仿真技术在电气控制线路安装与检修教学中的应用

2018-07-09蒙俊健张志勇

广西教育·B版 2018年3期

蒙俊健张志勇

【摘要】本文以仿真教学应用为切入点，论述仿真教学软件开发的思路、框架和特点，以电动机正转（不带过载保护）控制线路安装为例说明教学软件的应用，提出教学建议：弥补实践教学条件的不足，强化实践教学；降低学习难度，提高教学质量；突破环境限制，提供自主学习平台。

【关键词】仿真技术电气控制线路安装与检修仿真教学

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2018）03B-0050-02

电气控制线路安装与检修是中等职业学校机电技术应用、电气运行与控制等专业的核心专业课程。该课程内容的理论性与实践性都很强，应用领域十分广泛，在专业课程体系中起着承上启下的作用，是电工上岗考证、维修电工中级工考证的重要考点内容之一，也是从事低压电工、电梯维修工及机床维修工等岗位工作的必修课程。对于大多数的中职学生来说，要很好理解、熟练掌握课程的知识和技能，并运用到实际工作中去解决实际问题是一件不容易的事情。为了帮助学生更好地理解和掌握专业知识及技能，广西机电工业学校对三维仿真技术在电工类课程的应用进行研究，通过校企合作方式开发基于三维仿真技术的电气控制线路安装与检修教学软件，拓展实践教学空间，降低教学难度和提高教学效率，取得了良好的教学效果。

一、三维仿真教学软件开发的思路

三维仿真教学软件的开发应根据实际工作岗位需求和课程教学标准，以真实的工作过程及工作任务为载体，去设计相关实践教学内容和教学功能模块，以建设符合课程教学目标的虚拟实践教学过程和环境，使学生通过虚拟仿真学习后对工作流程、操作方法等有较深的理解，提高学生的专业技能和实际操作能力。

电气控制线路安装与检修课程的教学目标是使学生能正确识别和选用常用的低压元器件，能识读电动机电气原理图，理解电动机基本控制线路、典型机床电气控制线路的工作原理，掌握电气控制线路检测方法，具备低压元器件检查、低压控制电路安装、低压控制电路检修及利用万用表检查电路等专业能力。其中，电气线路的安装、调试和检修能力是学习这门课程的基本能力要求，是课程教学的重点和难点。在课程教学过程中，应使用理论教学与实践训练并重、理论知识与操作技能密切结合的项目任务驱动、理实一体化教学模式。根据课程的教学目标和教学特点，电气控制线路安装与检修课程三维仿真教学软件开发应以常用、典型的电气控制线路安装为项目载体，开发具有线路安装、试运行、负载运行和电路故障检测教学功能的三维仿真教学软件。

二、三维仿真教学软件的框架结构及特点

电气控制线路安装与检修课程三维仿真教学软件以常用的电动机正转控制线路安装、带过载保护电动机正转控制线路安装、电动机正反转控制线路安装、电动机星形三角形降压启动控制线路安装为项目载体，根据电气控制线路安装的工作过程，每个实训项目的操作界面由操作按钮、实训操作说明和实训操作区组成，虚拟电气元器件按实际元器件的尺寸比例建立三维建模，如图 1 所示。

三、仿真教学的应用举例

现以电动机正转（不带过载保护）控制线路安装为例说明教学软件的应用。在广西机电工业学校职业教育在线教学平台中点击电气控制线路安装与检修网络课程进入虚拟实训或在职业教育在线教学平台中直接点击仿真实训平台进入虚拟仿真教学项目页面，选择电动机正转控制线路安装实训项目，进入图 2 所示实训界面。

实训界面由项目操作按钮、实训操作说明、线路安装（接线）实时评分和实训操作区域四个部分组成。实训操作区域由线路安装板和相关的虚拟电气元器件构成，各电气元器件按所需要安装的电路电器布置图摆放。项目各操作按钮的功能如下：

1.切换视角。根据操作板面的实际位置，可通过切换视角按钮选择合适的操作板面位置，同时可通过鼠标右键对操作板面进行旋转，以从不同的角度观察元器件的结构及触点的位置，便于在接线练习进行触点的正确连接和运行中观察触点的动作情况。

2.显示电路图。在接线过程中，根据需要显示和隐藏电动机正转控制线路电气原理图，初学者可根据原理图进行接线练习。

3.移开外壳。在接线练习过程中能根据接线需要移开、放回交流接触器和按钮开关的外壳。

4.一键连接。学生在接线练习中，如果多次连接都不成功或不知道怎样才能正确接线，可使用一键连接完成接线，然后观察接线板上线路的实际接线情况，了解清楚后再点击重新开始按钮进行接线练习。

5.连线测试（试运行、负载运行）。当操作菜单显示连线测试中，是表示在接线练习状态。当已经按原理图完成接线，操作界面会显示“恭喜你，已经接线成功！”界面上显示的剩余分数是此次接线练习的分数，操作按钮会显示“请点击进入试运行”，点击此按钮即可进行试运行状态。在试运行状态，用紫红色导线表示控制电路通电的状况，学生可点击电源开关按鈕、起动按钮或停止按钮观察控制电路的通、断电状态及交流接触器线圈和触点的动作情况，以进一步理解电路的工作原理。在点击起动按钮时，用万用表测量接线端子排上主电路输出的线电压为 380 V 时，操作按钮会显示“请点击负载运行”，进行负载运行状态，即可连接电动机进行负载运行。

6.重新开始。点击重新开始按钮可以根据需要重新开始接线练习，为控制线路安装实际操作教学环节做好准备。

四、教学应用中的体会与思考

1.弥补实践教学条件的不足，强化实践教学。虚拟仿真技术是在三维虚拟环境中对实际的工作条件、流程、操作要求及技术指标进行模仿的综合技术。利用三维虚拟仿真技术构建的电气控制线路安装与检修教学软件虚拟电气控制线路安装的实际工作情境和流程，虚拟的电气元器件形象逼真，操作方便，实现教学了的交互要求，使学生可以在具有行为真实感、环境真实感及物理真实感的教学情境中体验并解决相应的实践问题。开展虚拟安装练习与实际安装练习相结合实践教学，可在很大程度上弥补实践教学条件的不足，节省实训耗材，强化实践教学，便于课程教学目标的实现。

2.降低学习难度，提高教学质量。在学习基本的电动机控制线路工作原理之后，学生利用仿真教学软件模拟电气控制线路的安装、试运行和负载运行等操作，经教师检查无误后，再进行控制线路的实际安装，降低学习难度，可使学生进一步理解电气控制线路的工作原理，提高电气原理图、电器布置图和电气安装接线图的识读能力，减少实际电路的安装时间和导线与电气元器件的连接错误，提高电路通电测试时成功率，激发学生的学习兴趣和热情，有效提高教学质量。

3.突破环境限制，提供自主学习平台。电气控制线路安装与检修三维仿真教学软件可在任何使用互联网的计算机上登录练习，不受时间、空间限制，使学习者可在教师的引导下根据自身的学习情况反复地进行练习，较快地掌握电气控制线路安装、调试和排故方法。

当然，教学应用中也存在不少的问题。例如，在实际教学的过程中，由于受电脑屏幕大小的影响，实训操作区域操作界面受到一定的制约，当电气控制线路的元器件较多、控制线路较为复杂或需要连接的导线较多时，为了能正确地完成接线任务，需要对接线板面的角度进行调整和放大或缩小，增加了操作的难度和接线的时间，使电气控制线路安装与检修三维仿真教学软件在较为复杂的控制线路教学中的应用受到一定限制。