徐建亮 徐文俊 李東方 蘭葉深

摘要：高職機電類專業(yè)的教學(xué)實踐性與專業(yè)性都很強，需要投入大量的設(shè)備和耗材等。學(xué)生操作技能的培養(yǎng)需要通過有效的訓(xùn)練方能掌握，加上傳統(tǒng)實驗作業(yè)工作環(huán)境相對較差、勞動強度較大，對于初學(xué)者來說有一定的難度。為改善工作條件，節(jié)約訓(xùn)練成本，提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量，衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院在機電類專業(yè)人才培養(yǎng)過程中將虛擬仿真設(shè)備應(yīng)用于教學(xué)之中，提高了學(xué)生的學(xué)習積極性，有效地節(jié)約了訓(xùn)練成本。本文通過對機電類課程的教學(xué)方式及特點，提出了一些虛擬仿真技術(shù)在電工基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用策略。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；課堂教學(xué)；電工基礎(chǔ)；改革

1.引言

作為高職院校的機電類專業(yè)，其人才培養(yǎng)的目標是培養(yǎng)出面向生產(chǎn)、管理、服務(wù)一線需要的高端技能型人才，面向的工作崗位主要有機電一體化裝備和產(chǎn)品的設(shè)計、制造、裝配、操作、調(diào)試、維修和售后技術(shù)服務(wù)等，機電行業(yè)范圍很大，產(chǎn)品種類很多，而且工種也很多，因此在教學(xué)過程中需要學(xué)生掌握很多技能。但是，實驗實訓(xùn)設(shè)備畢竟是有限的，這就需要我們探索新的教學(xué)方法。

仿真技術(shù)是繼數(shù)學(xué)推理與科學(xué)試驗之后認識世界自然規(guī)律的第三類基礎(chǔ)方法。虛擬仿真教學(xué)是指利用實物和計算機軟件共同模擬出真實的情境，讓學(xué)生在模擬的情境下進行探究和學(xué)習。這種教學(xué)方法生動形象，很接近現(xiàn)實工作場景，有利于提高學(xué)生興趣，使學(xué)生在短時間內(nèi)進入相應(yīng)情境，真實的體驗在現(xiàn)實生活中進行操作的感覺，以達到更快掌握操作技能的目的，而且這種教學(xué)方法可以利用計算機軟件的優(yōu)勢創(chuàng)造出靈活多樣的工作場景，使學(xué)生掌握更多的操作技能。

機電類課程的教學(xué)，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，理論課與實驗課是分離的，這就導(dǎo)致技能訓(xùn)練得不到及時的理論指導(dǎo)，而理論課也沒有結(jié)合生產(chǎn)、生活實際，這樣導(dǎo)致了學(xué)生的技能掌握不到位。隨著教學(xué)改革的發(fā)展，出現(xiàn)了“項目教學(xué)”、“教、學(xué)、做”一體化等新型的教學(xué)模式，但在這些新的教學(xué)模式下采用的技能訓(xùn)練通常有兩種：第一種是僅限于實驗箱提供的幾個固定實驗，學(xué)生只需按圖接好線、按實驗指導(dǎo)書輸入程序就可完成實驗，學(xué)生動手機會少，不能真正地參與到學(xué)習活動中；第二種是通過制作一些實際的實驗電路板或?qū)嵨铮缓笤谏厦孢M行安裝、試驗和調(diào)試，大大提高了學(xué)生的動手能力，但是實際操作時要受到設(shè)備數(shù)量、品種等方面的限制，而且耗時大，占用課時太多，耗材的消耗量也很大，成本高。

虛擬仿真教學(xué)則以其高效率、低成本、內(nèi)容豐富、性能有效和安全等優(yōu)勢得到越來越多的應(yīng)用和推廣。因此應(yīng)該將“項目教學(xué)”、“教、學(xué)、做”一體化和虛擬仿真教學(xué)的方法結(jié)合起來，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，得到更好的教學(xué)效果。

2.虛擬仿真實驗室在教學(xué)中的作用

打造良好的虛擬實驗平臺，有助提高實驗教學(xué)水平。傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，理論課程教學(xué)與課程涉及實驗的教學(xué)是分開進行的，上理論課的時候沒有實驗演示。借助虛擬實驗平臺，就可以一邊進行課程的講授一邊進行實驗。教師在上課的過程中，碰到可以通過實驗驗證的理論，借助虛擬仿真實驗技術(shù)，通過實驗輔助理論的教學(xué)，使得學(xué)生更容易理解所學(xué)的知識。

通過建立虛擬實驗室，既是完成教學(xué)信息化的一個重要環(huán)節(jié)，又能使得實驗教學(xué)有一個本質(zhì)的提升，跟上國際化的發(fā)展步伐，使得學(xué)科的優(yōu)勢能得到充分發(fā)揮。虛擬仿真實驗可以提供開放式實驗環(huán)境，真真正正實現(xiàn)實驗室向?qū)W生長時期開放。學(xué)生可以不用受到時間和空間的約束，隨時隨地進行實驗，這樣能較好地培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新能力，對學(xué)生的學(xué)習興趣能起到正面的激發(fā)作用。

面對復(fù)雜的實驗系統(tǒng)，虛擬實驗室方便搭建規(guī)模宏大的實驗平臺。有的課程的實驗會比較復(fù)雜，搭建整個實驗平臺需要耗費較長的時間。而在傳統(tǒng)給學(xué)生開設(shè)的實驗課程中，由于學(xué)生人數(shù)一般比較多，給每個學(xué)生安排的實驗時間都比較有限，在這有限的時間內(nèi)要完成大型實驗臺的搭建是一件不可能完成的事情，這帶來的后果是大型實驗往往開展起來非常困難。如復(fù)雜電路的設(shè)計實驗，一般學(xué)生進行這樣的實驗需要花費2～3天的時間。學(xué)校一般無法給予學(xué)生這么長的時間完成一個實驗，迫使取消這樣的實驗或者改為簡單的對結(jié)果進行驗證的實驗。針對這樣一個問題，虛擬實驗平臺能給出完美的解決方案，為學(xué)生進行大型實驗提供條件，只要學(xué)生實時保存搭建實驗過程的實驗流程，該實驗流程可在其他地方打開繼續(xù)進行實驗。

3.當前電工基礎(chǔ)教學(xué)存在的問題

通過對機電類專業(yè)學(xué)生的走訪調(diào)研，我們總結(jié)出了目前電工基礎(chǔ)教學(xué)中主要存在的不足：

3.1 教學(xué)模式存在不足

（1）在當前的教學(xué)模式中，電工基礎(chǔ)的教學(xué)，是把理論課與實驗課進行分離的，這就導(dǎo)致了學(xué)生在實驗實訓(xùn)中得不到及時的理論指導(dǎo)，而理論課也沒有與實際生產(chǎn)、生活實際相結(jié)合；

（2）教學(xué)內(nèi)容相對陳舊落后。絕大部分教學(xué)內(nèi)容上都是對老教材進行“照本宣科”式的傳授，對當前學(xué)科發(fā)展的前沿發(fā)展，如相關(guān)的新知識、新技術(shù)等等的更新相對較慢，無法適應(yīng)電子技術(shù)發(fā)展更新快的現(xiàn)狀；

（3）教學(xué)模式封閉，模仿痕跡比較明顯。就專業(yè)知識的基礎(chǔ)而言，?？频膶W(xué)生不如一本、二本的學(xué)生扎實。有些高職院校制定的課程教學(xué)計劃，沒有結(jié)合沒有體現(xiàn)本校學(xué)生和教學(xué)方面的特點，照搬本科高校的課程培養(yǎng)計劃安排，脫離了實際情況，且課程的門類和內(nèi)容偏多、偏深；

（4）現(xiàn)代技術(shù)手段在教學(xué)中應(yīng)用不多，教學(xué)設(shè)備和設(shè)施比較缺乏，教學(xué)方式相對落后，存在著“教師念講義，學(xué)生記筆記，考試背筆記，考后都忘記”的現(xiàn)象；

（5）使用同本科院校一樣的教材、教案給?？频膶W(xué)生授課，而且教學(xué)方法刻板，缺乏創(chuàng)新性；同時，新上崗年輕教師授課缺乏經(jīng)驗與方法，教學(xué)效果較差。

3.2 實驗設(shè)備難以滿足需求

原有的傳統(tǒng)實驗室，無論是在空間還是時間上都無法滿足大量學(xué)生同時進行實驗的要求，實踐教學(xué)體系的建立不完善，實踐教學(xué)條件缺失，實驗室開放程度不夠，學(xué)生的實驗實訓(xùn)不能貫穿專業(yè)課教學(xué)的全過程；二是電子技術(shù)實驗實訓(xùn)中，一些項目如模擬電子、數(shù)字電子等實訓(xùn)，仍采用較為舊式的實驗課程，難以與當前的教育教學(xué)同步；三是某些實訓(xùn)項目的原材料損耗、工具及設(shè)備的損傷較大。以上原因都會導(dǎo)致高職院校電工基礎(chǔ)的教學(xué)質(zhì)量。雖然近年來，各大高校都大力加強校內(nèi)實訓(xùn)基地建設(shè)，實訓(xùn)條件日臻完善，但是實驗教學(xué)仍然存在前所未有的挑戰(zhàn)。

因此，針對目前電力電工基礎(chǔ)的教學(xué)方式進行深化改革很有必要，本文把一體化教學(xué)方式和虛擬仿真技術(shù)相結(jié)合，提出了一種基于“教、學(xué)、做”一體化的虛擬仿真技術(shù)教學(xué)方案。

4.虛擬仿真技術(shù)在電工基礎(chǔ)教學(xué)中應(yīng)用現(xiàn)狀

4.1 虛擬仿真技術(shù)概述

虛擬仿真技術(shù)最先是由美國的學(xué)者提出的。在上世紀80年代期間，美國VPL公司創(chuàng)建人之一杰倫·拉尼爾提出了虛擬仿真的概念，實驗者借助設(shè)備與虛擬環(huán)境中的研究對象進行互動，產(chǎn)生出身臨其境的感受與體驗。虛擬仿真技術(shù)是當前人類認識和探索自然界客觀規(guī)律的重要手段之一，而隨著電子計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)也在不斷地革新和進步，目前，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)成為數(shù)學(xué)推理、科學(xué)實驗之后，人類認識自然界客觀規(guī)律的第三類基本方法。

4.2 在電工基礎(chǔ)教學(xué)中使用虛擬仿真技術(shù)的必要性

（1）電工基礎(chǔ)課是理論性強而又抽象的一門專業(yè)課，學(xué)好電工基礎(chǔ)課，為今后輕松學(xué)習其它電子專業(yè)知識，以及從事電子類的生產(chǎn)和科研提供了條件。但是?？频膶W(xué)生一般文化基礎(chǔ)課程比較薄弱，理論分析比較困難，較偏向于動手操作或接受直觀性比較強的知識點。因此用相應(yīng)的仿真軟件來進行輔助教學(xué)，有助于學(xué)生理解課本中的知識點，能讓抽象知識直觀化，使實踐與理論更好地融合，引導(dǎo)學(xué)生進行系統(tǒng)觀察。

（2）實驗實訓(xùn)教學(xué)是電工基礎(chǔ)的學(xué)習過程中，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力與創(chuàng)新能力的重要方法，通過實驗可以對理論課程進行科學(xué)驗證，讓學(xué)生加深理論知識的理解，同時通過實驗培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和科學(xué)嚴謹?shù)淖黠L。但是，有些實驗實訓(xùn)耗時、耗力、耗物、耗財以及不可逆、不可重復(fù)等缺點。虛擬仿真技術(shù)恰恰可以彌補這方面的不足，輔助實驗。因此，我們要鼓勵學(xué)生對所做實驗進行虛擬模擬研究，引導(dǎo)學(xué)生主動進行擴展研究，這樣更有利于培養(yǎng)出具有創(chuàng)新精神和實踐能力的人才。

（3）當前很多的實驗實訓(xùn)內(nèi)容僵化，學(xué)生只要按部就班地按照實驗步驟就可以完成實驗內(nèi)容，只能滿足學(xué)生的考試及認識需求，缺乏創(chuàng)新創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。我們要學(xué)生在感知認識的基礎(chǔ)上，讓他們從中獲取知識、技能并培養(yǎng)其觀察能力。采用虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生的綜合運用能力、排除電路故障能力以及開發(fā)創(chuàng)新能力有著極其重要意義。

因此，把虛擬仿真技術(shù)加入電工基礎(chǔ)教學(xué)中十分必要，對學(xué)生進行系統(tǒng)的專業(yè)知識學(xué)習也具有重要的意義。

4.3虛擬仿真技術(shù)在電工基礎(chǔ)中的應(yīng)用

虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個較為成熟的階段，其在各個領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用，在教育領(lǐng)域也是如此，尤其在電子技術(shù)這種實踐性非常強的課程中，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)成為了輔助教學(xué)的重要工具。目前常用的電力電子模擬電路仿真軟件大體可以分為以下幾類，一類是利用包括有詳細器件模型的通用電路仿真軟件如SPICE，SABER進行電力電子電路仿真。另一些比如CAD、PCAD、Protel、Multisim、MATLAB等等仿真軟件在電子技術(shù)虛擬仿真中也得到廣泛的應(yīng)用。其中Multisim以其界面直觀、操作方便、電路元件庫豐富和虛擬電子的設(shè)備種類齊全等等優(yōu)點，成為了目前課程教學(xué)中較為認可的仿真軟件。

5.虛擬仿真技術(shù)在電工基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用策略

虛擬仿真技術(shù)在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用，可以通過將虛擬仿真技術(shù)引入到課堂教學(xué)中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣創(chuàng)設(shè)仿真電子技術(shù)教學(xué)實驗，增強學(xué)生的實踐操作能力，同時與企業(yè)開展虛擬項目合作實驗等方式來開展教學(xué)活動。

5.1將虛擬仿真技術(shù)引進課堂

在傳統(tǒng)的電工基礎(chǔ)教學(xué)過程中，教師較為注重對學(xué)生理論知識的傳授，而忽視了實踐技能指導(dǎo)可提升學(xué)生電子技術(shù)操作能力。單純的電子技術(shù)理論知識教學(xué)，一般都是對一些原理和公式進行推導(dǎo)得出結(jié)論，但是在這種教學(xué)模式下，基礎(chǔ)不扎實的學(xué)生可能會出現(xiàn)脫節(jié)，進而產(chǎn)生一定的厭學(xué)情緒，無法將注意力完全集中在電子技術(shù)學(xué)習活動當中。而將虛擬仿真技術(shù)引入電工基礎(chǔ)教學(xué)中，能夠改善傳統(tǒng)的教學(xué)方式中單一、枯燥的教學(xué)氛圍，更加關(guān)注學(xué)生的實踐體驗，讓學(xué)生在實踐中獲得更多的知識，并可以培養(yǎng)學(xué)生形成獨立的思維和創(chuàng)新意識。虛擬仿真技術(shù)能夠使學(xué)生在一個仿真的情境下，進行電子電路的實驗和操作，這種教學(xué)模式能夠為學(xué)生帶來更多的電子技術(shù)學(xué)習體驗，使學(xué)生把理論知識和實踐操作相結(jié)合起來，不斷豐富學(xué)生的理論知識體系； 借助理論知識的學(xué)習，不斷提升學(xué)生的實踐操作能力。

電工基礎(chǔ)理論知識教學(xué)中，需要通過實際展示才能夠加深學(xué)生對電子技術(shù)理論知識的理解，從而為接下來的課程內(nèi)容教學(xué)和教學(xué)實踐活動打下堅實的基礎(chǔ)。然而，如果一味通過實驗操作展現(xiàn)，不僅會浪費大量的時間，同時材料的消耗也是一個問題，虛擬仿真技術(shù)能夠完美地解決這一問題，通過將虛擬仿真技術(shù)引入到電工基礎(chǔ)教學(xué)中，通過虛擬仿真軟件進行仿真模擬實驗，將抽象化的內(nèi)容變得相對直觀明了，深化學(xué)生對電子技術(shù)知識的理解與掌握。

5.2創(chuàng)設(shè)仿真電子技術(shù)教學(xué)實驗，增強學(xué)生的實踐操作能力

實踐是檢驗真理的唯一標準，只有通過理論與實踐相結(jié)合才能更好的研究一門科學(xué)。在電工基礎(chǔ)教學(xué)中，教師可以借助虛擬仿真技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生在模擬的場景中，進行電子電路的實驗和操作，因此，創(chuàng)設(shè)電子技術(shù)的仿真實驗的教學(xué)也相當重要。在平時的課程教學(xué)上加入仿真展示還是遠遠不夠的，最重要的是要學(xué)生自己學(xué)會這種研究方式，通過創(chuàng)設(shè)對應(yīng)的仿真技術(shù)教學(xué)和實驗教學(xué)可以幫助學(xué)生更好的學(xué)到虛擬仿真這種研究方式，培養(yǎng)獨立的思維模式和創(chuàng)新能力。這種模式能夠為學(xué)生帶來更多的電工基礎(chǔ)學(xué)習體驗，在電工基礎(chǔ)的實驗過程當中，提升學(xué)生的實踐操作能力，電工基礎(chǔ)教學(xué)實驗中，教師可以結(jié)合學(xué)生的性格特點和電工基礎(chǔ)教學(xué)的特點進行教學(xué)實驗活動的創(chuàng)新，將虛擬仿真技術(shù)融入電工基礎(chǔ)的教學(xué)活動當中。

5.3校企合作，共建更高水平的虛擬仿真實驗、實訓(xùn)基地

要使得學(xué)生專業(yè)能力全面均衡的發(fā)展，不僅僅要指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習電子技術(shù)，掌握電子技術(shù)，更加需要通過一定的電工基礎(chǔ)教學(xué)活動，提升中職學(xué)生的綜合能力和綜合素養(yǎng)。高職院校教學(xué)質(zhì)量的提高，離不開高水平的教學(xué)條件和教學(xué)設(shè)備的支持，而且這些教學(xué)環(huán)境必須與企業(yè)真實工作場景相似，因此在有限的時間、有限的條件下讓學(xué)生接觸到更多工作場景就顯得尤為重要。

虛擬仿真教學(xué)具有較強的擴展性和較大的開放性，能夠提供靈活多樣的工作場景。因此，可以通過與企業(yè)密切合作，打造更多更真實的工作場景，有助于學(xué)生技能的掌握。比如，和企業(yè)一起建設(shè)虛擬仿真實驗基地，讓學(xué)生更早的接觸到與實際項目相接近的仿真實驗，更有利于學(xué)生把所學(xué)的專業(yè)知識合理高效的與實際相結(jié)合，并且能把企業(yè)的實驗風險降到最低，有利于針對性的培養(yǎng)相關(guān)方向的人才。

6.結(jié)束語

虛擬仿真技術(shù)在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用，符合電工基礎(chǔ)教學(xué)的特點，創(chuàng)新了當前電子技術(shù)教學(xué)的模式，提升了學(xué)生的電子技術(shù)綜合能力，在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用中，可以通過將虛擬引進課堂，創(chuàng)設(shè)仿真電子技術(shù)教學(xué)實驗以及和企業(yè)合作，共建更高水平的虛擬仿真實驗、實訓(xùn)基地等方式進行探索，進而提升學(xué)生專業(yè)能力的綜合素養(yǎng)，為學(xué)生未來的工作和研究奠定良好的基礎(chǔ)。

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基金資助：衢州職業(yè)學(xué)院課改一般項目（KGXM201617）；衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院慕課項目（Mooc201714）。