中职虚拟实训教学资源开发与应用——以电工电子课程为例

钱忠明

(江苏省姜堰中等专业学校，江苏 泰州 225500)

0 引言

随着现代制造技术的发展，从业人员的素养也越来越高。这对于培养技术工人的中职而言，做好电工电子的教学工作，是机遇，更是挑战。由于电工电子理论的抽象性、基础性和实践性。面对数理基础较差，主观能动性和自律性欠缺的中职生以及教学设施和实训场所不足的现状[1]，为发挥学生主观能动性、提高学习效率、利用电路仿真软件构建虚拟实训平台并引入教学，可谓水到渠成。从我校和兄弟院校的调查结果也可看出，通过虚拟实训，确实让学生的学习劲头和学习效率得到提升，查看仿真软件Multisim的官网也发现：“全球各地的教师已广泛使用Multisim来进行模拟、数字和电力课程中基础和高级概念的教学。”

1 虚拟实训平台的作用及优势

学生可以调用软件自带的元器件搭建各种电路，并模拟出真实结果，通过自带仪器仪表，观察电的变化，分析电路，并掌握多种仪器的使用。常见的仿真软件有Altium、Proteus、Multisim等，对于电工电子的仿真，美国国家仪器开发的Multisim进入国内较早、优势明显，其特点是把电路图输入、spice仿真器、元件库、仪器库，集成在一起，常用它来搭建虚拟实训平台、进行教学资源开发与应用，我校也选择Multisim作为虚拟实训平台，此平台的实训步骤过程：参照电路图→选择元器件，搭建电路→接上所需的仪器仪表→选择合适分析方法，仿真→分析获取的数据，得出结论[2]。教学实践表明：虚拟实训在激发学习兴趣、降低办学成本、确保人机安全、拓宽教师教学手段等方面有着极大的功效。

1.1 理论紧扣实践，变抽象为形象，激发学习主观能动性

电工电子课程不仅要求学生掌握电路原理，建立相应的思维方式、具备必要操作技能，也是后续电类专业课的基础，其特点是概念多，内容抽象难以理解。不少中职生感到电路理论深奥难懂，找不到学习突破口。这些困惑降低学习兴趣，打击学习主动性，丧失学习信心。幸而，虚拟实训很大程度上解决了电工电子理论与实际脱节的问题。该平台允许学生借助虚拟仪表对电路进行深入观察，检测和分析各种数据和波形，做到理论知识与实际工作相结合，抽象的理论具体化。在此过程中，高仿的仪器仪表，即能提供相关数据，又能体验操作方法，强化了学习效果[3]。

1.2 减少实训场所，提升教学效率，降低硬件投入

在实践中，为保证学生的训练质量，往往需要足够大的训练场所、庞杂的元器件、设备、以及必要的设备维护等。由于技术的发展，即使投入再多的硬件资源也难以满足学生的实训需求，昂贵的资金消耗和繁杂的管理事务让学校难以承担，教师也不堪重负。

适当的硬件和必要的软件入就能搭建虚拟训练平台，平台自带的各种元器件和仪器仪表能够按要求设置，进行电工、电子等项目训练，并且随着软件的升级，还会引入各种新的元器件、新的仪表，并且在此基础上可以向其它电类专业课渗透，例如MCU，PLC等。针对电工电子实训要求具备庞杂仪器仪表、元器件化、高消耗的特点，使用虚拟实训平台即可满足多样化的教学要求，学生有着充足的实训时间，设备利用率也获得提升，学校又不必投入过多的教学成本，可谓中职学校提高电工电子教学水平的良好平台[4]。

1.3 及时发现实训错误，减少无谓损失，确保实训安全

在电工电子实训的过程中，难免会出现各种错误操作，不仅会损伤设备，甚至因触电，短路等严重错误造成不必要的人身伤害和心理恐慌。

虚拟实训的引入可以降低或消除因错误操作引起的实训结果与理论相差较大的现象。学生可以通过所测的数据，来判别实训的正确性、合理性。教师可以结合实际及时给学生讲解产生问题的原因和解决方法，让学生吸取教训并加以改正，如此反复训练后，学生再进行实际操作时就会更加安全，获取更合理的实训成果，极大地降低事故发生的风险，确保师生和设备的安全。

2 虚拟实训的不足

尽管虚拟实训改变了传统的电工电子技术教学模式，可以给学生、学校和教师带来好处，也能保证设备和学生的安全，但不可否认，在安全操作、工艺练习等方面仍存在一些不足[5]。

2.1 由于软件的复杂和学生的专业素养较差，导致学生信心不足

在Multisim仿真软件中，由于该软件是从工程角度出发，考虑的因素较多，因此仿真的结果跟教材上介绍的结果可能不一致，例如在做桥式整流电路实验时，输出端的波形与课本上的波形完全不同，但仪表测量的数据确一致，这会造成部分学生的学习困惑，从而怀疑该软件的准确性，使学生不能完全相信该软件，这在我调查中，也有体现。

2.2 缺乏真实感知，不利于培养学生注重安全操作的意识

不少学生在应用Multisim虚拟实训时，由于虚拟没有危险性，出现不重视电工电子实训的操作规程，例如，没有先检查电路，后接通电源，再仿真的习惯；导线乱放[6]，不注意美观，虚拟实训毕竟不是真实的实训操作台，学生在训练时缺乏真实感知。 有些训练比如虚焊、接触不良、元器件识别只有在操作台进行实际操作中才能感觉到，解决方法就是，教师在虚拟训练时，也视重真实训练中操作规程的讲解的，做到实中有虚，虚中有实。但要明确一点：“如果虚拟实训得不到正确的结果，通常实际操作也不会成功。”

3 以电工电子课程为例，进行中职虚拟实训教学资源开发与应用

从我校的多年实践来看，在开展虚拟实训可从如下几点选择实训内容∶

（1）根据专业的不同，分出层次，选择合适的电路，将基本操作，基本电路侧重于真实实际，将投资大，危险性高的电路侧重于虚拟实训。

（2）建立相应的评价体系，通过分值的高低，让学生明确自己需要掌握的内容，哪些环节是自己没能掌握的。

（3）开发校本教材，结合本校实际和学生基础，选取合适的电路实训，并将建立电子文档和相关资料，存到云盘中，让需要的学生自行下载，研习，训练[7-8]。

鉴于虚拟实训的优势和劣势，考虑到电工电子课程的理论性和实践性，将虚拟实训融入课堂教学和技能训练中，实现理实一体化教学，既能充分发挥课堂教学、仿真软件和技能训练各自的优势，又能互补各自的劣势，取得1+1＞2的效果，做到深奥的理论形象生动，虚拟实训逼近实际，技能操作安全高效，达到促进教学实效、培养学生专业素养的小目标。

4 典型虚拟实训举例

教学实践中，借助虚拟平台的特点，精选部分典型电路，充分利用同一电路，利用平台提供的仪器仪表和分析方法，验证电路理论，提高学生的分析能力，拓宽分析方法。

电路一、为一双“T”形电路（图1），

图1 “T”形电路Fig.1 "T"-shaped circuit

可对电路做如下实训：

（1）测量R7电阻的电流、电压、功率；

（2）戴维南定理验证；

（3）利用参数扫描方法：a把R7确定为负载，验证最大功率传输、绘制出功率曲线；b改变R5的值，找到等电位点。

电路二、为RLC串联电路（图2），

图2 RLC串联电路Fig. 2 RLC series circuit

可对电路做如下实训：

（1）测量R、L、C三元件的电压，电流、功率，验证交流串联电路理论；

（2）观察电源和电阻的电压波形；

（3）利用扫频仪，找出谐振频率，利用Multisim特有的“current clamp”工具，观察谐振时，电压与电流是否同相。

电路三、为一具有负反馈的多级放大器（图3），可对电路做如下实训：

图3 负反馈的多级放大器Fig. 3 Negative feedback multistage amplifier

（1）利用直流工作点分析，测量该电路所有静态点，与理论计算值比较；

（2）测量电路的输入输出电阻以及电压放大倍数，与理论计算值比较；

（3）确定电路的反馈形式，验证负反馈电路的特点；

（4）改变电路的反馈形式，继续验证反馈电路的特点；

电路四、为JK触发器（图4）。

图4 JK触发器Fig. 4 JK trigger

可对电路做如下实训：观察J、K及时钟输入端与Q端之间的关系，自拟表格，记录数据，得出JK触发器的规律。

5 结论

总之，基于仿真软件的电工电子技术一体化的虚拟实训可充分发挥虚拟平台在课堂教学和技能训练方面的优势，又可克服各环节的不足，在激发学生学习兴趣、降低学校办学成本、减少安全事故发生、缓解教师教学负担等方面作用明显，是中职学校培养技术人员、提高电学教学质量的有效教学模式。