虚拟仿真技术在中职电工电子技术教学中的应用探析
时间：2023-02-13 09:15:07 来源：千叶帆 本文已影响人
张清清
（安徽亳州新能源学校 安徽 亳州 236700）
电工电子技术是中职院校电气工程、电气自动化等专业的重要课程，教学内容具有技术性、实践性等特点，但在复杂的电路环境与运行情况无法直观展示的情况下，学生无法想象与理解。而虚拟仿真技术作为一项新颖的教学辅助工具，可对教学中的电路模拟还原，为此，利用虚拟仿真技术在教学实践中创造直观情境，对提升教学效果与人才培养效果有着重要意义。
虚拟仿真技术又被称作模拟技术，是指在实验模型建设条件下，利用仿真软件，模拟出电路环境与运行模式，以供实验实践[1]。在中职院校电工电子技术教学中，虚拟仿真技术的应用弥补了课堂教学条件不足的缺陷，使学生能够直观了解电路情况，满足实践学习需求，便于知识的理解与实践。
电工电子技术课程具有实践性，教学中以实验为基础进行知识渗透。传统教学模式中多以实地实验为主，但实验易受天气、温度等环境条件的影响，导致设备出现损耗，无法确保实验结果的客观性。为解决该难题，虚拟仿真技术逐渐被引入电工电子技术教学当中，成为教学辅助工具以及学生实践工具。
虚拟仿真技术利用软件在计算机上模拟还原真实实验场景，学生可通过自主操控掌握抽象、复杂的实验原理；
且可在计算机上完成实验数据的修正，简化科研与教学过程[2]。目前，教学实践中使用频率较高的虚拟仿真技术软件主要有Multisim、Matlab、Proteus、EWB等，此类软件具备强大的计算功能，教学中师生均可对软件模拟出的电路进行调试，且模拟功能强大，可加强学生对电路相关知识的认识及了解。
3.1 创设情境，有效激发兴趣。兴趣是学习的内在动力，是教学效果与学习质量的重要影响因素，鉴于电工电子技术课程的特点，激发学生兴趣是教学实践的基本前提。基于虚拟仿真技术展开教学，可充分发挥学生的主体作用，在模拟电路中根据教师的指导自行完成实验；
且直观的电路环境与运行情况对学生有着极强的吸引力，利用问题进行引导，可有效激发学生的求知欲，使其积极主动参与到教学活动当中，确保教学效果的提升[3]。
例如，在“一阶电路的瞬态分析”相关知识教学中，RC电路与RL电路瞬态分析，在知识的理解与掌握上均存在难度，为此，教师选择Matlab虚拟仿真软件作为教学工具，运用该软件使试题图像化的Simulink仿真平台，模拟出RC、RL电路(如图1所示)，向学生提供了生动、形象的电路运行情况，软件也可实现电路元件动态变化，对学生感官产生更强的刺激，在直观的知识情境体验中，学生按照自己的思路与理解进行实验操作，掌握课堂的主动权，从而产生浓厚的学习兴趣。
图1 RC(左) RL(右)电路示意图
在此过程中，虚拟仿真软件将复杂模型进行直观化转化，实现电路运行状态的全面模拟，学生可设置电路参数，实现更逼真的仿真效果，并且通过参数调整分析电路运行情况变化，掌握所学知识。同时，教师可根据学生试验进度，适时的提出问题，将一阶电路瞬态分析相关知识巧妙的穿插到虚拟仿真软件操控中、课题实验中，有利于引导学生思维逻辑发展，强化思考能力，对所学知识进行准确把握。
3.2 深化合作，促进教学相长。利用虚拟仿真技术进行教学为学生发挥主观能动性创造了契机，教师应充分利用虚拟仿真技术优势，引导学生深入合作探究，并鼓励学生创新、质疑、积极表达，这也有利于教师全面了解学生发展需要，不断优化教学工作，实现教学相长[4]。
例如，在“交流电”相关知识教学中，教师对教材内容进行细致分析，确定该部分学习的目标、难点、重点，并以小组合作探究方式指导学生自主学习，将学生分成4～6人的学习小组，小组内成员合理分工，利用Multisim虚拟仿真软件完成学习。具体步骤如下：①组内分工。明确小组成员在本次合作学习中的任务，如一名学生利用Multisim软件模拟出复杂的“交流电”，向组员演示具体过程，并分析“交流电”的产生过程。在虚拟仿真技术的支持下，降低了抽象理论知识的理解难度，学生可高效利用课堂时间展开探究学习。②合作研究。在软件中学生根据自己的思考与分析调整各项参数，对“交流电”中的瞬时值、最大值、周期、频率、角频率等知识展开探究，并详细记录每个知识点探究的实验过程，总结实验结果，待合作探究结束后进行演示。③意见交流。面对小组合作探究中存在的争议点，组内成员可通过互联网查询、请教老师、同学讨论等方式进行解决，若最终仍然存在争议，可在合作学习汇报成果中保留，于班级内探讨。④成果展示。各小组汇报学习成果，教师对成果进行记录，期间鼓励学生畅所欲言，大胆发表想法，需将结果中的知识点穿插至Multisim软件演示上，便于其他学生理解，也强化学生操作能力。⑤总结与评价。教师与学生共同构建知识体系，总结知识点；
并针对学习中师生双方的表现进行评价，为学习与教学两项工作的优化提出建议。
在此过程中，虚拟仿真技术的应用使教师对自身作为课堂的组织者、指导者、协作者的角色有了更准确的认识，动态观察学生利用虚拟仿真技术进行合作探究的效果，有针对性的发现学生的优势与不足，指导学生各项能力得到扎实锻炼；
同时，教师也在合作探究学习中发现工作上的不足，并积极参与到学生的知识探究中，促进教学工作的发展。
3.3 创新教学，改革实验模式。实验是中职电工电子技术教学的基本形式，传统教学中常以教师演示、学生讨论等方式进行实验，学生缺少实践操作的机会，而虚拟仿真技术的应用，使该问题得到合理解决，在计算机中安装虚拟仿真软件，所有学生均可在课堂上动手操作实验，从而使实验教学模式由演示转变为学生独立操作，这一变化对学生能力发展意义重大[5]。
例如，在“集成触发器”相关知识教学中，学生对触发器的特点、分型已有掌握，接下来，则需要了解基本RS触发器的逻辑功能，学习同样以实验为基础展开，具体实验操作由学生独立完成。由学生利用虚拟仿真技术软件模拟出触发器电路，并根据触发器运行基本逻辑调控各元件，分析触发器状态变化，总结出基本RS触发器逻辑功能为：RD=SD=1时触发器保持原状态不变；
RD=0、SD=1时触发器被置0；
RD=1、0时触发器被置1；
RD=SD=0时不允许；
不同触发信号下对应现态、次态情况见表1。
表1 基本RS触发器逻辑功能
在此过程中，学生独立操作虚拟仿真软件完成实验，形成对实验的完整感受、体验，发展系统性、专业性、规范性的实验思维，从根本上改变了实验教学模式，提升了教学价值，促进了学生实践能力快速发展。
3.4 丰富实践，提升能力素养。课外实践也是培养学生能力的关键环节，将虚拟仿真技术运用到课外实践中不仅能够为学生创造丰富的实践操作机会，也使课堂得到拓展、知识得到迁移，起到巩固知识、拓展思维的作用[6]。例如，在“电压放大电路调试”相关知识教学中，完成教材知识学习后，为确保学生熟练掌握电压放大电路调试技能，利用EWB虚拟仿真软件为学生提供不同的操作条件，充分发挥课外实践活动拓展课堂的作用，让学生强化对已学知识的理解，并查找知识体系上存在的缺陷，促进能力素养的发展。
在此过程中，虚拟仿真技术使课外实践活动的落实有了保障，逼真、形象的实验场景使学生对未来就业岗位与从业技术能力要求有了更深层次认识，且实践活动完全由学生独立完成，满足学生个性化发展需要，从而有效推动了学生综合素质能力的发展。
综上所述，虚拟仿真技术已成为中职电工电子技术教学中不可或缺的教学工具以及学生实践操作的重要工具，在提高教学效果、学习质量等方面发挥着不可替代的作用，应充分认识虚拟仿真技术的优势、作用，在教学中积极、合理运用，从而提升学生的知识技能水平，提高学生的综合能力素质，培养高质量电工电子技术人才，满足社会发展对此类人才的需求。
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