虚拟仿真技术在电工技术教学中的应用

易礼智

摘 要 随着计算机技术和虚拟仿真技术的发展，虚拟仿真技术在电工技术教学中的应用也越来越广泛，也让电工技术的教学手段和教学模式产生了极为重大的影响。本文首先分析了虚拟仿真技术在电工技术教学中应用的优势，接着提出了虚拟仿真技术在电工技术教学中的应用。

关键词 虚拟仿真技术 电工技术 Multisim EWB

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.06.037

Abstract With the development of computer technology and virtual simulation technology， the application of virtual simulation technology in the electrician teaching is more and more widely. Also make Electrotechnics Teaching means and teaching mode produce a very significant impact. This paper analyzes the advantages of virtual simulation technology in the teaching of electrical technology， and then puts forward the application of virtual simulation technology in the teaching of electrical engineering technology.

Key words virtual simulation； electrical engineering； Multisim EWB

0 引言

电工技术课程是高职院校电类专业的一门基础课程，其重要性不言而喻。但是，电工技术课程教学内容理论性强，而且内容抽象，学生很难真正理解和掌握电工技术知识。电工技术的教学要求不但要求学生具备很强的理论知识，而且要求学生具备较强的实践能力，这也让学生在学习电工技术时感觉十分吃力。传统的电工技术教学中大多都是以教师为主导的灌输式教学，在实验教学中也是采用验证性实验，高职学生经历了高考的失利，对于这种晦涩抽象的教学内容难以掌握，难以激发他们的学习兴趣，甚至可能会导致他们增加对电工技术课程的厌恶感，教学效果可想而知。因此，如何采用科学合理的教学方法，激发学生的学习兴趣，取得最佳的教学效果，成为了电工技术课程教师的研究重点。

高职学生的理论基础相对薄弱，但是他们的动手能力比较强，而且实践操作的热情很高，因此，教师在教学中可以引入虚拟仿真技术，激发学生的学习兴趣，让他们能够深刻理解和掌握电工技术的理论知识，同时还能掌握电工技术的实践操作技能。当然，没有任何一种教学方法是十全十美的，任何教学方法都是一把双刃剑，有利有弊，需要教师根据实际情况来采取相应的教学方法。

1 虚拟仿真技术在电工技术教学中应用的优势

在电工技术课程中，很多学生对于电工技术理论知识难以理解，对于原理图和仪器设备也是手足无措，而且在实践操作过程中，很多精密的仪器设备，可能因为一时的疏忽或者失误就会被损坏，不但不能让学生理论联系实践，还会造成师资和设备资源的占用和浪费。因此，利用虚拟仿真技术来辅助电工技术教学，能够起到事半功倍的效果。具体来说，虚拟仿真技术在电工技术教学中主要有以下几个优势。

1.1 化解抽象内容实现透彻理解

电工技术是一门难以掌握的课程，学生对电工技术中的一些抽象、复杂的内容很难理解，而且电工技术偏重于逻辑分析，很多学生都是初次接触电工技术内容，如果只通过教师的讲解，学生很难真正理解和掌握电工技术，更难以形成清晰的认识，教学效果可想而知。传统的电工技术教学都是教师利用板书来画图，这样不但占用了教学时间，教学效果也不尽如人意。如果把虚拟仿真技术应用到电工技术教学中，把那些抽象、复杂的内容以形象化和趣味化的形式呈现在学生面前，不但能够实现文字、图像静态和动态的结合，让原本乏味、抽象的内容变得形象和生动，让学生能够很直观地去认识教学内容，从而深刻理解和掌握相关知识点。

1.2 实验设备齐全

在传统的电工技术实验室中，由于各种条件的限制，其元器件和测试设备都不够齐全，这也让教师无法更有效地向学生讲解和传授知识，教学效果受到了不利影响。但是，在虚拟仿真软件中，各类元器件和测试设备都十分齐全，可以不受传统实验室中各种条件的限制。在实验设备齐全的虚拟仿真软件中，学生可以自由地完成设计和验证，元器件和测试设备不受到数量和种类的限制。

在传统的实验室中，有些设备会损坏，这就会对教师的教学和学生的实验产生不良影响，而且，教师必须要在实验之前对实验设备进行检查，排查故障，极大地增加了教师的任务量，也会导致教学效率受到影响。引入虚拟仿真技术之后，这些问题都不复存在，教学效率大大提高。

1.3 节约实验室建设成本

目前，高职院校的资金普遍都紧张，虽然很多高职院校都投入了大量资金用于实验室建设，但是很多时候仍然显得捉襟见肘，也无法保障学生单人单组的实验，这就导致很多学生都无法高效地进行实验和学习，降低了教学效果。如果把虚拟仿真技术引入电工技术教学中，一些昂贵的实验设备也可以以嵌入虚拟仿真软件的形式引入实验室中，为学生提供宝贵的实验机会，让学生可以在虚拟仿真软件中完成设计和验证。可以说，在高职电工技术教学中引入虚拟仿真技术，可以有效降低实验室建设成本。

2 虚拟仿真技术在电工技术教学中的应用

在电工技术教学中，可以利用多种虚拟仿真技术来辅助教学，最为常见的主要有Multisim、EWB、MATLAB/simulink等。在不同的教学内容和教学环节中，可以采用不同的虚拟仿真软件来辅助教学。

2.1 Multisim虚拟仿真技术的应用

Multisim可以在电工技术的很多教学内容中得到应用，比如说直流电路、正弦交流电路、三相交流电路和动态电路中都可以利用Multisim虚拟仿真软件来对电路进行仿真实验。比如说三相交流电路中，照明电路最为常见的都是应用三相交流电路，由于负载大多数都不是对称的，因此，我们采用的都是三相四线制。在电工技术中，三相交流电路都是220V电压，但是在实践教学中，220V电压存在较大的安全隐患，因此，如果是实践操作，可能会导致危险，这时候就可以采用Multisim虚拟仿真软件来进行仿真实验。

又比如在动态电路的教学中，由于动态电路的过渡过程是十分短暂的单次变化过程，由于其单词变化过程时间过短，因此，在以往的教学中都是以教师讲解为主，瞬态变化波形也都是由教师以板书的形式画出来给学生学习。但是这种方式明显不利于激发学生的学习积极性，而且也让学生难以形象生动的理解这一过程。如果采用Multisim虚拟仿真软件来展示瞬态过程的变化，并且通过修改相关参数来改变过渡过程时间的长短，不但会激发学生的学习兴趣，而且还能够让学生加深理解，真正掌握这一知识点。在一阶RC电路中，教师要跟学生讲解零输入响应、零状态响应和全响应时，教师可以在Multisim虚拟仿真软件中创建一个一阶RC电路，首先跟学生讲述零输入响应和零状态响应两个概念，然后利用Multisim虚拟仿真软件进行仿真，让学生观察波形的变化，从而让学生深刻理解零输入响应和零状态响应的概念；接着教师再向学生讲述全状态响应，并利用Multisim虚拟仿真软件来进行仿真，再让学生观察波形变化，教师对学生进行引导，让他们发现零输入响应、零状态响应和全状态响应之间的关系，从而得出全状态响应是零输入响应和零状态响应之后的结论。同时，为了让学生更深刻地理解时间常数的作用，可以通过改变电阻R和电容C来改变时间常数，从而改变响应速度，让学生通过波形的变化来得出结论。

2.2 EWB虚拟仿真技术的应用

EWB虚拟仿真软件主要是通过直观的图形界面来制定相关的电路原理图，而且实验工作台就呈现在计算机屏幕上面，因此，操作者只需要在计算机屏幕上选择相应的电路组件和仿真测试设备，即可完成电路设计和测试。EWB虚拟仿真软件的组件库非常丰富，而且元件库的种类很多，有模拟集成电路、数字集成电路等，另外，EWB的电路分析手段得到了很大的提升，其可以进行非线性分析、线性分析等。

EWB虚拟仿真软件的操作方式灵活，虽然EWB是虚拟仿真软件，但是其操作性远胜真实操作，利用电子仪器测量时，还能够清晰地显示测量结果。另外，当操作中出现失误时，比如说出现漏电、短路、开路等情况时，EWB虚拟仿真软件能够及时发现并且加以显示，这样操作者就可以及时发现情况并且加以改进。

EWB虚拟仿真软件的功能非常强大，比如说，在传统的电路分析中，需要花费很长的时间，而且计算方式非常麻烦，而且也不能很好地对实际问题进行分析，更无法科学合理地解决问题。而利用EWB虚拟仿真软件，可以通过逻辑转换仪来简便的转化不同形式，从而能够更好地实现电路设计的目标。

EWB虚拟仿真软件的功能强大，其技巧也很多，只有掌握了每一种功能技巧，才能够更好地应用EWB虚拟仿真软件来辅助电工教学。比如说，虚拟仪表的应用技巧和快捷键运用的技巧，这都是学习EWB虚拟仿真软件必须要掌握的基本技巧。在设计虚拟仪表时，应该要按照实际的标准进行设计，只有合理地操作虚拟仪表来分析和设计电路，才能在真实环境中才能更好地设计电路和放置仪表，因此，虚拟仪表的应用技巧应该与真实仪表保持一致，要保证每一个仪表的测量范围都在允许范围之内，并且按照相关要求在规定范围内进行操作。EWB虚拟仿真软件设置了很多的快捷键，从而方便操作者更加快速地操作，这样不但让操作者可以一边使用键盘一边适用鼠标来同时操作，提高了操作者的操作效率。这也就要求操作者数量掌握快捷键技巧，从而避免失误，提高操作效率。

3 结束语

利用虚拟仿真技术来辅助电工技术教学，是电工技术教学改革的必然趋势，也是广大电工技术教学者应该要重点研究的课题。利用虚拟仿真技术来辅助电工技术教学，不但改变了传统电工技术的教学模式，还能够形象直观地向学生展示电工技术知识点，化解电工教学中的抽象内容，实现对电工技术的基本概念、基本定律和基本原理的透彻理解，让学生能够真正掌握电工技术。可以说，在电工技术教学中应用虚拟仿真软件，不但可以让学生更好地理解电工技术的基本理论，化解教学难点，还能够突破传统的实验室的限制，节约了实验室建设成本。当然，任何教学方法都是一把双刃剑，有利有弊，这就要求教师根据实际情况来合理运用虚拟仿真技术，要坚持教师的主导作用，在教学时做到有的放矢，区分好实践教学和模拟仿真，只有这样，才能真正把虚拟仿真技术很好地应用在电工技术的教学当中来。

参考文献

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