虚拟仿真技术在技工院校电工电子技术教学中的应用研究
樊伟
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樊伟,. 虚拟仿真技术在技工院校电工电子技术教学中的应用研究[J]. 能源学报,2021.5. DOI:10.12721/ccn.2021.157045.
摘要: 现代的技工教育要求把培养工匠精神作为教学的重要任务,专业基础课程的教学要着眼于扎实的实践能力的培养。电工电子技术类课程是该类专业的必修专业基础课程,是理论性、实践性很强的学科,传统教育教学方法已难以适应当前发展,无法满足社会对技能型人才的需求。因此,技工院校电工电子技术教学需要不断改革创新,在对信息技术加以应用的虚拟仿真技术,可加大对学生实践能力的培养。本文主要针对虚拟仿真技术在技工院校电工电子技术教学中的应用进行研究分析,以供参考。
关键词: 虚拟仿真技术;技工院校;电工电子技术;应用
DOI:10.12721/ccn.2021.157045
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引言

电工基础,模拟电子电路学,数字逻辑电路等电工电子类专业基础课程,其特点是授课内容多,而技工学校的教学内容基本上与高等院校的课程相近,理论较深、范围较广,其课程的理论性、技术性、应用性都很强。而技工学校的学生起点低,基础差,学习主动性不够,学习效率较低;传统的教学方法,让学生一开始往往会感到学习理论枯燥乏味,难以理解,实践操作无从下手,遭遇“挫折”,因而常常无心学习,半途而废。而技工院校教师对虚拟仿真技术进行科学合理应用,可激发学生的学习兴趣,提升学生综合素质,实现高效课堂,引导学生完全掌握课程的知识和技能,促进学生全方位成长和发展。

一、虚拟仿真技术概述

该技术也被称之为“虚拟现实技术”,是通过先进科学信息技术创建设立一个虚拟系统,从而对其进行合理利用,对现实世界进行仿真模拟。换言之,就是以构建实验模型为前提,开展详细规范的实践操作,通常表现为虚拟仿真和虚拟现实两大方面。当前,虚拟仿真技术的应用越来越广泛,尤其是在技工院校电工电子技术教学过程中得到了大力推广和应用,且效果较好,现在已经发展为不可或缺的教学用具。实践中应用最多的仿真软件是Mul-tisim,现在最新版本是EWB5.0。该仿真软件将PC平台当做着眼点,其具备图形操作界面,是对真实电子电路实验台的科学模拟,最大的优势即能够实现动态化操作,并对多个种类的工作台进行指挥,可充分满足技工院校电工电子技术信息化教学的实际需求,有助于令学生在所创设情景中切实感受相关知识内容,从而提升能力素养[1]

二、应用虚拟仿真技术的重要性

(一)符合电工电子技术课程教学的特点

技工院校电工电子技术具备较强的教学理论性,所以在教学环节比较乏味和枯燥,尤其是对于理解能力薄弱或者基础知识较差的学生而言,很难实时跟上课程教学的节奏。而通过对虚拟仿真技术的合理应用,可以令学生在仿真环境下,组织开展相关的实验以及各种实践活动,该教学模式可以令学生有更好的学习体验,且实现了理论+实践的目标。通过对真实情景进行模拟,培养并提升学生的应用能力,即将之前所学理论知识在仿真场景中予以应用。由此可见,将虚拟仿真技术应用于教学活动中,和该课程教学的特点完全相符。

(二)有助于创新教学模式

电工电子技术教学在对虚拟仿真技术进行应用时,应当将Windows xp知识点与仿真软件予以有机结合,这使得过去教学模式得到了革新转变,以前枯燥乏味的教学氛围也变得轻松有趣,大大提升了学生的体验感。在开展实践活动时,让学生收获更多知识,同时借助这些活动,构建科学规范的思维模式,培养学生创新意识和能力。

三、常用的虚拟仿真软件及教学中的实践应用

在教学活动中,应用十分普遍的虚拟仿真软件有Proteus、labWIEW、Matlab、Multisim、EWB等。从计算能力上来看,Matlab软件最强,其运算效率也极高,十分适合在技工院校电工电子技术教学中进行应用。而Multisim软件被誉为虚拟电路电子实验室,试验人员能够规范应用该软件对电路的虚拟仿真予以实验调试,并依据实验中产生的数据资料不断对其进行优化。该软件在实际操作环节具备较强的便利性,且呈现出的画面直观性也较强,实验反应速度也相对较快,有利于学生开展实验并提升学生的电子技术实验能力。从仿真效果上来看,EWB软件较强,其在仿真模拟电路时效果极佳,是所有仿真软件中最简单易学的一种。此外,EWB软件还有着较好的兼容性,在电工电子技术中对该软件进行有效应用,可增加学生的电路知识储备量,方便学生对电路进行认知和了解。下面着重对Multisim、EWB软件的实践应用进行分析。

(一)Multisim仿真软件的应用

Multisim能够为实验人员提供各种电路器件,同时也给予实验者多次模拟实验的契机。对该软件的利用,可证明实验操作是否有误,并明确电子电路实验的标准流程。当前,Multisim10版本的仿真软件应用最为广泛,其最新添加的一项功能——“实验面包板”,能够为学生创建和实验一模一样的模拟情景,从而加深学生对电路的认知。Multisim软件元器件库十分健全,其能够充分满足师生对元器件的需要,帮助学生顺利完成实验,获得实验数据。不仅如此,Multisim操作简便快捷,对于一些复杂的电路实验,其可以转化成直观形象的图形,有助于学生更好理解,同时仅需通过移动点击鼠标即可实现对电路的模拟仿真。不管是对模拟电路、数字电路,还是数字与模拟的混合电路、射频电路,都可以进行仿真模拟,为使用者提供了极大的便利。

(二)EWB仿真软件的应用

早在20世纪,EWB软件就已经被成功研发,其可以对真实电路进行完美模拟,也凭借该优势成为了各类教师教学和科研不可或缺的重要工具。其在模拟电路时,对图形模式进行了合理应用,即该软件可以在元器件库或者仪器库中,挑选最为科学合适的电路元器件、测试仪器仪表等。同时该软件中包含多种多样的电路元器件,能够充分满足电路实验对器材的多元化需求。并且,EWB软件中还具备故障设置功能,有利于学生对真实场景实验中的开路、短路以及断路等问题进行模拟,并利用这些故障对当时的电路情况予以检查,从而更好理解故障问题相关知识,也有助于在将来实践活动中减少相同故障问题的发生。此外,EWB软件自身具备的电路分析作用,比如瞬态与稳态、噪声与失真、时域与频域、电路的极点和零点等,可模拟很多种电路状态,当学生操作不正确或者是要处理电路问题时,其会为学生给出科学准确的提醒和帮助。在技工院校电工电子技术教学中,EWB软件主要应用在叠加定理的验证、555定时器构成的多谐振荡器等多个实验中,让学生更轻松的掌握知识的重点和难点。

四、虚拟仿真技术在教学中应用的具体策略

(一)将虚拟引入课堂,激发学生学习兴趣

在传统的教学环节中,教师往往将教学重点放在理论知识讲解,而忽略了实践操作能力培养,这对技工院校的学生培养出现了严重偏差。如果只是对学生进行单一的理论知识讲解,那么大部分都是一些原理、公式的推导,在该教学环境下,学生很容易出现大面积厌学的现象。而虚拟仿真技术的应用,可有效改善过去教学模式中枯燥的氛围,提升学生在实践方面的训练,通过反复的实践活动,让学生掌握更多知识和技能,对学生思维模式与创新意识的培养也有很大帮助[4]。虚拟仿真技术使学生处于和真实世界十分相似的环境中,大大提升了学生的体验感,也实现了理论结合实践的目标,使抽象的知识变得形象、直观和生动,学生也会更容易理解,从而轻松掌握。

(二)开展仿真电子技术教学实验,强化学生的实践操作能力

“实践是检验真理的唯一标准”,在教学活动中,教师通过运用虚拟仿真技术,带领学生进入模拟的场景中,开展电子电路的实验与操作,该模式提升了学生的学习体验,同时学生也会在实验环节将自身动手操作能力得到提升,将理论知识予以巩固。此外,在开展实验实训时,教师需要对班级学生的个性特点予以充分考虑,并根据电工电子技术教学的特点,制定针对化的实验方案,对实验活动进行改革创新,令虚拟仿真技术能够与教学进行全面深度融合。

比如:在教学《彩色电视机原理与维修》这一章节内容时,教师需要对多媒体等信息系统进行合理应用,为学生播放从1970年开始,电视机的发展历程,让学生充分了解当今世界彩电市场的需求和特点[5]。因为彩色电视机和学生的实际生活息息相关,是学生特别熟悉的事物。那么在开展教学活动时,教师可利用这一点,通过提问激发学生的学习兴趣。比如“同学们家里的电视机是什么样的?”等,实现教与学的互动。同时还可为学生展示三维立体的电视机模型,通过模型帮助学生对彩色电视机的内部结构框架、外部轮廓形状和相关元器件进行直观详细的了解和认知。当以上知识掌握之后,可让学生自己进行实验,利用虚拟仿真技术引导学生对电视机零部件予以安装拆卸。

(三)组织虚拟项目合作实验,提高学生的综合素质

有的仿真软件,如加拿大IIT企业研究开发的、已在国内外很多高等院校中得到良好应用的Multisim软件,可为技工院校学生构建和真实世界一模一样的电子电路实验工作平台,学生能够在这个虚拟的平台上自由操作,完成教学大纲的全部电路实验。在实际教学过程中,教师在讲解理论知识的同时,还要注重培养学生的综合能力和素质。比如:通过虚拟的电子技术合作实验项目,帮助学生展开实践活动,由此拉近学生之间的距离,培养出熟练的电子技术操作能力与团结协作意识。

比如:在组织《组合逻辑电路的分析和设计》章节的教学时,可对班级学生进行合理分组,以小组为单位,对组合逻辑电路的分析方式进行共同探究,从而提升学生的综合能力以及素质水平。再比如《正弦交流电路》章节中包含“交流电”相关知识,在对该部分内容进行教学时,教师首先需要对“交流电”课题教学要求、目标以及重难点进行全面掌握,并以此为基础对虚拟仿真技术进行合理应用,令其优势予以真正发挥,将抽象难理解的“交流电”知识点生动、详细、直观的予以展现给学生[6]。这不仅能够将课堂教学内容变得丰富充实,同时也大大降低了理解难度,还将短短的课堂教学时间进行了高效运用。在对“交流电”知识点进行课堂教学时,教师应当对虚拟仿真软件Muitisim充分应用,引导学生在虚拟情景中科学规范的进行实践操作。而教师则需要在一旁进行协助,实时观测虚拟仿真技术在具体实践环节的运行、操作进度和实践效果,一旦发现有问题,立即对其进行有效指导,有助于各个阶段的学生在合作探究和相互沟通中发掘自身的潜能。最后,还要对虚拟教学情景中将课题内容予以统筹分析,制定合理的实验目标和任务,指导带领全体学生将详细的操作流程、方式以及现象等予以记录,并对实际操作中遇到的问题进行共同探讨。

(四)加强课外实践,提高学习能力

课外实践是技工院校学生全面发展的重要组成部分,为学生提供多层次的课外实践活动,在巩固复习、知识迁移应用中使电工电子技术实践能力得到全面提升,在专业素质培养的基础上做到全面发展,最终将该技术的价值和优势予以全面真正发挥。

比如:《放大电路》章节中的“电压放大电路的调试”部分,当课堂教学完成之后,教师要对该节课堂中虚拟仿真技术的应用效果进行整合分析研究,在理论结合实践的要求下,将课堂教学予以扩展,再加之现如今工作岗位对电工电子技术人才的详细要求,合理制定“电压放大电路的调试”实践活动。除此之外,教师还要根据学校在该方面拥有的现代化实训设备,将其和虚拟仿真技术中Multisim软件进行结合,并对班级学生进行合理分组,带领学生展开丰富有趣的实践。借助这些软件设备对课堂知识进行迁移、内化、应用等,实现真正的学以致用,学生的实践操作能力也可以得到了明显提升。需要格外注意的是,在该环节,教师需要扮演指导者、纠正者以及辅助者的角色,全面掌握在这些实践活动中学生存在的不足,并及时指出纠正,结束之后也不可掉以轻心,还需不断反思总结,对实践活动开展方案予以完善健全,使虚拟仿真技术的作用得到全面发挥,并对学生进行针对化的指导。同时,针对企业对相应岗位的要求也要进行深入了解,将其作为主要参考融入到学生的培养过程中,以持续提升学生自身专业能力和道德素质,推动班级所有学生在虚拟仿真技术的应用过程中,每次开展课外实践都会看到明显的进步。只有学生的实践操作能力得到提升,素养得到有效培养,综合素质才能得以大幅提升。

参考文献

[1]王建萍.虚拟仿真技术在中职电工电子技术教学中的应用研究[J].电子世界,2020(22):22-23.
[2]林丽民.虚拟仿真技术在中职电子技术课程教学中的应用[J].亚太教育,2019(11):128-129.
[3]刘帅.虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用分析[J].才智,2019(31):34.
[4]潘明熙.虚拟仿真技术在中职电工电子技术教学中的应用[J].装备维修技术,2019(04):207.
[5]潘海萍.虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用探讨[J].电子测试,2019(20):112-113.
[6]谢志成.虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用分析[J].科普童话,2019(37):125.

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