虛擬仿真技術(shù)在電類專業(yè)課程教學(xué)中的改革與實(shí)踐

王海波

（淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，淮南 232001）

1 引言

高職院校與普通本科教育的區(qū)別在于職業(yè)教育更注重實(shí)踐教學(xué)。因此，實(shí)踐教學(xué)模式和實(shí)踐教學(xué)體系對(duì)培養(yǎng)高職學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新能力起著關(guān)鍵作用。在提高實(shí)踐教學(xué)比例的同時(shí)，注重學(xué)生的實(shí)踐能力和技能訓(xùn)練對(duì)高職機(jī)電類學(xué)生尤為重要。在高職院校電類專業(yè)課程中，電工技術(shù)，電子技術(shù)，單片機(jī)技術(shù)，可編程控制技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等課程的教學(xué)中，為更好提高學(xué)生的技能，需要投入大量的實(shí)驗(yàn)室及實(shí)驗(yàn)耗材，大大增加了經(jīng)費(fèi)的投入。在這種情況下，機(jī)電類專業(yè)課程引入虛擬仿真技術(shù)也成為專業(yè)課程教學(xué)改革的重要組成部分。

2 虛擬仿真教學(xué)的特點(diǎn)

機(jī)電專業(yè)課程的虛擬仿真教學(xué)意味著人們可以使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)特定學(xué)科的教學(xué)和實(shí)訓(xùn)內(nèi)容進(jìn)行數(shù)字化模擬。可以使學(xué)生在掌握理論知識(shí)的基礎(chǔ)之上，獲得類似真實(shí)的體驗(yàn)。虛擬仿真教學(xué)通過(guò)模擬逼真的實(shí)訓(xùn)情境，仿真真實(shí)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，在實(shí)際應(yīng)用中具有以下特點(diǎn)：

2.1 構(gòu)建理論和仿真相結(jié)合的教學(xué)模式

在課堂教學(xué)過(guò)程中引入仿真軟件，可以使學(xué)生在課堂上直接看到實(shí)驗(yàn)的過(guò)程與結(jié)果，將理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，會(huì)把乏味抽象的理論知識(shí)變得更為生動(dòng)直觀，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解更透徹[1]。

2.2 靈活的教學(xué)環(huán)節(jié)

虛擬仿真軟件能夠提供多種器件和儀器儀表，并且對(duì)環(huán)境要求不高，學(xué)生不會(huì)受到實(shí)驗(yàn)設(shè)備及場(chǎng)地的限制，只需要配有相應(yīng)仿真軟件的計(jì)算機(jī)就可以完成自主學(xué)習(xí)，利用仿真軟件所提供的各種器件和儀器儀表設(shè)計(jì)和驗(yàn)證電類專業(yè)課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使得學(xué)生的創(chuàng)造能力得到發(fā)展。

2.3 高危或極端環(huán)境的實(shí)現(xiàn)

通過(guò)虛擬仿真技術(shù)，可以模擬實(shí)現(xiàn)諸如短路、過(guò)載等實(shí)踐環(huán)節(jié)，也可為學(xué)生提供了模擬高電壓、大電流、高安全隱患的實(shí)踐課程的可能性，避免了很多安全事故的發(fā)生。

3 虛擬仿真教學(xué)應(yīng)用實(shí)例

在傳統(tǒng)的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的教學(xué)中，教師往往機(jī)械的按照單片機(jī)的片上資源和片外接口順序介紹。總體來(lái)說(shuō)，這些知識(shí)點(diǎn)還是比較枯燥的，學(xué)生難以理解消化。這種把微控制器軟硬件相對(duì)獨(dú)立的教學(xué)方法使得學(xué)生無(wú)法從系統(tǒng)的角度去理解單片機(jī)技術(shù)其實(shí)是軟件和硬件的組合，很難真正在課堂上體現(xiàn)單片機(jī)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程。如果你想在課堂上演示，你需要使用很多硬件設(shè)備。另外，由于單片機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備器件體積小，教學(xué)演示效果不佳。

Proteus軟件是一款極好的單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它以其特有的虛擬仿真技術(shù)很好地解決了單片機(jī)及其外圍電路的設(shè)計(jì)和協(xié)同仿真問(wèn)題，可以在沒(méi)有單片機(jī)實(shí)際硬件的條件下，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行虛擬仿真，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件協(xié)同設(shè)計(jì)[2]。

以下是基于Proteus仿真軟件的DS18B20多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例。本多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)接了四個(gè)DS18B20，分別為A、B、C、D。由于每個(gè)DS18B20器件都有一個(gè)惟一的64位ROM地址，只要發(fā)送相應(yīng)的ROM地址就能訪問(wèn)該器件[3]。仿真效果如圖1所示。

圖1 多點(diǎn)測(cè)溫電路仿真效果圖

4 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，虛擬仿真技術(shù)為機(jī)電專業(yè)課程的教學(xué)提供了良好的平臺(tái)。但同時(shí)也要注意到在機(jī)電類專業(yè)課程的實(shí)踐中，通過(guò)實(shí)際儀器設(shè)備的教學(xué)和理想狀態(tài)下的仿真環(huán)境的區(qū)別，以及由于元器件參數(shù)的分散性和電路干擾對(duì)結(jié)果產(chǎn)生的影響。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)靈活組合運(yùn)用這兩種方法，以達(dá)到理想的教學(xué)效果。