仿真技術(shù)在電氣控制線路安裝與檢修教學(xué)中的應(yīng)用

蒙俊健 張志勇

【摘 要】本文以仿真教學(xué)應(yīng)用為切入點，論述仿真教學(xué)軟件開發(fā)的思路、框架和特點，以電動機正轉(zhuǎn)（不帶過載保護）控制線路安裝為例說明教學(xué)軟件的應(yīng)用，提出教學(xué)建議：彌補實踐教學(xué)條件的不足，強化實踐教學(xué)；降低學(xué)習(xí)難度，提高教學(xué)質(zhì)量；突破環(huán)境限制，提供自主學(xué)習(xí)平臺。

【關(guān)鍵詞】仿真技術(shù) 電氣控制線路安裝與檢修 仿真教學(xué)

【中圖分類號】G 【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）03B-0050-02

電氣控制線路安裝與檢修是中等職業(yè)學(xué)校機電技術(shù)應(yīng)用、電氣運行與控制等專業(yè)的核心專業(yè)課程。該課程內(nèi)容的理論性與實踐性都很強，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，在專業(yè)課程體系中起著承上啟下的作用，是電工上崗考證、維修電工中級工考證的重要考點內(nèi)容之一，也是從事低壓電工、電梯維修工及機床維修工等崗位工作的必修課程。對于大多數(shù)的中職學(xué)生來說，要很好理解、熟練掌握課程的知識和技能，并運用到實際工作中去解決實際問題是一件不容易的事情。為了幫助學(xué)生更好地理解和掌握專業(yè)知識及技能，廣西機電工業(yè)學(xué)校對三維仿真技術(shù)在電工類課程的應(yīng)用進行研究，通過校企合作方式開發(fā)基于三維仿真技術(shù)的電氣控制線路安裝與檢修教學(xué)軟件，拓展實踐教學(xué)空間，降低教學(xué)難度和提高教學(xué)效率，取得了良好的教學(xué)效果。

一、三維仿真教學(xué)軟件開發(fā)的思路

三維仿真教學(xué)軟件的開發(fā)應(yīng)根據(jù)實際工作崗位需求和課程教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，以真實的工作過程及工作任務(wù)為載體，去設(shè)計相關(guān)實踐教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)功能模塊，以建設(shè)符合課程教學(xué)目標(biāo)的虛擬實踐教學(xué)過程和環(huán)境，使學(xué)生通過虛擬仿真學(xué)習(xí)后對工作流程、操作方法等有較深的理解，提高學(xué)生的專業(yè)技能和實際操作能力。

電氣控制線路安裝與檢修課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生能正確識別和選用常用的低壓元器件，能識讀電動機電氣原理圖，理解電動機基本控制線路、典型機床電氣控制線路的工作原理，掌握電氣控制線路檢測方法，具備低壓元器件檢查、低壓控制電路安裝、低壓控制電路檢修及利用萬用表檢查電路等專業(yè)能力。其中，電氣線路的安裝、調(diào)試和檢修能力是學(xué)習(xí)這門課程的基本能力要求，是課程教學(xué)的重點和難點。在課程教學(xué)過程中，應(yīng)使用理論教學(xué)與實踐訓(xùn)練并重、理論知識與操作技能密切結(jié)合的項目任務(wù)驅(qū)動、理實一體化教學(xué)模式。根據(jù)課程的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)特點，電氣控制線路安裝與檢修課程三維仿真教學(xué)軟件開發(fā)應(yīng)以常用、典型的電氣控制線路安裝為項目載體，開發(fā)具有線路安裝、試運行、負載運行和電路故障檢測教學(xué)功能的三維仿真教學(xué)軟件。

二、三維仿真教學(xué)軟件的框架結(jié)構(gòu)及特點

電氣控制線路安裝與檢修課程三維仿真教學(xué)軟件以常用的電動機正轉(zhuǎn)控制線路安裝、帶過載保護電動機正轉(zhuǎn)控制線路安裝、電動機正反轉(zhuǎn)控制線路安裝、電動機星形三角形降壓啟動控制線路安裝為項目載體，根據(jù)電氣控制線路安裝的工作過程，每個實訓(xùn)項目的操作界面由操作按鈕、實訓(xùn)操作說明和實訓(xùn)操作區(qū)組成，虛擬電氣元器件按實際元器件的尺寸比例建立三維建模，如圖 1 所示。

三、仿真教學(xué)的應(yīng)用舉例

現(xiàn)以電動機正轉(zhuǎn)（不帶過載保護）控制線路安裝為例說明教學(xué)軟件的應(yīng)用。在廣西機電工業(yè)學(xué)校職業(yè)教育在線教學(xué)平臺中點擊電氣控制線路安裝與檢修網(wǎng)絡(luò)課程進入虛擬實訓(xùn)或在職業(yè)教育在線教學(xué)平臺中直接點擊仿真實訓(xùn)平臺進入虛擬仿真教學(xué)項目頁面，選擇電動機正轉(zhuǎn)控制線路安裝實訓(xùn)項目，進入圖 2 所示實訓(xùn)界面。

實訓(xùn)界面由項目操作按鈕、實訓(xùn)操作說明、線路安裝（接線）實時評分和實訓(xùn)操作區(qū)域四個部分組成。實訓(xùn)操作區(qū)域由線路安裝板和相關(guān)的虛擬電氣元器件構(gòu)成，各電氣元器件按所需要安裝的電路電器布置圖擺放。項目各操作按鈕的功能如下：

1.切換視角。根據(jù)操作板面的實際位置，可通過切換視角按鈕選擇合適的操作板面位置，同時可通過鼠標(biāo)右鍵對操作板面進行旋轉(zhuǎn)，以從不同的角度觀察元器件的結(jié)構(gòu)及觸點的位置，便于在接線練習(xí)進行觸點的正確連接和運行中觀察觸點的動作情況。

2.顯示電路圖。在接線過程中，根據(jù)需要顯示和隱藏電動機正轉(zhuǎn)控制線路電氣原理圖，初學(xué)者可根據(jù)原理圖進行接線練習(xí)。

3.移開外殼。在接線練習(xí)過程中能根據(jù)接線需要移開、放回交流接觸器和按鈕開關(guān)的外殼。

4.一鍵連接。學(xué)生在接線練習(xí)中，如果多次連接都不成功或不知道怎樣才能正確接線，可使用一鍵連接完成接線，然后觀察接線板上線路的實際接線情況，了解清楚后再點擊重新開始按鈕進行接線練習(xí)。

5.連線測試（試運行、負載運行）。當(dāng)操作菜單顯示連線測試中，是表示在接線練習(xí)狀態(tài)。當(dāng)已經(jīng)按原理圖完成接線，操作界面會顯示“恭喜你，已經(jīng)接線成功！”界面上顯示的剩余分數(shù)是此次接線練習(xí)的分數(shù)，操作按鈕會顯示“請點擊進入試運行”，點擊此按鈕即可進行試運行狀態(tài)。在試運行狀態(tài)，用紫紅色導(dǎo)線表示控制電路通電的狀況，學(xué)生可點擊電源開關(guān)按鈕、起動按鈕或停止按鈕觀察控制電路的通、斷電狀態(tài)及交流接觸器線圈和觸點的動作情況，以進一步理解電路的工作原理。在點擊起動按鈕時，用萬用表測量接線端子排上主電路輸出的線電壓為 380 V 時，操作按鈕會顯示“請點擊負載運行”，進行負載運行狀態(tài)，即可連接電動機進行負載運行。

6.重新開始。點擊重新開始按鈕可以根據(jù)需要重新開始接線練習(xí)，為控制線路安裝實際操作教學(xué)環(huán)節(jié)做好準(zhǔn)備。

四、教學(xué)應(yīng)用中的體會與思考

1.彌補實踐教學(xué)條件的不足，強化實踐教學(xué)。虛擬仿真技術(shù)是在三維虛擬環(huán)境中對實際的工作條件、流程、操作要求及技術(shù)指標(biāo)進行模仿的綜合技術(shù)。利用三維虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建的電氣控制線路安裝與檢修教學(xué)軟件虛擬電氣控制線路安裝的實際工作情境和流程，虛擬的電氣元器件形象逼真，操作方便，實現(xiàn)教學(xué)了的交互要求，使學(xué)生可以在具有行為真實感、環(huán)境真實感及物理真實感的教學(xué)情境中體驗并解決相應(yīng)的實踐問題。開展虛擬安裝練習(xí)與實際安裝練習(xí)相結(jié)合實踐教學(xué)，可在很大程度上彌補實踐教學(xué)條件的不足，節(jié)省實訓(xùn)耗材，強化實踐教學(xué)，便于課程教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)。

2.降低學(xué)習(xí)難度，提高教學(xué)質(zhì)量。在學(xué)習(xí)基本的電動機控制線路工作原理之后，學(xué)生利用仿真教學(xué)軟件模擬電氣控制線路的安裝、試運行和負載運行等操作，經(jīng)教師檢查無誤后，再進行控制線路的實際安裝，降低學(xué)習(xí)難度，可使學(xué)生進一步理解電氣控制線路的工作原理，提高電氣原理圖、電器布置圖和電氣安裝接線圖的識讀能力，減少實際電路的安裝時間和導(dǎo)線與電氣元器件的連接錯誤，提高電路通電測試時成功率，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，有效提高教學(xué)質(zhì)量。

3.突破環(huán)境限制，提供自主學(xué)習(xí)平臺。電氣控制線路安裝與檢修三維仿真教學(xué)軟件可在任何使用互聯(lián)網(wǎng)的計算機上登錄練習(xí)，不受時間、空間限制，使學(xué)習(xí)者可在教師的引導(dǎo)下根據(jù)自身的學(xué)習(xí)情況反復(fù)地進行練習(xí)，較快地掌握電氣控制線路安裝、調(diào)試和排故方法。

當(dāng)然，教學(xué)應(yīng)用中也存在不少的問題。例如，在實際教學(xué)的過程中，由于受電腦屏幕大小的影響，實訓(xùn)操作區(qū)域操作界面受到一定的制約，當(dāng)電氣控制線路的元器件較多、控制線路較為復(fù)雜或需要連接的導(dǎo)線較多時，為了能正確地完成接線任務(wù)，需要對接線板面的角度進行調(diào)整和放大或縮小，增加了操作的難度和接線的時間，使電氣控制線路安裝與檢修三維仿真教學(xué)軟件在較為復(fù)雜的控制線路教學(xué)中的應(yīng)用受到一定限制。

【參考文獻】

[1]王金崗，林 磊.工學(xué)結(jié)合模式下虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計[J].職教論壇，2013（17）

[2]楊 俊.虛擬仿真教學(xué)資源的建立及教學(xué)實踐應(yīng)用研究[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2016（2）

（責(zé)編 江月陽）