朱建紅 吳曉

摘 要 作為元器件及教學(xué)場(chǎng)所需求量較大的電工電子實(shí)習(xí)對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室的需求迫在眉睫，把虛擬實(shí)驗(yàn)室開發(fā)項(xiàng)目融入畢業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)體課題內(nèi)容，可實(shí)現(xiàn)高校人才工程設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，節(jié)省教育經(jīng)費(fèi)投入。同時(shí)，在實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)通過(guò)對(duì)虛實(shí)實(shí)習(xí)環(huán)境任務(wù)分解，學(xué)生可根據(jù)自己實(shí)際情況靈活自由分配實(shí)習(xí)時(shí)間，借助學(xué)習(xí)視頻，預(yù)先模擬操作，利用虛擬環(huán)境進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，完成部分實(shí)習(xí)任務(wù)，減少進(jìn)入實(shí)體實(shí)驗(yàn)室時(shí)間，緩解高校實(shí)驗(yàn)室資源緊張問(wèn)題。學(xué)生自學(xué)能力提高的同時(shí)也增強(qiáng)了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 工程設(shè)計(jì)能力；電工電子實(shí)習(xí)；教學(xué)資源

中圖分類號(hào)：G642.44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2016）04-0063-03

Research on Improvement of Education Resources under Goal of Engineering Design Ability： A Case Study of Electrical and Electronic Practice//ZHU Jianhong， WU Xiao

Abstract It is imminent due to great demand for components and

teaching places in electrical and electronic practice teaching. Project

development of virtual laboratory can be integrated into the commu-

nity graduation project， realizing training in engineering design capabilities， saving education funding. Meanwhile， in the practice procession， task decomposition is done according actual situation and virtual environment. Students are free to allocate study time according to their actual situation. With the help of learning videos，

simulation operation is made in advance and self-learning is per-formed using the virtual environment， part of the task is completed，

reducing time of occupation on real experiment room， thereby cushioning problem of laboratory resource constraints， enhancing self-learning ability the same time improving the effectiveness of teaching.

Key words engineering design ability； electrical and electronic practice； teaching resources

1 前言

隨著實(shí)體教學(xué)資源的日漸緊缺，網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室逐漸成為人們研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。虛擬技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用首先借助多媒體技術(shù)動(dòng)畫演示；其次是仿真技術(shù)中引進(jìn)電子線路設(shè)計(jì)；再后來(lái)開發(fā)建立虛擬實(shí)驗(yàn)及虛擬實(shí)驗(yàn)室，來(lái)緩沖教學(xué)中的硬件資源問(wèn)題。因此，許多虛擬儀器及成熟軟件陸續(xù)出現(xiàn)。鑒于專業(yè)背景及應(yīng)用領(lǐng)域差異對(duì)實(shí)驗(yàn)仿真模型和工作運(yùn)行環(huán)境及表現(xiàn)形式等要求不同，虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面尚未出現(xiàn)完全通用、符合要求的虛擬實(shí)驗(yàn)運(yùn)行平臺(tái)，需要持續(xù)注入研究開發(fā)[1]。

電工電子實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)面向?qū)I(yè)廣，涉及電工方面與電子方面的元件及儀器儀表檢測(cè)設(shè)備繁多，虛擬環(huán)境開發(fā)既有動(dòng)畫演示操作，又有電路的仿真與調(diào)試、故障的報(bào)錯(cuò)，需要開發(fā)的測(cè)試儀器的技術(shù)含量及復(fù)雜程度參差不齊，開發(fā)過(guò)程跨多個(gè)軟件環(huán)境，加上電工電子技術(shù)領(lǐng)域的新技術(shù)、新元件不斷出現(xiàn)，電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)必將是一個(gè)長(zhǎng)期積累、不斷完善的過(guò)程。虛擬實(shí)驗(yàn)室的建成迎合少投入多產(chǎn)出、資源共享的全新辦學(xué)理念，是高校未來(lái)發(fā)展的必然。

2 電工電子類社會(huì)人才需求與高校教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置

電工電子類社會(huì)人才能力需求 根據(jù)社會(huì)對(duì)電工電子類人才的職業(yè)能力需求，在專業(yè)能力方面必須具備計(jì)算機(jī)操作與應(yīng)用能力、電氣識(shí)圖與繪圖能力、計(jì)算機(jī)繪圖能力、電工基本技能應(yīng)用能力、電子基本技能應(yīng)用能力、檢測(cè)技術(shù)與常用電工儀表應(yīng)用能力、自動(dòng)化設(shè)備與生產(chǎn)線安裝調(diào)試及操作能力、自動(dòng)化設(shè)備與生產(chǎn)線故障排除與維護(hù)管理能力等；在社會(huì)能力方面必須具有較強(qiáng)的開拓發(fā)展的創(chuàng)新能力；在方法能力方面必須具有較好的對(duì)新的技能與知識(shí)的學(xué)習(xí)能力、解決問(wèn)題的方法能力、制訂工作計(jì)劃的能力以及具備邏輯性、合理性的科學(xué)思維方法能力。

電工電子實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置的內(nèi)容與目標(biāo) 電工電子實(shí)習(xí)為代表的整周實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)在高校多專業(yè)均有設(shè)置，實(shí)習(xí)的主要目的是將理論與實(shí)踐相結(jié)合，使學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解和鞏固，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生踏實(shí)認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。通過(guò)此環(huán)節(jié)，學(xué)生不僅能夠在理論上了解常用低壓電器的識(shí)別與使用方法、各種電子元器件的識(shí)別與測(cè)量方法、常用電子儀器的使用方法和原理，以及電子產(chǎn)品的制作流程，更能親自動(dòng)手參與到電子產(chǎn)品的裝配、焊接與故障檢測(cè)、調(diào)試過(guò)程，為以后的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)積累必備的知識(shí)，達(dá)到理論知識(shí)與實(shí)踐動(dòng)手能力的真正結(jié)合。

實(shí)習(xí)的主要內(nèi)容是在充分熟悉和掌握低壓電器、電子元器件以及相關(guān)操作方法的基礎(chǔ)上裝配一個(gè)低壓電氣設(shè)備（如收音機(jī)、萬(wàn)用表或其他電氣裝置），主要由元器件識(shí)別、焊接方法和技巧訓(xùn)練、設(shè)備工作原理解析及裝配與調(diào)試等幾個(gè)環(huán)節(jié)組成。其中裝配與調(diào)試是該實(shí)踐較重要的環(huán)節(jié)，有助于提高學(xué)生動(dòng)手能力、綜合分析能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，有助于學(xué)生問(wèn)題分析與解決工程師素質(zhì)的培養(yǎng)。

3 實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)教學(xué)資源需求現(xiàn)狀分析

實(shí)體教學(xué)資源環(huán)境供應(yīng)緊張，設(shè)備更新需求強(qiáng)烈 電工電子實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)傳統(tǒng)教學(xué)手段基本為全程實(shí)體教學(xué)、設(shè)計(jì)與制作，此種教學(xué)辦法必須首先以實(shí)體教學(xué)資源環(huán)境及師資數(shù)量給予保障。高校的招生規(guī)模逐年擴(kuò)大，實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地早已超過(guò)容限，設(shè)備臺(tái)套數(shù)也遠(yuǎn)不能滿足逐年遞增的生源需求，烙鐵每批次的損壞率極高，調(diào)試設(shè)備不足，很多都是過(guò)時(shí)陳舊的設(shè)備，教學(xué)設(shè)備運(yùn)行保障機(jī)制不夠完善，維護(hù)工作量大，不能滿足社會(huì)日新月異的變化。另外，由于用于該環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)室未全配置多媒體設(shè)備，教師只能借用教室統(tǒng)一講解，學(xué)生無(wú)法邊聽邊操作。這些都暴露了硬件配置同步問(wèn)題。

元件供應(yīng)及設(shè)備管理難度增加，影響教學(xué)效果 在實(shí)習(xí)過(guò)程中，由于每位學(xué)生的元器件都是預(yù)先向廠家定制，許多雜散細(xì)小的元器件易損、丟失不便保管，整個(gè)過(guò)程持續(xù)有學(xué)生索要元器件，部分元器件本地又難以購(gòu)買，影響實(shí)習(xí)進(jìn)度和產(chǎn)品的裝配，結(jié)合烙鐵的管理問(wèn)題，無(wú)形中加大了實(shí)驗(yàn)室管理難度。另一方面，為便于教學(xué)統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)成績(jī)?cè)u(píng)分公正公平，實(shí)習(xí)內(nèi)容基本固定，元件材料統(tǒng)一預(yù)定，這基本能保證對(duì)所學(xué)課程知識(shí)的鞏固，但要滿足學(xué)生興趣的多樣性及創(chuàng)新性的拓展實(shí)習(xí)，元件備用需求方面有一定難度。部分自我提高要求較高的學(xué)生完成實(shí)習(xí)任務(wù)過(guò)程中，本想設(shè)計(jì)性能更好的電路，也由于缺乏其他類型的元器件及先進(jìn)的器件而不得不放棄自己的想法。

實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師工作量明顯增加，現(xiàn)有師資力量顯露不足 學(xué)生裝配實(shí)體對(duì)象，如收音機(jī)，由于整個(gè)過(guò)程不熟悉原理，靠元器件外形“依葫蘆畫瓢”，加上粗心、焊接基礎(chǔ)差等原因，直接制造了許多故障，須在教師幫助下解決問(wèn)題，往往出現(xiàn)排隊(duì)等候教師幫助的情況，這對(duì)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師的能力及工作強(qiáng)度也提出很高的要求。另外，鑒于收音機(jī)類調(diào)試設(shè)備較昂貴，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備投入無(wú)法實(shí)現(xiàn)人手一套，因此調(diào)試環(huán)節(jié)一直采用實(shí)驗(yàn)室全天開放的形式。這樣雖然可提高設(shè)備利用率，節(jié)省費(fèi)用，便于學(xué)生充分利用課余時(shí)間進(jìn)行調(diào)試，避免了固定調(diào)試時(shí)間學(xué)生搶占調(diào)試設(shè)備及調(diào)試效果不好的情況，但同時(shí)也加大了教師的指導(dǎo)工作量與管理強(qiáng)度[2]。

4 虛擬教學(xué)資源在電工電子實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)改進(jìn)

基于虛擬教學(xué)資源實(shí)習(xí)實(shí)施計(jì)劃再制訂，促進(jìn)自學(xué)潛能培養(yǎng)，緩解實(shí)驗(yàn)資源壓力 電工電子實(shí)習(xí)的任務(wù)包括電子電路的設(shè)計(jì)、元件的選擇及認(rèn)識(shí)、電路的裝配及調(diào)試、問(wèn)題的分析及故障排除。其中電路的裝配及調(diào)試可安排實(shí)體實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，其他環(huán)節(jié)可借助現(xiàn)代化教學(xué)手段，引進(jìn)虛擬實(shí)驗(yàn)室。部分實(shí)習(xí)任務(wù)可在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)，通過(guò)虛擬網(wǎng)絡(luò)首先設(shè)計(jì)電路、模擬元件裝配，學(xué)會(huì)調(diào)試。實(shí)體實(shí)驗(yàn)室配置只是為了檢驗(yàn)鍛煉學(xué)生的電子電路實(shí)體裝配及焊接技術(shù)，故障的排除也可借助仿真技術(shù)解決。因此，在此實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，教學(xué)環(huán)節(jié)的內(nèi)容實(shí)施安排及計(jì)劃中，可針對(duì)學(xué)生專業(yè)的差異，改革同模式、固定實(shí)習(xí)項(xiàng)目?jī)?nèi)容、定時(shí)間、定要求、定步驟的批量培養(yǎng)方式，努力解決新器件、新設(shè)備、新技術(shù)的短缺問(wèn)題，從有利于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的角度，研究新的實(shí)習(xí)教學(xué)手段，促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)水平提高，緩解實(shí)驗(yàn)室資源、資金及用地壓力。

實(shí)習(xí)虛擬環(huán)境功能靈活多變，資源與時(shí)俱進(jìn)，滿足部分實(shí)習(xí)任務(wù)需求 基于虛擬聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)平臺(tái)的新型實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所可擺脫傳統(tǒng)面對(duì)面的實(shí)體實(shí)驗(yàn)室授課模式約束，給學(xué)生提供一個(gè)含有各類虛擬儀器設(shè)備的逼真實(shí)驗(yàn)環(huán)境。其中的儀器設(shè)備有別于商用軟件中預(yù)先已經(jīng)定義好的儀器設(shè)備，可根據(jù)現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展重新“生成”新的儀器設(shè)備，保證教學(xué)內(nèi)容的不斷更新需求，使實(shí)習(xí)課題制作及訓(xùn)練能及時(shí)跟上測(cè)試技術(shù)的發(fā)展。虛擬實(shí)驗(yàn)框架靈活可變，指導(dǎo)教師可以結(jié)合電工電子新技術(shù)發(fā)展持續(xù)完善備用元件庫(kù)及檢測(cè)儀器設(shè)備數(shù)據(jù)分析功能，實(shí)習(xí)者可以依據(jù)大綱，根據(jù)自己的需要和興趣，利用虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛶?kù)，自由搭接、組合、拆裝實(shí)驗(yàn)框架，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)方法，自主學(xué)習(xí)[3]。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)習(xí)內(nèi)容模塊任務(wù)分析，預(yù)先進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與調(diào)試，完成部分實(shí)習(xí)任務(wù)。

循環(huán)開發(fā)與教學(xué)效果檢驗(yàn)，以學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力提升引領(lǐng)虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè) 虛擬實(shí)驗(yàn)室開發(fā)建設(shè)應(yīng)為長(zhǎng)期漸進(jìn)過(guò)程，為減少儀器設(shè)備經(jīng)費(fèi)的投入，解決高校實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)不足問(wèn)題，其中的建設(shè)模塊可劃分為若干子課題，利用畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)鼓勵(lì)指導(dǎo)高年級(jí)學(xué)生利用多媒體技術(shù)、仿真技術(shù)與虛擬技術(shù)相結(jié)合的方法，開發(fā)設(shè)計(jì)有別于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)代化實(shí)習(xí)平臺(tái)。設(shè)計(jì)成果在低年級(jí)學(xué)生實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)中進(jìn)行應(yīng)用檢驗(yàn)，檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的不足可作為下一年度學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的立項(xiàng)來(lái)源，如此循環(huán)建設(shè)開發(fā)與檢驗(yàn)、信息反饋與再設(shè)計(jì)，持續(xù)推動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的更新完善，解決資源陳舊問(wèn)題。通過(guò)此類項(xiàng)目的過(guò)程鍛煉，學(xué)生在校期間的工程綜合設(shè)計(jì)能力明顯得到提高，為順利走向社會(huì)打下扎實(shí)基礎(chǔ)。

建設(shè)成果聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)資源共享，營(yíng)造自學(xué)環(huán)境 為解決實(shí)習(xí)用地問(wèn)題，借助互聯(lián)網(wǎng)，將授課實(shí)驗(yàn)室延伸到因特網(wǎng)所覆蓋的任何一個(gè)場(chǎng)所，處于不同地理位置的學(xué)習(xí)者可以同時(shí)對(duì)一個(gè)實(shí)習(xí)項(xiàng)目進(jìn)行操作，接觸最新的儀器[4]。實(shí)習(xí)者可以在儀器庫(kù)中提取所需要的實(shí)習(xí)器材，自由進(jìn)出實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，拓寬實(shí)習(xí)的時(shí)空觀，提高實(shí)習(xí)效率。避免設(shè)備的重復(fù)購(gòu)置，減少重復(fù)投資，提高辦學(xué)效益，比傳統(tǒng)實(shí)習(xí)模式更容易挖掘教學(xué)潛能[5]。同時(shí)，不斷設(shè)計(jì)增加具有高新技術(shù)的實(shí)習(xí)項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生接觸電工電子新知識(shí)及新技術(shù)，開發(fā)學(xué)生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科自主學(xué)習(xí)研究的意識(shí)。對(duì)學(xué)生的成果進(jìn)行分析完善與改進(jìn)，將制作優(yōu)秀的作品加入到虛擬實(shí)驗(yàn)室中，以達(dá)到資源共享。

5 小結(jié)

電工電子實(shí)習(xí)虛擬環(huán)境建設(shè)作為資源共享平臺(tái)，在該平臺(tái)上學(xué)生能遠(yuǎn)程接受多媒體授課，自主學(xué)習(xí)電工電子電路設(shè)計(jì)步驟及工作原理，認(rèn)識(shí)元件的外形及功能，初步實(shí)現(xiàn)實(shí)體項(xiàng)目電路焊接實(shí)驗(yàn)之前線路設(shè)計(jì)測(cè)試仿真及調(diào)試功能。平臺(tái)承擔(dān)整個(gè)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)的部分任務(wù)，減少實(shí)體實(shí)驗(yàn)室占用時(shí)間，緩解了實(shí)驗(yàn)室的壓力。同時(shí)在虛擬環(huán)境開發(fā)項(xiàng)目工作中融入高年級(jí)工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)部分元素，總?cè)蝿?wù)拆分成若干子項(xiàng)目，作為畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行工程設(shè)計(jì)開發(fā)，熟悉開發(fā)步驟，鍛煉發(fā)現(xiàn)問(wèn)題與解決問(wèn)題能力，迎合社會(huì)對(duì)高校人才培養(yǎng)的需求，增強(qiáng)教學(xué)效果。

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