基于虛擬仿真平臺的電機學教學實踐與思考

王艷萍 劉萬強

摘 要 電子信息工程學院的學生在學習電機學專業課時常常會感到知識點枯燥乏味、晦澀難懂，學習起來非常吃力。針對這一現象，本文提出了將虛擬仿真平臺應用在電機學的教學課程當中，使得學生能夠通過虛擬的仿真平臺，切實感受到電機學的知識點在工作中的實際應用，幫助學生更好地理解抽象的電機學知識。學校應結合打造一流學科課程、提高學生知識實踐能力的教學理念，通過虛擬仿真平臺，使得學生更好地參與到教學實踐當中，不但增強了學生的學習興趣，還培養了學生的實踐能力。

關鍵詞 虛擬仿真平臺 電機學 教學實踐

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）01-0112-03

當前是信息時代和科技時代，科技已經走進了我們生活中的每一個角落，以往在科幻電影中的場景已逐步成為人們生活的現實場景。社會各行各業尤其是教育行業應該重視新興科技帶來的變化，積極的將新興科技結合到教學實踐當中，提升教學效果。目前，各大高校已經認識到了多媒體數字化技術給課堂教學帶來的改變，虛擬仿真技術在用于理工科專業課的講解時優勢明顯，能夠使學生以第一視角感受到知識的應用場景，提高了學生的學習熱情，增強了學生團隊合作意識，達到塑造全方位人才的目標。

1 “電機學”課程存在的教學問題

1.1 學生難以參與到電機學的教學實踐中

在傳統的電機學教學時，電機學授課教師是主導，學生只是被動的接受教師的教學，很少能在課堂中與教師對于某一個知識點進行討論。學生在學習知識時參與度不高，難以對知識點留下深刻的印象和深入理解，且對知識的想象力和發散能力不足。

傳統的教學過程中，教師一個人完成了課前教案設計、課堂教學以及課后的教學效果監督。可以說，學生在整個學習過程中都處于被動接受的地位，對學生來說，這種學習模式枯燥乏味，扼殺了大學生積極創造和想象的能力。由于教師和學生的互動較少，教師沒能了解到學生的學習興趣所在，也不能與學生共同探討課程知識在實際生活中的最新應用，導致老師的教學與學習脫軌，教學效率低下。[1]

1.2 學生難以理解晦澀難懂的電機學知識

電機學是電子信息學院的專業課程，蘊含復雜的電學和機械學知識，學習難度非常高。學生對于肉眼不可見的電機磁場以及書上的電路繪圖難以進行深刻的了解，只能憑借想象學習電路的排列。這種學習效果只能應對考試題型，難以真正達到實踐操作的要求。甚至學生在學習完電機學全部課程后，對于電機學知識仍然處于一知半解的狀態。學習效率非常低下，直接導致期末考試成績較差。教師對此常常感到困惑，而學生學習起來又感覺到非常吃力，直接導致了課本知識壓縮，形成惡性循環，學生難以對電機學知識形成一個完整的認知體系，使得學生對于電機學這門課程感到排斥和恐懼，這種情況與高校的教學理念背道而馳。

1.3 電機學的實踐課程難以展開

要真正學好電機學，必須要求學生動手進行實踐操作，真正感受到電機學的應用知識。然而電機的設計制造周期十分漫長，且對電學和機械學的加工工藝要求很高，操作起來具有一定的難度和危險性。高校在進行電機學實踐教學中往往難以讓每個學生都深入體會到電機學的操作過程。因此，對于電機學這門課程的教學大部分時間還只是停留在課堂的講解過程中。

由于電機學所涉及到的電磁場知識不是實物，并不能被學生所看見和感觸到，學生常常感到知識點太過抽象，喪失了學習興趣和信心，導致學生的學習效果低下。在解決這一問題時，目前大部分高校只是增加了多媒體技術進行PPT演示和虛擬圖像展示，雖然增加了學生的直觀感受和教學娛樂性，但并沒有真正讓學生切身體會到電機學的實踐應用，教學效果仍然難以達到預期目標。

2 虛擬仿真平臺概述

虛擬仿真平臺運用了多項前沿科技，例如VR技術、多媒體技術和大數據技術等，構建起立體的直觀感受。通過虛擬的仿真實驗平臺教學可以實現學生對知識點實踐的應用過程的自操作，加強學生的團隊合作和實踐探索能力的同時避免真正接觸電機時的危險性以及電機制作周期過長等問題，大大節省了真正電機實踐教學的時間成本和資金成本。

針對目前電機學課程在教學過程中存在的這些問題，引進虛擬仿真平臺教學可以使得學生的實踐課程不受地理因素和硬件因素的干擾。充分利用現有的教學資源和網絡資源對學生進行高效的實踐教學，加強學生的學習興趣和學習自主性，使得學生真正參與到電機學這門課程的學習中，并且發散學生的思維，給學生以學習自主權進行課程設計和探索。

教學主要是為了讓學生充分掌握理論，同時也能在實踐中學習。作為教師，首先應該為學生設立實驗課程，將理論與實踐相結合。根據課程設計來看，電機系統已經有較高的優越性，所以在使用中會采用pc機連接，結合使用軟件開發平臺。運行中如果想要控制電機，首先數據參數要獲得采集以及處理，實驗完成之后可以及時獲得實驗報告。直流電機也是非常常見的一種動力裝置，在應用中非常廣泛。但是前提需要掌握其特性，對于世界來講非常的重要，同時對于電機實驗系統來講也很重要。步電機作為典型的離散運動裝置，在實際應用中，于現代數字控制技術充分融合，有了決定性的優勢，但是在本質上會有很大的關聯。目前所使用的數字控制系統以及步進電機，在各領域的應用非常廣泛，所以在早期所采用的典型機電一體化與原件中，就包含步進電機。但是由于在早期所使用的系統較為落后，所以沒有體現出步進電機的優勢。步進電機自身的優越性在應用中很廣泛，可是在實際工作中，雖然比直流電機性能要好，但是無法應用于常規工作。所以對于步進電機的使用中的匹配，一定要特別注意。在應用步進電機時，會涉及到很多領域，例如機械、電子計算機等。步進電機所產生的參數以及性能其實非常復雜，要根據產品的樣本來分析其主要參數以及性能指標。在大部分情況下，系統的設計想要達到目標，首先應該展開試驗，要充分掌握步進電機在運行中所體現的參數以及特性，通過測試對其進行控制，采取合理的方法，使其達到最佳的狀態。參數以及性能是理論學習的重點，在實際操作中，需要對其時刻關注。

計算機技術發展迅速，目前為各行各業注入了新活力。微電子技術就是計算機技術的產物，針對于大型集成電路來講，充分融入數字化儀器以及智能儀器，可獲得更好的發展。在實際使用中，微電子技術精準度非常高，功能也很強大，其性能的豐富，可以滿足各領域的使用。傳統儀器并沒有擺脫獨立使用的問題，所以在使用中還面臨著較復雜的問題，例如測試參數以及應用場合等，都會對其產生影響，也會受到更多的局限性。

在教學中，應該充分掌握計算機技術，目前計算機技術與儀器技術充分的融合，可體現出飛速發展的現狀，計算機技術目前還需不斷的優化以及改善，才可以摒棄傳統儀器的落后，計算機技術想要開辟新天地，就要尋找更多的功能。通過最近幾年網絡技術的持續發展，已經為領域的發展奠定基礎。使用互聯網可以做到全球實時交流，其傳輸功能非常強大。

3 基于虛擬仿真平臺的混合式教學

3.1 虛擬仿真平臺混合式教學概述

基于虛擬的仿真平臺混合式教學顧名思義是將虛擬的技術與傳統的教學模式相結合起來，將二者的優勢進行互補融合，加強學生的學習效率。基于虛擬的仿真實驗平臺電機學教學是將虛擬的仿真平臺融入到電機學的整體教學進程當中，將理論知識與實踐教學相結合，使學生對于電機學理論以及實踐的應用都有一個直觀的感受，幫助學生構建起電機學的學習基礎，為之后學習更加深入的學習電機學的理論以及實踐操作打下堅實的基礎。

3.2 課前知識預習與實踐操作

要想真正實現虛擬仿真平臺在電機學教學過程中進行運用，保證教學效果。必須要求任課教師在課堂前期準備充足的教學資料，通過網絡資源進行教學資料搜集，積極學習虛擬仿真平臺教學方式，制作適合學生學習的虛擬仿真平臺教學方案以及課件。在學生通過虛擬仿真平臺進行實踐操作之前，必須要求學生對于本章節電機學知識要有一個深刻的掌握，要求學生反復學習、課前預習本章節知識，并積極通過互聯網進行全方位的預習，從而能夠在仿真平臺進行電機實踐操作時有足夠的知識儲備。

在體驗虛擬的仿真操作之后能夠得出實踐操作心得，加深對于所學知識的理解，并要求學生學習之余提出疑問，通過課后組建學習小組的模式進行問題的討論與解決。教師要收集學生關于本章節知識的學習難點和困惑，確保學生在進行虛擬仿真平臺實踐操作之后能夠對所涉及的電機學知識有全方位的認知。

3.3 課堂活動教學

在課堂中，任課教師可以通過多媒體課件的演示對學生進行PPT展示，或者收集網絡課程資源，對學生進行知識點的講解。也可以通過一些教學設備加強與學生的互動。根據不同章節的知識點搜集不同的教學模式和課堂活動。在電機學課堂中進行實踐，探索出最適合學生的課堂模式，引起學生的學習興趣。[2]

電機學所涉及的知識十分廣泛，單個學生無法獨自完成某一個教學實踐項目，這就要求學生要積極組成學習小組，共同探討完成教學實踐任務的方案，進行責任分工。每個學生要對自己負責的電機部分以及各部分知識點有一個強化認知，從而在與其他同學進行團隊合作和任務銜接時有足夠的能力推進實踐任務的進度，確保團隊能夠按時完成實踐操作任務。還可以充分利用虛擬仿真系統，讓團隊小組成員之間互換角色，設計不同的實踐方案，共同探索實踐操作步驟，達到最好的實踐效果。

教師在課堂教學活動中發揮導向作用，以激發學生參與電機學課程學習為目的，為電機學課堂添加更多的“調料”;引導學生積極參與并實現更優質的電機學教學效果。電機結構通常是復雜的，學生獨立完成教師布置的項目方案難度較大;因此采用分組學習模式時，合理分配小組中每個成員的職責，例如某個成員負責電機結構的整體裝配，另一個成員負責設計繞組參數等等;小組每個成員負責電機結構中的一個部分，學生通力配合完成電機結構設計任務。隨后引導學生在虛擬仿真系統中驗證小組設計成果的實際效果，總結設計成果中的亮點以及不足之處;與此同時組織不同小組根據設計成果進行互評，在充分利用課堂時間和課堂資源的同時，培養學生的學科思想和合作探究能力;學生在這樣的學習氛圍中，不僅掌握電機學知識內容并提升應用能力，也為今后更深刻的合作探究奠定基礎。

教學過程中還可以將教學資源延展到更廣闊的范圍，在慕課形式逐步推廣的情況下，教師可以嘗試將慕課資源引入到電機學課程的教學體系中，發揮慕課資源在展示形式、內容解讀等多個方面的獨到優勢。由于互聯網環境中可供使用的電機學慕課資源規模龐大，將慕課資源選擇權利全部下放給學生，慕課資源選擇效率偏低;教師憑借自身經驗，在規模龐大的電機學慕課資源中，選擇較為典型、代表性較強的課程資源供給學生學習，學生使用慕課資源開展學習的過程更加精準從容，學習效率和質量更勝一籌。

3.4 課后復習提升

教師在掌握學生課堂表現的基礎上，制定電機學課程的課后任務。在課上階段中下需要記錄學生操作虛擬仿真系統的實際情況，分析學生在課堂學習中的效果，定位學生所處的學習層次，并制定針對性的回饋練習方案。在課后環境中加大對在線資源的使用力度，教師借助線上資源組織電機學課程項目設計競賽;學生報名參加競賽后，應用虛擬仿真平臺擬定項目方案并完成項目設計任務。此后將個人項目設計成品代入到實際應用環境中，驗證本人項目設計的應用價值。例如教師通過虛擬仿真平臺開展新能源汽車電機設計競賽，學生在完成電機項目設計任務后，在虛擬仿真平臺中驗證本人設計成果，總結本人項目設計的成功之處和不足之處;不同學生之間也可以通過虛擬仿真平臺開展產品性能比賽，參與競賽的學生相互之間交流項目設計心得并達到取長補短的目的，加深對電機學理論知識的理解，對電機參數和性能的認識更加到位。

4 結語

教學應該以學生為本，讓學生成為學習的主人。應當積極改革傳統教學模式，將虛擬仿真實驗平臺與傳統課堂進行融合，進行混合式教學，豐富學生的學習模式，加強學生對于知識點的體驗感。傳統的教學模式大部分教學時間限于課本知識的教學，只能培養理論型人才，而不適合工程技術人才的培養，與社會的需求脫節。然而，要培養工程技術人員型人才往往需要大量的資金和時間成本。虛擬仿真平臺的出現很好的解決了這一問題，為高校從實際出發培養工程技術人才提供了良好的教學平臺。

參考文獻：

[1] 徐磊，蔡曉磊，傅海軍，等.基于虛擬仿真平臺的“電機學”教學實踐[J].電氣電子教學學報，2020，42 （06）：34-36，41.

[2] 任思璟.應用虛擬仿真技術促進《電機學》課程教學質量的研究[J].黑龍江教育（理論與實踐），2016（Z1）： 73-74.