基于虚拟仿真的任务驱动式教学模式在电子技术教学中的应用

熊洁 李加升 林琳

摘 要：针对传统电子技术教学中存在的问题，提出了一种基于虚拟仿真的任务驱动式教学模式，分析了任务驱动式教学的含义和虚拟仿真技术在电子技术课程体系作用，最后给出了基于虚拟仿真技术的任务驱动式教学的具体实施方案，通过本文给电子技术教学改革和创新型人才培养模式提供了一种途径。

关键词：虚拟仿真；任务驱动式；电子技术；动手能力；创新能力

一、 引言

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010～2020年）》中提出把改革创新作为教育发展的强大动力，创新人才培养体制，改革教学内容、方法、手段。我校作为一所应用型地方本科院校，在强化人才培养中心地位的同时，不断深化教学改革，创新人才培养机制，培养专业基础扎实、实践能力强的高素质的创新应用型专门人才。而电子技术课程是电子电气类非常重要的核心专业基础课，又是实践性非常强的专业课程，对学生专业素养的培养有着非常重要的作用。因此探寻一种新的电子技术教学模式有着很重要的意义。基于此，本文提出一种基于虚拟仿真的任务驱动式教学模式，以“任务”为目标，以“学生”为主体，以“虚拟仿真”为手段，驱动学生开展探究式的主动学习，锻炼学生的主动学习和解决实际问题的能力，通过“任务”的完成，使学生具有强烈的“成就感”和“获得感”，从而提高学生的学习兴趣和创新能力。

二、 传统的电子技术教学中存在的问题

电子技术是一门实践性、应用性都非常强的学科，对学生的动手能力和设计能力要求非常高，其实验和实训的比重在课程体系中非常大。传统的电子技术课堂教学和实验教学存在诸多问题：

1. 传统的电子技术课堂教学中都是以老师为主体，由老师确定讲课的内容，辅以PPT播放，学生在课堂中被动地接受知识，没有更多自己选择和思考的时间和空间，因此教学效果大打折扣。

2. 传统的电子技术教学方式是理论教学和实验教学分开进行的，在讲解比较抽象难以理解的理论知识时，教师一般都是对照PPT上的电路图，对工作原理进行分析，对一些理论公式进行推导，完成知识点的讲授，但这种方式对于学生来说没有直观的感受，印象不深，导致学生对课程内容理解不透彻，往往使得教学效果大打折扣。

3. 传统的实验教学都是在实验室里，先由教师讲授实验原理，后由学生自己动手在实验箱上操作，而实验箱一般都是模块化电路，省掉了学生设计电路、自主搭建电路的部分，导致大部分的实验成了只注重输入输出关系的验证性实验，造成学生学习兴趣不高，学习的获得感不强。另外，由于实验课都有时间的限制，学生只能在有限的时间里完成实验，离开实验室就无法继续开展，所以留给学生自主思考、解决问题和自主设计的时间很短，导致实验效果一般。

4. 传统的实验由于受到场地、资金的限制，往往存在设备陈旧，更新换代不及时；大型贵重仪器数量少，无法满足学生人数不断增长的需求；仪器损坏之后，无法迅速及时的修复等情况。使得实验中出现正确率不高，影响学生的实验结果以及实验跟不上技术的发展等问题。

5. 在教学中，有些知识点从理论上分析学生能够理解，但在实验過程中，因为现象存在的时间较短，实验中很难比较好的再现这些现象，如振荡器起振的过程、竞争冒险现象等。

三、 “任务驱动式”教学的含义

“任务驱动式教学法”的提法来源于建构主义学习理论，其中心思想认为：学生应该是知识的主动接受者，是获得信息后的加工者，学生学习的过程应该是积极主动的，充分发挥学生的主观能动性，充分调动学生的学习积极性，其目的就是要让学生对学习产生浓厚兴趣，变被动学习为主动学习。“任务驱动教学法”以任务为手段，推动学生主动去寻求解决问题的方法，在完成任务的过程中来获得知识，改变了传统教学中以教授知识为主的理念，将要讲授的知识点隐含到布置的任务中去，学生通过由“发现问题，探求方法，提出方案，解决问题，完成任务”这一过程，完成新知识的获取，同时也使学生有解决问题之后的成就感，大大提高了学生的学习兴趣，变被动的“填鸭式”教学为主动的“探究式”教学，让学生在这过程中逐渐形成自主学习、运用知识、独立思考、解决问题的学习体系，潜移默化地提高了学生的创新意识。

四、 虚拟仿真技术在电子技术课程体系中的作用

随着计算机技术和软件开发技术的不断发展，计算机辅助设计（CAD）在各行各业应用越来越广泛，在电子技术领域，虚拟仿真技术则在电路设计中发挥着越来越重要的作用。虚拟仿真技术让我们可以通过计算机的操作来模拟一个真实的电路或系统，通过计算机仿真，能直观地展现操作过程和现象结果，具有逼真的效果。以虚拟代替现实、用软件替代硬件是虚拟仿真最大的特点。电子技术中常用的仿真软件主要有美国NI公司的Multisim、Labview软件、英国Labcenter electronics公司的Proteus软件、美国MathWorks公司的Matlab软件、Altium公司的Altium Designer软件。这几款软件在电子技术课程中的应用如下表：

将虚拟仿真技术应用到电子技术教学中有以下优点：

1. 虚拟仿真软件提供了丰富的仿真元器件库，各种实验室中常见的虚拟仪器仪表和各种电子电路的模板电路。有的还提供了逼真的元器件和仪器仪表的实际效果图，让学生用鼠标操作过程有一种像在实验室里用手操作的体验，也给学生提供了一个熟悉各种元器件和练习使用仪器仪表的途径。例如，下图给出的Multisim软件中的泰克示波器和实际示波器面板的对比：上图为软件中的泰克示波器面板，下图为实际的泰克示波器面板，可以看到几乎是一样的。

2. 虚拟仿真软件给学生构建了一个属于学生自己的实验室。学生通过自己的计算机，安装上电子仿真软件，就相当于进入到了实验室，可以按照自己的要求搭建虚拟电路，在虚拟的平台上开展自己的实验，验证自己的设计，而且还不受时间和空间的限制。另外，在虚拟的环境中可以开展成本相对较高、由于破坏性不可逆、危险性较高或现实实验很难再现的实验，且不消耗实际的元器件，使得实验成本大大降低。

3. 虚拟仿真软件具有很强的逼真度和互动性，可以让学生产生身临其境的操作感，从而提高了仿真实验的趣味性，增加了学生的参与热情。

五、 基于虚拟仿真技术的任务驱动式教学的具体实施

基于仿真技术的任务驱动式教学模式结构可以用下面的方框图表示：

具体实施方法：课前，教师依据大纲的教学内容给定一个具体的设计任务或问题，并从给定的任务和问题中分离出大纲中需要学习的知识点，学生带着任务从书本或查阅的相关文献资料中自主学习，来获取有用信息，进行设计，利用仿真软件对设计的正确性进行验证，找到自己学习和设计中的问题。课中，教师在课堂教学中对知识点进行详细地讲解，并对任务设计过程进行讲解，设计结果用仿真软件验证，让学生对自己的设计和教师的设计进行对比，从而发现自己的问题所在。课后，教师布置相应的任务强化知识点的掌握。

采用虚拟仿真技术对设计进行验证的好处在于：虚拟仿真软件能提供一个良好的实践平台，不局限于时间和场地的约束，只要有一台电脑，就可以开展实践。学生可借助于虚拟仿真软件，自主地安排计划，对于理论课上留下的疑点和难点，也可以通过虚拟仿真的形式进行研究，加深对理论知识的理解。

通过以上的过程，学生带着任务进行学习，在“实践中”学习，增强了学生学习的主观能动性，学生通过自己的努力，设计出了电路，给学生带来了“成就感”和“获得感”，提高了学生主动学习的兴趣，也培养了学生发现问题、解决问题的能力，同时对学生实践动手能力也有一定的提高。

具体教学案例，如555定时器及其应用的理论教学：

1. 课前下达任务：对555定时器功能进行测试，用555定时器搭建单稳态触发器、施密特触发器和多谐振荡器的仿真电路。

2. 课堂教学中主要讲解555定时器的工作原理和555定时器的两个知识点应用，讲清楚课前下達任务的电路工作原理。

3. 课后布置设计任务：①触摸定时控制开关设计（单稳态触发器的应用）；②简易电子琴电路设计（多谐振荡器的应用），要求设计出电路并用仿真软件进行仿真。

通过这个过程，可以让学生对555定时器及应用有非常深刻的理解。

六、 结束语

电子技术是实践性和应用性都非常强的课程，强调学生动手能力和创新能力的培养，因此，将基于虚拟仿真的任务驱动式教学手段应用到电子技术教学中，以项目为手段，以仿真软件为工具，综合了虚拟仿真和任务驱动式教学的优点，解决传统教学方式的一些弊端，为电子技术课程体系改革和创新型人才培养模式提供了一种途径。作为地方性应用本科院校的一名教师，将在以后的教学实践中不断总结经验教训，使基于虚拟仿真的任务驱动式教学模式发挥最大的作用。

参考文献：

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[5]程思宁，耿强，姜文波，占永宁.虚拟仿真技术在电类实验教学中的应用与实践[J].实验技术与管理，2013，30（07）：94-97.

作者简介：

熊洁，李加升，林琳，湖南省益阳市，湖南城市学院信息与电子工程学院。