电工电子虚拟仿真实验平台在实验教学中的作用

张晓春 夏双 廖红梅

摘要

电工学是工科类学校的重要课程，电工技术与电子技术实验是电工学的重要组成部分。本文讨论了现阶段传统实验教学存在的问题，以及引入虚拟仿真实验平台的必要性。阐述了平台的功能及作用，以及对于实验室开放的重要意义。在教学方法上，着重探讨了如何将传统实验教学与新兴虚拟实验教学做到正确连接，虚实互补。本文更基于中心近年来取得的实际教学成果，阐述了平台对于学生自学、创新能力培养所起到的重要作用。

【关键词】电工电子 虚拟仿真 开放实验

电工学是研究电工技术和电子技术的理论及其应用的技术基础课程。由于电工和电子技术的迅速发展和广泛应用，成为与新科技密不可分的高校工科非电类专业的一门重要课程。

电工电子虚拟仿真实验平台，正是立足于电工学理论与实际相结合，配合和深化电工实验课程“坚实基础、注重综合、强化设计”的宗旨，加快教育信息化建设“虚实结合”，最大限度的利用现有教学资源，培养学生分析问题和解决问题的能力，提高教学质量和创新能力。

1 传统实验教学现阶段存在问题

传统实验教学方式过于单一，大部分院校还是延续着教师讲解原理，演示实验操作，学生模仿，记录数据，并填写实验报告的传统模式。一部分原因是由于学校用房紧张，前期设备采购加上后期维护，使得实验室建设成本较高，如若放任学生自由开展实验，后期设备的维护的费用，人力成本都将随之增高。

另一部分原因是实验教师人数普遍偏少，师生比分配不均，教师对学生的指导很难做到面面俱到。由于时间，场地，仪器，耗材成本等限制，课程安排综合设计类实验项目较少。在传统的流水线实验模式下，学生得到锻炼的机会不多，创新能力和动手能力的培养更难以保证。

2 引入虚拟仿真实验平台的优势

在平台的虚拟电路搭建模块，学生可以找到市面上大多数型号的常用仪器仪表与电子元器件。由于平台高度还原了这些设备，学生可以尝试使用各种不同型号仪器，而不是拘泥于实验室中所配备的仪器，开拓了视野，为其日后的学习研究打下基础。

学生可以通过互联网随时随地的使用虚拟实验室，不受时间或空间的限制，亦不受实验室开放时长的拘束。

因学生在虚拟实验平台预习搭建电路之后再去进行真正的实验，减少了误操作的可能，为实验室节省了部分耗材，维修，管理成本。

改变了高危实验只有在教师的口头讲述或者教学视屏中才能一窥究竟的状况。例如：二极管极限参数测试。而电工电子实验中的电工部分，功率因数的提高、三相电路、三相异步电动机的时间控制与行程控制等实验运行环境需要线电压在380V，属于强电实验，违规操作的情况下容易造成人身安全和仪器设备的损坏。在传统实验教学中，强电实验需要两位以上教师同时指导才能保证实验的安全，顺利进行。结合平台，学生可以自己动手操作以观察实验现象，安全直观。

3 虚拟仿真实验教学平台的功能

以我校电工电子实验中心与润尼尔科技公司校企合作联合研发的虚拟仿真实验教学平台为例，该平台技术先进，架构清晰，适用于绝大多数计算机操作系统。

实验编排功能：根据电工电子实验课程大纲维护数据库，包括录入实验室安全规定，录入实验项目，安排实验进程，上传实验课件，标记重要知识点，擴充练习题库等。

进度查看功能：教师可在平台查阅自己的实验课表，并采用“一键通知”的功能将上课的时间地点发到学生的手机上，提醒学生按时上课。不仅如此，教师还可以看到学生的学习进度，查看课前练习与实验预习电路搭建的完成情况。通过平台的大数据统计功能掌握学生的知识储备情况，发现所学薄弱之处，及时调整教学内容，对症下药。

以往学生在课下遇到问题时不能及时找到教师，而对课程产生畏难情绪。所以在此平台，中心增加了“一键答疑”功能，学生可以与教师互动留言。教师可以在自己的账号中查看留言并在线回答学生的问题。

报告批改功能：学生在实验室完成相对应的实验之后，在线填写实验报告：输入在实验室测量的实验数据，完成实验指导书所要求的内容，并提交报告。教师可以选择“一键批改”，届时平台会根据既定程序对学生的报告进行数据分析处理，并得出结论。实验成绩会直接收入平台的成绩分析与汇总模块，便于教师查阅。

其他功能：平台还囊括了一些实验室日常功能，如考勤管理，设备管理等功能，此处不做赘述。

安规教育：每位同学需要完成实验室安全规定中的相关题目之后才有资格进入系统。保证了实验安全。

预约实验课程：学生可以在线预约实验课程，系统将自动生成课表，以便学生查阅。

理论测试：在进行实验之前，系统会从题库中抽取相对应的习题对学生进行理论测试，通过测试才可进入虚拟实验阶段，做到查漏补缺，温故知新。

虚拟实验：在虚拟实验环节，学生可以在虚拟实验室中搭建相应的实验电路，平台有智能学习纠错功能，可以帮助学生指出电路中的错误，使学生对实验室中可能发生的一些问题有所预判。

书写实验报告：学生完成实物实验之后，可以在线填写实验报告。完成报告之后，成绩和评价也可在系统中进行查询。

4 “虚实互补”的实验开放教学模式

电工电子虚拟仿真实验平台本着“虚实结合，软硬兼施，互相补充，虚中有实”的建设原则，和传统实验模式完美结合，构建出多元化，全方位的实验教学体系。

虚拟仿真实验平台更解决了综合设计型实验开展难的问题，因为虚拟实验不受场地设

备及耗材的限制，学生可以自由搭建自己设计的电路，大胆地进行尝试，激发了学生的创造力。

5 结语

电工电子虚拟仿真实验平台在电工电子实验中的应用能够为专业发展提供技术支撑，为实验发展创造有件，也能够在一定程度上弥补传统实验中的局限能够提升实验过程的便捷性、安全性和直观性，还能够有效提升实验效率。

当然，仿真实验并不能完全替代真实实验。电工学作为一门应用技术课程，无论仿真的结果再完美，最终还是要回归应用。所以，采用虚拟仿真实验平台可以在一定程度上弥补传统实验教学的不足，但与传统实验教学始终是互相补充无可替代的关系。

参考文献

[1]秦曾煌.电工学[M].高等教育出版社，2004.

[2]王香婷，徐瑞东.电工技术与电子技术实验[M].高等教育出版社，2017.