電工電子虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用

張曉春 夏雙 廖紅梅

摘要

電工學(xué)是工科類學(xué)校的重要課程，電工技術(shù)與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是電工學(xué)的重要組成部分。本文討論了現(xiàn)階段傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題，以及引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的必要性。闡述了平臺的功能及作用，以及對于實(shí)驗(yàn)室開放的重要意義。在教學(xué)方法上，著重探討了如何將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與新興虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)做到正確連接，虛實(shí)互補(bǔ)。本文更基于中心近年來取得的實(shí)際教學(xué)成果，闡述了平臺對于學(xué)生自學(xué)、創(chuàng)新能力培養(yǎng)所起到的重要作用。

【關(guān)鍵詞】電工電子 虛擬仿真 開放實(shí)驗(yàn)

電工學(xué)是研究電工技術(shù)和電子技術(shù)的理論及其應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)課程。由于電工和電子技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，成為與新科技密不可分的高校工科非電類專業(yè)的一門重要課程。

電工電子虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺，正是立足于電工學(xué)理論與實(shí)際相結(jié)合，配合和深化電工實(shí)驗(yàn)課程“堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)、注重綜合、強(qiáng)化設(shè)計(jì)”的宗旨，加快教育信息化建設(shè)“虛實(shí)結(jié)合”，最大限度的利用現(xiàn)有教學(xué)資源，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，提高教學(xué)質(zhì)量和創(chuàng)新能力。

1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)階段存在問題

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式過于單一，大部分院校還是延續(xù)著教師講解原理，演示實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生模仿，記錄數(shù)據(jù)，并填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的傳統(tǒng)模式。一部分原因是由于學(xué)校用房緊張，前期設(shè)備采購加上后期維護(hù)，使得實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成本較高，如若放任學(xué)生自由開展實(shí)驗(yàn)，后期設(shè)備的維護(hù)的費(fèi)用，人力成本都將隨之增高。

另一部分原因是實(shí)驗(yàn)教師人數(shù)普遍偏少，師生比分配不均，教師對學(xué)生的指導(dǎo)很難做到面面俱到。由于時(shí)間，場地，儀器，耗材成本等限制，課程安排綜合設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較少。在傳統(tǒng)的流水線實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ较?，學(xué)生得到鍛煉的機(jī)會不多，創(chuàng)新能力和動手能力的培養(yǎng)更難以保證。

2 引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的優(yōu)勢

在平臺的虛擬電路搭建模塊，學(xué)生可以找到市面上大多數(shù)型號的常用儀器儀表與電子元器件。由于平臺高度還原了這些設(shè)備，學(xué)生可以嘗試使用各種不同型號儀器，而不是拘泥于實(shí)驗(yàn)室中所配備的儀器，開拓了視野，為其日后的學(xué)習(xí)研究打下基礎(chǔ)。

學(xué)生可以通過互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地的使用虛擬實(shí)驗(yàn)室，不受時(shí)間或空間的限制，亦不受實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)長的拘束。

因?qū)W生在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺預(yù)習(xí)搭建電路之后再去進(jìn)行真正的實(shí)驗(yàn)，減少了誤操作的可能，為實(shí)驗(yàn)室節(jié)省了部分耗材，維修，管理成本。

改變了高危實(shí)驗(yàn)只有在教師的口頭講述或者教學(xué)視屏中才能一窺究竟的狀況。例如：二極管極限參數(shù)測試。而電工電子實(shí)驗(yàn)中的電工部分，功率因數(shù)的提高、三相電路、三相異步電動機(jī)的時(shí)間控制與行程控制等實(shí)驗(yàn)運(yùn)行環(huán)境需要線電壓在380V，屬于強(qiáng)電實(shí)驗(yàn)，違規(guī)操作的情況下容易造成人身安全和儀器設(shè)備的損壞。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，強(qiáng)電實(shí)驗(yàn)需要兩位以上教師同時(shí)指導(dǎo)才能保證實(shí)驗(yàn)的安全，順利進(jìn)行。結(jié)合平臺，學(xué)生可以自己動手操作以觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，安全直觀。

3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的功能

以我校電工電子實(shí)驗(yàn)中心與潤尼爾科技公司校企合作聯(lián)合研發(fā)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺為例，該平臺技術(shù)先進(jìn)，架構(gòu)清晰，適用于絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)。

實(shí)驗(yàn)編排功能：根據(jù)電工電子實(shí)驗(yàn)課程大綱維護(hù)數(shù)據(jù)庫，包括錄入實(shí)驗(yàn)室安全規(guī)定，錄入實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，安排實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，上傳實(shí)驗(yàn)課件，標(biāo)記重要知識點(diǎn)，擴(kuò)充練習(xí)題庫等。

進(jìn)度查看功能：教師可在平臺查閱自己的實(shí)驗(yàn)課表，并采用“一鍵通知”的功能將上課的時(shí)間地點(diǎn)發(fā)到學(xué)生的手機(jī)上，提醒學(xué)生按時(shí)上課。不僅如此，教師還可以看到學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，查看課前練習(xí)與實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)電路搭建的完成情況。通過平臺的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能掌握學(xué)生的知識儲備情況，發(fā)現(xiàn)所學(xué)薄弱之處，及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，對癥下藥。

以往學(xué)生在課下遇到問題時(shí)不能及時(shí)找到教師，而對課程產(chǎn)生畏難情緒。所以在此平臺，中心增加了“一鍵答疑”功能，學(xué)生可以與教師互動留言。教師可以在自己的賬號中查看留言并在線回答學(xué)生的問題。

報(bào)告批改功能：學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室完成相對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)之后，在線填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告：輸入在實(shí)驗(yàn)室測量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書所要求的內(nèi)容，并提交報(bào)告。教師可以選擇“一鍵批改”，屆時(shí)平臺會根據(jù)既定程序?qū)W(xué)生的報(bào)告進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，并得出結(jié)論。實(shí)驗(yàn)成績會直接收入平臺的成績分析與匯總模塊，便于教師查閱。

其他功能：平臺還囊括了一些實(shí)驗(yàn)室日常功能，如考勤管理，設(shè)備管理等功能，此處不做贅述。

安規(guī)教育：每位同學(xué)需要完成實(shí)驗(yàn)室安全規(guī)定中的相關(guān)題目之后才有資格進(jìn)入系統(tǒng)。保證了實(shí)驗(yàn)安全。

預(yù)約實(shí)驗(yàn)課程：學(xué)生可以在線預(yù)約實(shí)驗(yàn)課程，系統(tǒng)將自動生成課表，以便學(xué)生查閱。

理論測試：在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，系統(tǒng)會從題庫中抽取相對應(yīng)的習(xí)題對學(xué)生進(jìn)行理論測試，通過測試才可進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)階段，做到查漏補(bǔ)缺，溫故知新。

虛擬實(shí)驗(yàn)：在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生可以在虛擬實(shí)驗(yàn)室中搭建相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路，平臺有智能學(xué)習(xí)糾錯(cuò)功能，可以幫助學(xué)生指出電路中的錯(cuò)誤，使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)室中可能發(fā)生的一些問題有所預(yù)判。

書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告：學(xué)生完成實(shí)物實(shí)驗(yàn)之后，可以在線填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。完成報(bào)告之后，成績和評價(jià)也可在系統(tǒng)中進(jìn)行查詢。

4 “虛實(shí)互補(bǔ)”的實(shí)驗(yàn)開放教學(xué)模式

電工電子虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺本著“虛實(shí)結(jié)合，軟硬兼施，互相補(bǔ)充，虛中有實(shí)”的建設(shè)原則，和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ酵昝澜Y(jié)合，構(gòu)建出多元化，全方位的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺更解決了綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)開展難的問題，因?yàn)樘摂M實(shí)驗(yàn)不受場地設(shè)

備及耗材的限制，學(xué)生可以自由搭建自己設(shè)計(jì)的電路，大膽地進(jìn)行嘗試，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造力。

5 結(jié)語

電工電子虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺在電工電子實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用能夠?yàn)閷I(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐，為實(shí)驗(yàn)發(fā)展創(chuàng)造有件，也能夠在一定程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的局限能夠提升實(shí)驗(yàn)過程的便捷性、安全性和直觀性，還能夠有效提升實(shí)驗(yàn)效率。

當(dāng)然，仿真實(shí)驗(yàn)并不能完全替代真實(shí)實(shí)驗(yàn)。電工學(xué)作為一門應(yīng)用技術(shù)課程，無論仿真的結(jié)果再完美，最終還是要回歸應(yīng)用。所以，采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺可以在一定程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，但與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)始終是互相補(bǔ)充無可替代的關(guān)系。

參考文獻(xiàn)

[1]秦曾煌.電工學(xué)[M].高等教育出版社，2004.

[2]王香婷，徐瑞東.電工技術(shù)與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)[M].高等教育出版社，2017.