虛擬仿真技術在中職電工電子技術教學中的應用探析

張清清

（安徽亳州新能源學校 安徽 亳州 236700）

電工電子技術是中職院校電氣工程、電氣自動化等專業的重要課程，教學內容具有技術性、實踐性等特點，但在復雜的電路環境與運行情況無法直觀展示的情況下，學生無法想象與理解。而虛擬仿真技術作為一項新穎的教學輔助工具，可對教學中的電路模擬還原，為此，利用虛擬仿真技術在教學實踐中創造直觀情境，對提升教學效果與人才培養效果有著重要意義。

1 虛擬仿真技術概述

虛擬仿真技術又被稱作模擬技術，是指在實驗模型建設條件下，利用仿真軟件，模擬出電路環境與運行模式，以供實驗實踐[1]。在中職院校電工電子技術教學中，虛擬仿真技術的應用彌補了課堂教學條件不足的缺陷，使學生能夠直觀了解電路情況，滿足實踐學習需求，便于知識的理解與實踐。

2 虛擬仿真技術應用現狀

電工電子技術課程具有實踐性，教學中以實驗為基礎進行知識滲透。傳統教學模式中多以實地實驗為主，但實驗易受天氣、溫度等環境條件的影響，導致設備出現損耗，無法確保實驗結果的客觀性。為解決該難題，虛擬仿真技術逐漸被引入電工電子技術教學當中，成為教學輔助工具以及學生實踐工具。

虛擬仿真技術利用軟件在計算機上模擬還原真實實驗場景，學生可通過自主操控掌握抽象、復雜的實驗原理；且可在計算機上完成實驗數據的修正，簡化科研與教學過程[2]。目前，教學實踐中使用頻率較高的虛擬仿真技術軟件主要有Multisim、Matlab、Proteus、EWB等，此類軟件具備強大的計算功能，教學中師生均可對軟件模擬出的電路進行調試，且模擬功能強大，可加強學生對電路相關知識的認識及了解。

3 虛擬仿真技術在中職電工電子技術教學中的應用策略

3.1 創設情境，有效激發興趣。興趣是學習的內在動力，是教學效果與學習質量的重要影響因素，鑒于電工電子技術課程的特點，激發學生興趣是教學實踐的基本前提。基于虛擬仿真技術展開教學，可充分發揮學生的主體作用，在模擬電路中根據教師的指導自行完成實驗；且直觀的電路環境與運行情況對學生有著極強的吸引力，利用問題進行引導，可有效激發學生的求知欲，使其積極主動參與到教學活動當中，確保教學效果的提升[3]。

例如，在“一階電路的瞬態分析”相關知識教學中，RC電路與RL電路瞬態分析，在知識的理解與掌握上均存在難度，為此，教師選擇Matlab虛擬仿真軟件作為教學工具，運用該軟件使試題圖像化的Simulink仿真平臺，模擬出RC、RL電路(如圖1所示)，向學生提供了生動、形象的電路運行情況，軟件也可實現電路元件動態變化，對學生感官產生更強的刺激，在直觀的知識情境體驗中，學生按照自己的思路與理解進行實驗操作，掌握課堂的主動權，從而產生濃厚的學習興趣。

圖1 RC(左) RL(右)電路示意圖

在此過程中，虛擬仿真軟件將復雜模型進行直觀化轉化，實現電路運行狀態的全面模擬，學生可設置電路參數，實現更逼真的仿真效果，并且通過參數調整分析電路運行情況變化，掌握所學知識。同時，教師可根據學生試驗進度，適時的提出問題，將一階電路瞬態分析相關知識巧妙的穿插到虛擬仿真軟件操控中、課題實驗中，有利于引導學生思維邏輯發展，強化思考能力，對所學知識進行準確把握。

3.2 深化合作，促進教學相長。利用虛擬仿真技術進行教學為學生發揮主觀能動性創造了契機，教師應充分利用虛擬仿真技術優勢，引導學生深入合作探究，并鼓勵學生創新、質疑、積極表達，這也有利于教師全面了解學生發展需要，不斷優化教學工作，實現教學相長[4]。

例如，在“交流電”相關知識教學中，教師對教材內容進行細致分析，確定該部分學習的目標、難點、重點，并以小組合作探究方式指導學生自主學習，將學生分成4～6人的學習小組，小組內成員合理分工，利用Multisim虛擬仿真軟件完成學習。具體步驟如下：①組內分工。明確小組成員在本次合作學習中的任務，如一名學生利用Multisim軟件模擬出復雜的“交流電”，向組員演示具體過程，并分析“交流電”的產生過程。在虛擬仿真技術的支持下，降低了抽象理論知識的理解難度，學生可高效利用課堂時間展開探究學習。②合作研究。在軟件中學生根據自己的思考與分析調整各項參數，對“交流電”中的瞬時值、最大值、周期、頻率、角頻率等知識展開探究，并詳細記錄每個知識點探究的實驗過程，總結實驗結果，待合作探究結束后進行演示。③意見交流。面對小組合作探究中存在的爭議點，組內成員可通過互聯網查詢、請教老師、同學討論等方式進行解決，若最終仍然存在爭議，可在合作學習匯報成果中保留，于班級內探討。④成果展示。各小組匯報學習成果，教師對成果進行記錄，期間鼓勵學生暢所欲言，大膽發表想法，需將結果中的知識點穿插至Multisim軟件演示上，便于其他學生理解，也強化學生操作能力。⑤總結與評價。教師與學生共同構建知識體系，總結知識點；并針對學習中師生雙方的表現進行評價，為學習與教學兩項工作的優化提出建議。

在此過程中，虛擬仿真技術的應用使教師對自身作為課堂的組織者、指導者、協作者的角色有了更準確的認識，動態觀察學生利用虛擬仿真技術進行合作探究的效果，有針對性的發現學生的優勢與不足，指導學生各項能力得到扎實鍛煉；同時，教師也在合作探究學習中發現工作上的不足，并積極參與到學生的知識探究中，促進教學工作的發展。

3.3 創新教學，改革實驗模式。實驗是中職電工電子技術教學的基本形式，傳統教學中常以教師演示、學生討論等方式進行實驗，學生缺少實踐操作的機會，而虛擬仿真技術的應用，使該問題得到合理解決，在計算機中安裝虛擬仿真軟件，所有學生均可在課堂上動手操作實驗，從而使實驗教學模式由演示轉變為學生獨立操作，這一變化對學生能力發展意義重大[5]。

例如，在“集成觸發器”相關知識教學中，學生對觸發器的特點、分型已有掌握，接下來，則需要了解基本RS觸發器的邏輯功能，學習同樣以實驗為基礎展開，具體實驗操作由學生獨立完成。由學生利用虛擬仿真技術軟件模擬出觸發器電路，并根據觸發器運行基本邏輯調控各元件，分析觸發器狀態變化，總結出基本RS觸發器邏輯功能為：RD=SD=1時觸發器保持原狀態不變；RD=0、SD=1時觸發器被置0；RD=1、0時觸發器被置1；RD=SD=0時不允許；不同觸發信號下對應現態、次態情況見表1。

表1 基本RS觸發器邏輯功能

在此過程中，學生獨立操作虛擬仿真軟件完成實驗，形成對實驗的完整感受、體驗，發展系統性、專業性、規范性的實驗思維，從根本上改變了實驗教學模式，提升了教學價值，促進了學生實踐能力快速發展。

3.4 豐富實踐，提升能力素養。課外實踐也是培養學生能力的關鍵環節，將虛擬仿真技術運用到課外實踐中不僅能夠為學生創造豐富的實踐操作機會，也使課堂得到拓展、知識得到遷移，起到鞏固知識、拓展思維的作用[6]。例如，在“電壓放大電路調試”相關知識教學中，完成教材知識學習后，為確保學生熟練掌握電壓放大電路調試技能，利用EWB虛擬仿真軟件為學生提供不同的操作條件，充分發揮課外實踐活動拓展課堂的作用，讓學生強化對已學知識的理解，并查找知識體系上存在的缺陷，促進能力素養的發展。

在此過程中，虛擬仿真技術使課外實踐活動的落實有了保障，逼真、形象的實驗場景使學生對未來就業崗位與從業技術能力要求有了更深層次認識，且實踐活動完全由學生獨立完成，滿足學生個性化發展需要，從而有效推動了學生綜合素質能力的發展。

綜上所述，虛擬仿真技術已成為中職電工電子技術教學中不可或缺的教學工具以及學生實踐操作的重要工具，在提高教學效果、學習質量等方面發揮著不可替代的作用，應充分認識虛擬仿真技術的優勢、作用，在教學中積極、合理運用，從而提升學生的知識技能水平，提高學生的綜合能力素質，培養高質量電工電子技術人才，滿足社會發展對此類人才的需求。