虛擬仿真技術在電類專業課程教學中的改革與實踐

王海波

（淮南職業技術學院，淮南 232001）

1 引言

高職院校與普通本科教育的區別在于職業教育更注重實踐教學。因此，實踐教學模式和實踐教學體系對培養高職學生綜合能力和創新能力起著關鍵作用。在提高實踐教學比例的同時，注重學生的實踐能力和技能訓練對高職機電類學生尤為重要。在高職院校電類專業課程中，電工技術，電子技術，單片機技術，可編程控制技術和自動控制技術等課程的教學中，為更好提高學生的技能，需要投入大量的實驗室及實驗耗材，大大增加了經費的投入。在這種情況下，機電類專業課程引入虛擬仿真技術也成為專業課程教學改革的重要組成部分。

2 虛擬仿真教學的特點

機電專業課程的虛擬仿真教學意味著人們可以使用虛擬現實技術對特定學科的教學和實訓內容進行數字化模擬。可以使學生在掌握理論知識的基礎之上，獲得類似真實的體驗。虛擬仿真教學通過模擬逼真的實訓情境，仿真真實的實訓設備，在實際應用中具有以下特點：

2.1 構建理論和仿真相結合的教學模式

在課堂教學過程中引入仿真軟件，可以使學生在課堂上直接看到實驗的過程與結果，將理論知識和實驗結果進行比較，會把乏味抽象的理論知識變得更為生動直觀，對知識點的理解更透徹[1]。

2.2 靈活的教學環節

虛擬仿真軟件能夠提供多種器件和儀器儀表，并且對環境要求不高，學生不會受到實驗設備及場地的限制，只需要配有相應仿真軟件的計算機就可以完成自主學習，利用仿真軟件所提供的各種器件和儀器儀表設計和驗證電類專業課程的實踐教學環節，使得學生的創造能力得到發展。

2.3 高危或極端環境的實現

通過虛擬仿真技術，可以模擬實現諸如短路、過載等實踐環節，也可為學生提供了模擬高電壓、大電流、高安全隱患的實踐課程的可能性，避免了很多安全事故的發生。

3 虛擬仿真教學應用實例

在傳統的單片機應用技術的教學中，教師往往機械的按照單片機的片上資源和片外接口順序介紹。總體來說，這些知識點還是比較枯燥的，學生難以理解消化。這種把微控制器軟硬件相對獨立的教學方法使得學生無法從系統的角度去理解單片機技術其實是軟件和硬件的組合，很難真正在課堂上體現單片機的實際運行過程。如果你想在課堂上演示，你需要使用很多硬件設備。另外，由于單片機實驗設備器件體積小，教學演示效果不佳。

Proteus軟件是一款極好的單片機應用開發平臺，它以其特有的虛擬仿真技術很好地解決了單片機及其外圍電路的設計和協同仿真問題，可以在沒有單片機實際硬件的條件下，利用計算機進行虛擬仿真，實現單片機系統的軟、硬件協同設計[2]。

以下是基于Proteus仿真軟件的DS18B20多點溫度測量系統的設計實例。本多點測溫系統接了四個DS18B20，分別為A、B、C、D。由于每個DS18B20器件都有一個惟一的64位ROM地址，只要發送相應的ROM地址就能訪問該器件[3]。仿真效果如圖1所示。

圖1 多點測溫電路仿真效果圖

4 結束語

實踐證明，虛擬仿真技術為機電專業課程的教學提供了良好的平臺。但同時也要注意到在機電類專業課程的實踐中，通過實際儀器設備的教學和理想狀態下的仿真環境的區別，以及由于元器件參數的分散性和電路干擾對結果產生的影響。在實際教學過程中，應靈活組合運用這兩種方法，以達到理想的教學效果。