一、引言

電工電子技術(shù)是供用電技術(shù)、通信技術(shù)、電子信息工程技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容主要包含電路分析理論、數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)三大部分基礎(chǔ)知識(shí)，該課程的應(yīng)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)，電工電子技術(shù)虛擬仿真和物理模擬實(shí)驗(yàn)是對(duì)理論教學(xué)的完善與深化（張雪蓮，李星沛，譚麗蕊，2020）。目前，學(xué)生在僅進(jìn)行課程物理模擬實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)主要存在以下問題。

一是由于課程內(nèi)容多且范圍廣，學(xué)時(shí)分配少，再加上職校學(xué)生本身基礎(chǔ)知識(shí)掌握較差，對(duì)電工電子物理模擬實(shí)驗(yàn)理論理解比較吃力。理論知識(shí)薄弱導(dǎo)致學(xué)生實(shí)際接線時(shí)，易出錯(cuò)，導(dǎo)致設(shè)備燒壞，降低使用壽命，增加維護(hù)成本。

二是學(xué)生對(duì)課程實(shí)驗(yàn)的積極性不高，主要靠教師課上理論講解與實(shí)驗(yàn)操作演示，實(shí)際操作時(shí)多以小組的形式進(jìn)行，導(dǎo)致很多學(xué)生并無法實(shí)際操作。

三是隨著近兩年學(xué)校大規(guī)模擴(kuò)招，入校學(xué)生人數(shù)隨之激增，要滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)，需學(xué)校投入大量實(shí)驗(yàn)室建設(shè)資金。

越來越多的高校電工電子教研團(tuán)隊(duì)認(rèn)識(shí)到虛擬仿真對(duì)物理模擬實(shí)驗(yàn)起到的輔助和促進(jìn)作用，漸漸成為實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的一個(gè)重要教學(xué)手段。鑒于電工電子課程的實(shí)踐和操作性很強(qiáng)，一些高校也開始在電工電子教學(xué)中采用由美國(guó)學(xué)者戴爾于1946年提出的基于學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的金字塔模型，該模型認(rèn)為教師講解授課學(xué)生聽講的教學(xué)模式效果最差，分組討論的方式較好，實(shí)踐教學(xué)的方法更好，學(xué)生根據(jù)所學(xué)內(nèi)容上講臺(tái)論述的方式最優(yōu)。我校電工電子教研團(tuán)隊(duì)借鑒這種教學(xué)模式，結(jié)合郵電特色，在工程應(yīng)用中深化學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解程度，同時(shí)將仿真手段運(yùn)用到物理模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生搭建好仿真模型后，可以在講臺(tái)上進(jìn)行知識(shí)講解和效果展示，大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新運(yùn)用能力。

二、虛擬仿真和物理模擬實(shí)驗(yàn)混合實(shí)踐教學(xué)優(yōu)勢(shì)

為解決目前電工電子技術(shù)物理模擬實(shí)驗(yàn)中存在的問題，本文將虛擬仿真融入電工電子技術(shù)物理模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中（樓靜梅，閆茂德，2021），這種混合教學(xué)模式主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。

1.提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率

虛擬仿真軟件提升學(xué)生課前預(yù)習(xí)階段學(xué)習(xí)效果。任課教師將實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、各章節(jié)具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)PPT等相關(guān)內(nèi)容提前發(fā)布到學(xué)?；ヂ?lián)網(wǎng)教學(xué)管理平臺(tái)，學(xué)生可以提前通過互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)管理平臺(tái)下載相關(guān)實(shí)驗(yàn)資料進(jìn)行學(xué)習(xí)，以便了解具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，也可以通過仿真軟件提前搭建電路，進(jìn)行仿真練習(xí)。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升實(shí)驗(yàn)實(shí)踐實(shí)施階段效率。虛擬仿真軟件提供簡(jiǎn)單快速的模型搭建和參數(shù)修改過程，可以大大提高實(shí)驗(yàn)效率。例如，日光燈電路的功率因數(shù)調(diào)整實(shí)驗(yàn)，在虛擬環(huán)境中完成不同電容的選擇、搭建、實(shí)時(shí)仿真等流程，避免出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中復(fù)雜線路的連接和參數(shù)修改的實(shí)現(xiàn)困難，大大提高實(shí)驗(yàn)總體效率。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升實(shí)驗(yàn)結(jié)果最終考核判分效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生可以線上提交物理模擬和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師可以根據(jù)虛擬仿真結(jié)果和物理模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，更易判斷實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，更加客觀地對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)進(jìn)行評(píng)定。

2.提升教學(xué)效果

虛擬仿真軟件具備理想條件下的仿真環(huán)境，可以大大提升實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)效果。例如，三相中性點(diǎn)不接地電路實(shí)驗(yàn)，由于物理模擬實(shí)驗(yàn)三相負(fù)載各參數(shù)之間差異性，完全實(shí)現(xiàn)三相對(duì)稱的電路在物模實(shí)驗(yàn)中無法達(dá)到，而虛擬仿真完全可以滿足各相參數(shù)相同，因而可以有效減小誤差，加深學(xué)生對(duì)三相中性點(diǎn)不接地的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，三相中性點(diǎn)不接地電路如果各相負(fù)載不均衡，會(huì)引起不均衡相電壓明顯升高和降低，引起負(fù)載燒壞，如果在物流模擬實(shí)驗(yàn)中顯示這類效果，就要燒壞燈泡或者電壓過低燈泡不亮，而通過仿真也可以展示對(duì)應(yīng)特點(diǎn)，并且不燒壞設(shè)備，大大提高教學(xué)效果。

3.降低實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和維護(hù)成本

虛擬仿真軟件中元件庫(kù)和儀表庫(kù)中的選擇完全可以覆蓋物理模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中各種傳統(tǒng)的電路器件和測(cè)量?jī)x表，易于實(shí)現(xiàn)電子電路的仿真設(shè)計(jì)和功能分析?；谔摂M仿真技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)模式均可利用PC機(jī)安裝仿真軟件完成，所以，學(xué)?？梢源蟠鬁p少電工電子實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)經(jīng)費(fèi)投入。同時(shí)學(xué)生可以利用虛擬仿真軟件進(jìn)行電路搭建，熟悉接線方式，在仿真過程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤接線方式，可以減少實(shí)際接線時(shí)出現(xiàn)故障燒壞儀器和電路元件，減少實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行維護(hù)成本；同時(shí)通過仿真，能夠發(fā)現(xiàn)一些接線錯(cuò)誤問題，提高實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)效率，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

4.培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新能力

學(xué)生可以根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)相關(guān)課件學(xué)習(xí)相關(guān)實(shí)踐理論知識(shí)，利用仿真軟件搭建模型，讓學(xué)生從抽象的理論知識(shí)轉(zhuǎn)到具體的認(rèn)知，從而對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)更加形象和深入。當(dāng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)有了深入學(xué)習(xí)以后，自身就會(huì)對(duì)電路有新的設(shè)計(jì)方式和創(chuàng)新思路，將這些想法運(yùn)用到技能大賽或者畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，不需要考慮物理模擬元件的參數(shù)固化以及學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用權(quán)限，均可通過自有電腦虛擬仿真軟件進(jìn)行參數(shù)修改和驗(yàn)證調(diào)試，極大地提高學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。

三、虛擬仿真和物理模擬實(shí)驗(yàn)混合實(shí)踐教學(xué)過程總體設(shè)計(jì)

為了促進(jìn)虛擬仿真與物理模擬實(shí)驗(yàn)混合實(shí)踐教學(xué)實(shí)施，在具體實(shí)施過程中，主要采用混合實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施方法、以小組為單位的總體考核、調(diào)整平時(shí)成績(jī)占比等步驟。

1.混合實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施方法

虛擬仿真與物模實(shí)驗(yàn)混合教學(xué)模式在實(shí)際教學(xué)中需要選擇一種仿真軟件進(jìn)行電工電子虛擬仿真和物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)際接線，教研團(tuán)隊(duì)采用Multisim仿真軟件開展虛擬仿真教學(xué)，選擇浙江某教儀公司電工電子教學(xué)設(shè)備做物理模擬實(shí)驗(yàn)。Multisim是一種電工電子電路仿真軟件，軟件中內(nèi)置豐富的電路元件、電源、二極管、三極管、邏輯開關(guān)元件等電工電子器件，學(xué)生拖拽元件即可搭建仿真電路?；谠摲抡孳浖诟髡鹿?jié)的混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生根據(jù)老師布置的任務(wù)，先搭建仿真模型，學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生在搭建好仿真模型后，可以在班級(jí)進(jìn)行PPT匯報(bào)展示。班級(jí)大部分學(xué)生完成仿真模型搭建后，已經(jīng)深入理解相關(guān)理論知識(shí)和接線方式，接下來再完成物模設(shè)備連接。這樣學(xué)生對(duì)于一些抽象性的問題理解更加深入，比如三相三線電路和三相四相電路受不均衡負(fù)載影響情況、日光燈功率因數(shù)調(diào)整等，可大大降低在實(shí)物接線時(shí)設(shè)備燒壞情況出現(xiàn)次數(shù)。

2.以小組為單位的總體考核

在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐過程中，增加虛擬仿真的教學(xué)手段，并不一定滿足所有的學(xué)生，尤其是職業(yè)院校學(xué)生的理論理解和掌握能力不高，部分學(xué)生不能很好地完成虛擬仿真模型搭建。因此，本教研室在電工電子實(shí)踐教學(xué)中，采用以小組為單位的學(xué)習(xí)過程性考核，具體操作步驟如下。第一，在與授課班級(jí)若干學(xué)生充分溝通的前提下，充分了解全班學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，以4～5人一組的形式對(duì)全班學(xué)生進(jìn)行分組，每組選出1～2名學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生，同時(shí)提前約定以小組為單位對(duì)實(shí)踐教學(xué)平時(shí)成績(jī)進(jìn)行評(píng)定，這樣學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生可以督促和帶動(dòng)整組成員的學(xué)習(xí)。第二，每組在完成仿真模型搭建后，由其中一名組員以PPT形式進(jìn)行課堂匯報(bào)交流。在學(xué)生匯報(bào)時(shí)，實(shí)踐教師對(duì)每一組匯報(bào)內(nèi)容進(jìn)行總體點(diǎn)評(píng)，并抽查和提問小組成員，考核學(xué)生的參與度。第三，學(xué)生的平時(shí)和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐成績(jī)涵蓋課程簽到、上課積極性、仿真模型搭建、物模裝置的接線完成、虛擬仿真匯報(bào)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況等。第四，不同小組之間設(shè)置相應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，以小組實(shí)踐課程整體表現(xiàn)評(píng)定小組得分，該得分作為本組成員基礎(chǔ)分，再考慮每位學(xué)生的仿真情況和整體表現(xiàn)，在基礎(chǔ)分值上下調(diào)整適當(dāng)比例得出最終分值。

3.調(diào)整實(shí)踐實(shí)驗(yàn)成績(jī)占比

平時(shí)不積極聽課且很少參與到老師課堂教學(xué)中，期末考試臨時(shí)努力復(fù)習(xí)，是大部分職業(yè)院校學(xué)生學(xué)習(xí)和考試的慣用手段，該現(xiàn)象和不合理的平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)比例有很大關(guān)系，因此應(yīng)設(shè)置更高的平時(shí)成績(jī)占比，尤其是帶有實(shí)踐操作的課程。我校電工電子類課程期中期末卷面成績(jī)占學(xué)生總評(píng)成績(jī)的70%，包含簽到和平時(shí)表現(xiàn)的成績(jī)占15%，實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)僅占15%。因此，主要影響成績(jī)的因素還是卷面成績(jī)，平時(shí)成績(jī)和實(shí)操成績(jī)的占比很難激發(fā)學(xué)生響應(yīng)老師課堂教學(xué)的積極性。特別是本文所述的基于虛擬仿真和物理模擬實(shí)驗(yàn)操作的同時(shí)以小組為單位的學(xué)習(xí)過程考核方法，學(xué)生課堂參與度和實(shí)際操作情況對(duì)總成績(jī)影響更大，可將平時(shí)成績(jī)和實(shí)操成績(jī)占比提高到50%左右，將期中期末卷面成績(jī)降到50%左右。

四、結(jié)語(yǔ)

虛擬仿真與物模實(shí)驗(yàn)相結(jié)合應(yīng)用到電工電子教學(xué)，可用來鞏固學(xué)生理論知識(shí)，著力培養(yǎng)能力，提供電工電子領(lǐng)域多門專業(yè)基礎(chǔ)課程的實(shí)踐教學(xué)手段。該實(shí)踐教學(xué)方法支持電路基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)課程的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新教學(xué)?；谠摲椒ǎ槍?duì)職業(yè)教育的培養(yǎng)方案，學(xué)生和教師可以開展多個(gè)方向、不同層次的創(chuàng)新課題，使學(xué)生在專業(yè)課程試驗(yàn)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中有一個(gè)十分給力的工具。本實(shí)踐教學(xué)方法還可以從電工電子專業(yè)基礎(chǔ)課程著手，制定與課程對(duì)應(yīng)的軟件包或者仿真模型，并將仿真方案應(yīng)用到物理模擬實(shí)驗(yàn)中，減少實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)操作失誤，節(jié)省實(shí)驗(yàn)室維護(hù)資金。

[基金項(xiàng)目：廣東教育科學(xué)規(guī)劃課題（2021GXJK731）數(shù)字孿生與物模實(shí)驗(yàn)相融合的電工電子實(shí)踐教學(xué)研究，廣東郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級(jí)課題（202107）數(shù)字孿生與物模實(shí)驗(yàn)相融合的電工電子實(shí)踐教學(xué)研究。]

責(zé)任編輯何麗華