虛擬技術(shù)在設(shè)備電氣安裝與調(diào)試課程教學(xué)中的應(yīng)用

寧夏職業(yè)技術(shù)學(xué)院 李獻智

虛擬技術(shù)在設(shè)備電氣安裝與調(diào)試課程教學(xué)中的應(yīng)用

寧夏職業(yè)技術(shù)學(xué)院 李獻智

設(shè)備電氣安裝與調(diào)試是一門培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能、操作能力和實踐應(yīng)用能力的課程，要求有大量的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。受經(jīng)費、場地、設(shè)備及人員等諸多因素影響，學(xué)生實際操作能力的提高受到了很大限制。筆者認為，可以利用虛擬技術(shù)解決該課程教學(xué)中學(xué)生實際操作難的問題，“虛”“實”結(jié)合，進一步提高教學(xué)效率。

一、虛擬技術(shù)

虛擬技術(shù)是一種綜合計算機圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機交換技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、仿真技術(shù)等多種技術(shù)支持的新技術(shù)。它充分利用計算機硬件與軟件資源，生成一個實時、三維的虛擬環(huán)境，從而實現(xiàn)對現(xiàn)實世界的虛擬再現(xiàn)。人們可以利用虛擬技術(shù)營造虛擬環(huán)境，通過操作、控制環(huán)境來實現(xiàn)特殊的目的。虛擬技術(shù)的本質(zhì)是人與計算機的通信技術(shù)，它幾乎可以支持任何人類活動，適用于任何領(lǐng)域。

二、設(shè)備電氣安裝與調(diào)試課程教學(xué)中存在的問題

設(shè)備電氣安裝與調(diào)試課程是機電一體化等相關(guān)專業(yè)的主干課程。該課程是將設(shè)備電氣控制和可編程序控制器原理及應(yīng)用兩門課程內(nèi)容有機糅合后，完全采用工作任務(wù)項目化教學(xué)的模式，重在培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能的操作能力和實踐應(yīng)用能力。這也是學(xué)生取得中（高）級維修電工職業(yè)資格證書、PLC程序設(shè)計師資格證書的核心課程。因此，加大該課程的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)勢在必行。但是，由于受諸多因素影響，該課程在實踐教學(xué)中出現(xiàn)了一系列問題。

1.實驗教師不足，專業(yè)教師工作量大，積極性不高。筆者所在的院系屬工科類專業(yè)，電氣類課程實驗量非常大，實驗室使用率極高。雖然學(xué)校擁有8個電氣實驗實訓(xùn)室，但只配備了1個非專業(yè)實驗員。在高峰時期，實驗員根本沒精力也沒能力為專業(yè)教師準備實驗工作。所有實驗實訓(xùn)的準備、指導(dǎo)及實驗驗收工作都由專業(yè)教師一人完成，導(dǎo)致專業(yè)教師工作量加大，影響了實驗的積極性。

2.學(xué)生多，實驗場地少，實驗時間縮水。自2008年以來，筆者所在的院系每年都有10個專業(yè)教學(xué)班，每個班將近50名學(xué)生，且該課程又是所有工科類專業(yè)的必修課之一，因此，實驗場地明顯不足。在日常的設(shè)備電氣安裝與調(diào)試的教學(xué)中，學(xué)生只能使用電氣綜合實訓(xùn)室和PLC實驗室。盡管學(xué)校將幾個專業(yè)的課程分在兩個學(xué)期內(nèi)完成，但每學(xué)期仍有5個教學(xué)班的實驗任務(wù)。為了完成這些實驗任務(wù)，學(xué)校把學(xué)生分組，每組2～3人，共用一個實驗臺。每次實驗4 h，只要到時間，不管實驗內(nèi)容是否完成，必須結(jié)束實驗以供其他班級使用。所以，學(xué)生人均實驗時間嚴重縮水。

3.投入少，損耗大，實驗效果不明顯。由于學(xué)校實行經(jīng)費包干制，為了節(jié)省開支，每個班每學(xué)期只能領(lǐng)取3卷導(dǎo)線。為了完成實驗，學(xué)生只能將使用過的導(dǎo)線接起來再次使用，或者干脆導(dǎo)線不進槽架空胡拉。這樣不但影響美觀，而且在實際工作中是不允許的。另外，實驗中電器損耗量較大、沒有足夠的電器備件和專業(yè)人員的檢修。即使知道器件損壞也無法及時更換，達不到預(yù)期效果。

三、虛擬技術(shù)在設(shè)備電氣安裝與調(diào)試課程教學(xué)中的應(yīng)用

通過應(yīng)用虛擬技術(shù)，可以解決設(shè)備電氣安裝與調(diào)試課程實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的一些問題。但在具體實踐操作中，首先要注意強化虛擬技術(shù)與多媒體技術(shù)的有機結(jié)合；其次，要根據(jù)不同實驗的不同特點，確定虛擬仿真工具，再根據(jù)具體的實驗需求加以側(cè)重。

1.器件拆裝與維修的實驗。此類實驗的側(cè)重點在于使學(xué)生了解器件的結(jié)構(gòu)、工作原理和動作過程。由于一些器件（如熱繼電器和低壓斷路器）必須通電而且要具備一定條件后才能運作，所以教師在課堂上傳授相關(guān)內(nèi)容時，無法提供其運作條件和演示過程，只能通過語言描述，使學(xué)生感覺抽象而無法理解。另外，也有一些體積較小的器件（如組合開關(guān)），教師可以在課堂上演示，但其演示過程只能使一部分學(xué)生看清楚，大部分學(xué)生無法近距離觀看，從而影響教學(xué)效果。筆者認為，此類實驗可以借助于制作Flash動畫或3D動畫解決，不僅可以使學(xué)生清楚了解器件的工作原理，甚至可以仿真器件的拆裝。

2.控制電路安裝的實驗。此類實驗的側(cè)重點在于使學(xué)生了解控制電路的工件原理分析和安裝過程的實施。當(dāng)學(xué)生剛接觸控制電路工作原理分析時，由于其動作過程非常短暫，無法正確理解和分析動作過程。對此，最有效、最簡單的辦法就是制作PPT課件。

在實物接線演示中，先將器件拍照，然后用PHOTOSHOP軟件將其摳出，將每個器件導(dǎo)入到VISIO中制成元件庫。實驗前只需把所需器件拖出，按其實際的位置布置，然后再將其復(fù)制黏貼到POWERPOINT中播放。這種方法簡單可行，畫面與實物不僅相符，也不局限于導(dǎo)線的連接順序，學(xué)生容易掌握。但是唯一的缺點是連線錯誤時沒有相應(yīng)提示，交互性差。

3.PLC程序驗證的實驗。此類實驗是一種驗證性實驗，結(jié)果是否正確上機一試便知，但前提條件必須是配備PLC。雖然PLC實驗室并不是全天開放，但是只要在全天開放的機房里的計算機上安裝相關(guān)軟件，就可以方便學(xué)生驗證實驗結(jié)果。

目前，筆者所在的院系主要是通過三菱PLC向?qū)W生傳授可編程控制器知識，為學(xué)生提供3種仿真方法，分別是安裝GX Developer8.86編程軟件+GX-Simulator6仿真軟件，安裝FXTRN-BEG-C學(xué)習(xí)軟件，安裝GT Simulator2 Version 1仿真軟件。這3種安裝方法都收到了良好的教學(xué)效果。