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電工電子虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用

2018-02-27 15:04張曉春夏雙廖紅梅
電子技術(shù)與軟件工程 2018年19期
關(guān)鍵詞:電工電子虛擬仿真

張曉春 夏雙 廖紅梅

摘要

電工學(xué)是工科類學(xué)校的重要課程,電工技術(shù)與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是電工學(xué)的重要組成部分。本文討論了現(xiàn)階段傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題,以及引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的必要性。闡述了平臺(tái)的功能及作用,以及對(duì)于實(shí)驗(yàn)室開放的重要意義。在教學(xué)方法上,著重探討了如何將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與新興虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)做到正確連接,虛實(shí)互補(bǔ)。本文更基于中心近年來取得的實(shí)際教學(xué)成果,闡述了平臺(tái)對(duì)于學(xué)生自學(xué)、創(chuàng)新能力培養(yǎng)所起到的重要作用。

【關(guān)鍵詞】電工電子 虛擬仿真 開放實(shí)驗(yàn)

電工學(xué)是研究電工技術(shù)和電子技術(shù)的理論及其應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)課程。由于電工和電子技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,成為與新科技密不可分的高校工科非電類專業(yè)的一門重要課程。

電工電子虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái),正是立足于電工學(xué)理論與實(shí)際相結(jié)合,配合和深化電工實(shí)驗(yàn)課程“堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)、注重綜合、強(qiáng)化設(shè)計(jì)”的宗旨,加快教育信息化建設(shè)“虛實(shí)結(jié)合”,最大限度的利用現(xiàn)有教學(xué)資源,培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力,提高教學(xué)質(zhì)量和創(chuàng)新能力。

1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)階段存在問題

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式過于單一,大部分院校還是延續(xù)著教師講解原理,演示實(shí)驗(yàn)操作,學(xué)生模仿,記錄數(shù)據(jù),并填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的傳統(tǒng)模式。一部分原因是由于學(xué)校用房緊張,前期設(shè)備采購加上后期維護(hù),使得實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成本較高,如若放任學(xué)生自由開展實(shí)驗(yàn),后期設(shè)備的維護(hù)的費(fèi)用,人力成本都將隨之增高。

另一部分原因是實(shí)驗(yàn)教師人數(shù)普遍偏少,師生比分配不均,教師對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)很難做到面面俱到。由于時(shí)間,場地,儀器,耗材成本等限制,課程安排綜合設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較少。在傳統(tǒng)的流水線實(shí)驗(yàn)?zāi)J较?,學(xué)生得到鍛煉的機(jī)會(huì)不多,創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力的培養(yǎng)更難以保證。

2 引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

在平臺(tái)的虛擬電路搭建模塊,學(xué)生可以找到市面上大多數(shù)型號(hào)的常用儀器儀表與電子元器件。由于平臺(tái)高度還原了這些設(shè)備,學(xué)生可以嘗試使用各種不同型號(hào)儀器,而不是拘泥于實(shí)驗(yàn)室中所配備的儀器,開拓了視野,為其日后的學(xué)習(xí)研究打下基礎(chǔ)。

學(xué)生可以通過互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地的使用虛擬實(shí)驗(yàn)室,不受時(shí)間或空間的限制,亦不受實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)長的拘束。

因?qū)W生在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)預(yù)習(xí)搭建電路之后再去進(jìn)行真正的實(shí)驗(yàn),減少了誤操作的可能,為實(shí)驗(yàn)室節(jié)省了部分耗材,維修,管理成本。

改變了高危實(shí)驗(yàn)只有在教師的口頭講述或者教學(xué)視屏中才能一窺究竟的狀況。例如:二極管極限參數(shù)測(cè)試。而電工電子實(shí)驗(yàn)中的電工部分,功率因數(shù)的提高、三相電路、三相異步電動(dòng)機(jī)的時(shí)間控制與行程控制等實(shí)驗(yàn)運(yùn)行環(huán)境需要線電壓在380V,屬于強(qiáng)電實(shí)驗(yàn),違規(guī)操作的情況下容易造成人身安全和儀器設(shè)備的損壞。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,強(qiáng)電實(shí)驗(yàn)需要兩位以上教師同時(shí)指導(dǎo)才能保證實(shí)驗(yàn)的安全,順利進(jìn)行。結(jié)合平臺(tái),學(xué)生可以自己動(dòng)手操作以觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,安全直觀。

3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的功能

以我校電工電子實(shí)驗(yàn)中心與潤尼爾科技公司校企合作聯(lián)合研發(fā)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)為例,該平臺(tái)技術(shù)先進(jìn),架構(gòu)清晰,適用于絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)。

實(shí)驗(yàn)編排功能:根據(jù)電工電子實(shí)驗(yàn)課程大綱維護(hù)數(shù)據(jù)庫,包括錄入實(shí)驗(yàn)室安全規(guī)定,錄入實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,安排實(shí)驗(yàn)進(jìn)程,上傳實(shí)驗(yàn)課件,標(biāo)記重要知識(shí)點(diǎn),擴(kuò)充練習(xí)題庫等。

進(jìn)度查看功能:教師可在平臺(tái)查閱自己的實(shí)驗(yàn)課表,并采用“一鍵通知”的功能將上課的時(shí)間地點(diǎn)發(fā)到學(xué)生的手機(jī)上,提醒學(xué)生按時(shí)上課。不僅如此,教師還可以看到學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度,查看課前練習(xí)與實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)電路搭建的完成情況。通過平臺(tái)的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能掌握學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備情況,發(fā)現(xiàn)所學(xué)薄弱之處,及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容,對(duì)癥下藥。

以往學(xué)生在課下遇到問題時(shí)不能及時(shí)找到教師,而對(duì)課程產(chǎn)生畏難情緒。所以在此平臺(tái),中心增加了“一鍵答疑”功能,學(xué)生可以與教師互動(dòng)留言。教師可以在自己的賬號(hào)中查看留言并在線回答學(xué)生的問題。

報(bào)告批改功能:學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室完成相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)之后,在線填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告:輸入在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),完成實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書所要求的內(nèi)容,并提交報(bào)告。教師可以選擇“一鍵批改”,屆時(shí)平臺(tái)會(huì)根據(jù)既定程序?qū)W(xué)生的報(bào)告進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理,并得出結(jié)論。實(shí)驗(yàn)成績會(huì)直接收入平臺(tái)的成績分析與匯總模塊,便于教師查閱。

其他功能:平臺(tái)還囊括了一些實(shí)驗(yàn)室日常功能,如考勤管理,設(shè)備管理等功能,此處不做贅述。

安規(guī)教育:每位同學(xué)需要完成實(shí)驗(yàn)室安全規(guī)定中的相關(guān)題目之后才有資格進(jìn)入系統(tǒng)。保證了實(shí)驗(yàn)安全。

預(yù)約實(shí)驗(yàn)課程:學(xué)生可以在線預(yù)約實(shí)驗(yàn)課程,系統(tǒng)將自動(dòng)生成課表,以便學(xué)生查閱。

理論測(cè)試:在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前,系統(tǒng)會(huì)從題庫中抽取相對(duì)應(yīng)的習(xí)題對(duì)學(xué)生進(jìn)行理論測(cè)試,通過測(cè)試才可進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)階段,做到查漏補(bǔ)缺,溫故知新。

虛擬實(shí)驗(yàn):在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),學(xué)生可以在虛擬實(shí)驗(yàn)室中搭建相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路,平臺(tái)有智能學(xué)習(xí)糾錯(cuò)功能,可以幫助學(xué)生指出電路中的錯(cuò)誤,使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)室中可能發(fā)生的一些問題有所預(yù)判。

書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告:學(xué)生完成實(shí)物實(shí)驗(yàn)之后,可以在線填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。完成報(bào)告之后,成績和評(píng)價(jià)也可在系統(tǒng)中進(jìn)行查詢。

4 “虛實(shí)互補(bǔ)”的實(shí)驗(yàn)開放教學(xué)模式

電工電子虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)本著“虛實(shí)結(jié)合,軟硬兼施,互相補(bǔ)充,虛中有實(shí)”的建設(shè)原則,和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)J酵昝澜Y(jié)合,構(gòu)建出多元化,全方位的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)更解決了綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)開展難的問題,因?yàn)樘摂M實(shí)驗(yàn)不受場地設(shè)

備及耗材的限制,學(xué)生可以自由搭建自己設(shè)計(jì)的電路,大膽地進(jìn)行嘗試,激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造力。

5 結(jié)語

電工電子虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在電工電子實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用能夠?yàn)閷I(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐,為實(shí)驗(yàn)發(fā)展創(chuàng)造有件,也能夠在一定程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的局限能夠提升實(shí)驗(yàn)過程的便捷性、安全性和直觀性,還能夠有效提升實(shí)驗(yàn)效率。

當(dāng)然,仿真實(shí)驗(yàn)并不能完全替代真實(shí)實(shí)驗(yàn)。電工學(xué)作為一門應(yīng)用技術(shù)課程,無論仿真的結(jié)果再完美,最終還是要回歸應(yīng)用。所以,采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以在一定程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足,但與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)始終是互相補(bǔ)充無可替代的關(guān)系。

參考文獻(xiàn)

[1]秦曾煌.電工學(xué)[M].高等教育出版社,2004.

[2]王香婷,徐瑞東.電工技術(shù)與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)[M].高等教育出版社,2017.

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