的傷害。比如選擇錯誤測量電表的量程，在使用時非常容易引起內部部件燒毀；或者干脆就是錯誤使用電表，如將電流表和電壓表弄混，在市電220V或者380V的情況下，肯定燒毀。操作中的另一類錯誤主要體現在復雜線路連接錯誤上，比如電動機的降壓啟動控制，其電路非常復雜，連接錯誤很容易形成短路，造成斷路器跳閘，或者燒壞控制裝置觸點。 
　　3.設備老化 
　　設備老化也是影響實驗室安全的一個重要問題。比如在電源中，由于電壓或者電流旋鈕損壞，造成電壓或者電流不匹配，或者時間繼電器的老化造成控制電路無法正常工作等。 
三、教學中采取的對應措施 
　　1.演示違規操作的后果 
　　針對學生中普遍存在的對實驗安全的麻痹思想，在教學中，使用了一種“事故教學方法”。具體來說，在教師的演示試驗中，預先設置電路中的一個錯誤，比如把一個電容放置在遠超過其額定電壓的電路中，工作一段時間后，由于電容器過壓產生爆裂，會有比較大的像爆炸一樣的聲音，這樣會使聽課的學生“嚇一跳”，給學生以非常深刻的印象。等到學生平靜下來后，再引導學生對電路進行詳細的分析，找出問題所在，進而改進電路，排除故障。這一方法中最重要的是要有非常明顯的故障現象，這樣才能給學生很深刻的印象。此外，教學中還可以搜集一些網絡上的人員觸電的視頻給學生放映，通過這樣看似“可怕”的視頻來給學生灌輸對電的“敬畏”的心理。同時還要對學生進行觸電急救方面的常識教育。通過這些方法可以使學生能夠主動地提高自身的安全意識，使學生在進行電工實驗時總是顯得很“嚴肅”。不過這種教學方法在實踐中對教師的心理素質也是一種考驗，應該由不同的教師進行適合自己的演示設計。 
　　2.強調操作規范 
　　（1）要求學生能夠正確識讀電氣原理圖。只有正確識讀電路圖，才能避免盲目接線，錯誤接線。具體做法是，實驗開始前要求學生通過對電路圖的解讀，能夠對各個元件的動作過程及其作用準確無誤地敘述，不發生任何錯誤。比如在電動機的降壓啟動控制電路中，要求學生能夠給出電路中每一個按鍵按下識圖中各個接觸器、繼電器的動作過程，作用，以及電路中的保護、電機的運行狀態等。此外還要求學生能夠在電路圖中正確區分主電路、控制電路等。
(2）訓練學生對電路進行檢測，避免發生事故。一般使用“電阻法”來在供電前排除故障，使用萬用表的電阻檔測量電路在各個狀態下的電阻，即連接兩根電阻表筆到待測量電路的兩端，然后逐一改變其中控制元件的狀態，來觀察電阻的變化，如有電阻數值與預期不符，則要分析原因，排除故障。這樣檢查完畢后，應該不存在短路情況，如果通電后電路不動作，或者動作與預期不符，則可使用電壓表測量各個元件電壓值是否與預期相符，進而排除故障。 
　　（3）接線時要注意一些具體的細節。比如要嚴格區分相線和零線，保證開關安置在相線上；絕對不帶負載改變線路；在帶電操作中，身體絕不直接接觸線路中金屬裸露部分，不管電壓多高多低；實用工具改裝線路時要避免同時接觸兩根導線頭；注意電壓表的并聯，電流表的串聯；在進行電機實驗時，絕對不準用身體觸碰旋轉中的電機轉軸、女生的長頭發必須盤起來等等。這些細節都需要在大量的實踐環節中不斷地要求學生注意，如有違反，教師需要予以嚴肅的批評。 
　　（4）實驗中的團隊配合。實驗中每組學生需要統一對電路的認識，由一人主導，其他人配合。在連接簡單線路時由一人連接，其他人監督并配合，切忌幾個人七手八腳同時連接。對于復雜電路，可以將電路分成幾個模塊，分別連接，然后再組合，組合后，同組同學相互檢查對方連接是否正確。操作時要注意操作者之間保持一定距離。絕對禁止當一人正在操作線路時，其他人隨意打開電源。電源打開時一定要確認同組實驗者的狀態，保證安全的情況下才能加載電壓。 
　　通過以上幾個方面的訓練，讓學生了解到，雖然電很可怕，有危險，但是只要規范操作，就完全能夠保證自己和實驗設備的安全。 
　　3.加強設備的保護力度 
　　國家教育法第七十三條規定：教育教學設施有危險，而不采取措施，造成人員傷亡或者重大財產損失的，要依法追究刑事責任。所以為了保護學生，保護實驗設備，需要大力加強安全防護措施。在實驗室的總的電源輸入部分，要加裝三相熔斷器、總控制開關、空氣斷路器、隔離變壓器等保險設備。確保低壓中性點接地，所有在故障情況下可能帶電的金屬部分，如電機外殼、各種儀器設備的金屬外殼等盡可能采取接零保護措施。但是為了不影響學生安全意識的培養，以上這些安全措施應該能夠讓學生直觀地看到、感受到。 
四、實驗室運行中的安全管理： 
　　實驗室管理者在實驗室運行中應該確保各種安全條件正常，如保證實驗室房屋、水、電等線路設施規范，每次實驗前要通過檢查檢測保證實驗設備完好，安放位置合理。實驗室安全標志應該齊備、醒目，安全事故搶救設施完備。有完善的各種可操作的、詳細的管理制度，等等。在具體的實驗過程中，實驗教師一定要發揮好監督者的責任，應該提前試做實驗，找出可能發生的問題，實驗中重點觀察學生易犯錯誤的地方，提前做好準備，隨時進行干預。 
五、結束語： 
　　電工電子實驗室由于其中大量使用市電電壓，包含了較多的不安全因素，因而具有一定的危險性。為避免出現安全事故，需要從各個方面來保證實驗正常。其中最主要的就是實驗者本身的安全意識，只有實驗者從主觀思想上認識到所面對的危險，其他的各種安全措施才可能充分發揮其作用。有了足夠的安全意識，通過大量的有針對性的實踐操作，一定能夯實其操作技能，培養團隊意識，使學生能夠勝任各種專業實驗。