陈海南 广东省佛山市南海技师学院 528000
摘 要：仿真教学具有演示形象、生动以及节省设备、场地、材料的特点，既可以突出重点、突破难点、加深记忆，又可以避免仪器损坏和元件消耗。本文通过教学实例，探索了在电工教学中利用仿真技术进行辅助教学的具体做法，结果表明在电工教学中引入仿真软件可将理论和实践有机结合，有益于传统电子电工实验教学方法的补充和改进。
关键词：电工教改 仿真教学 应用
《电力拖动》、《电工电子线路》等电类课程概念抽象、直观性差、原理难懂，加上技工院校学生素质较低，对理论教学缺乏兴趣，故此传统的教学方法教学效果较差。针对技工院校学生的实际情况，笔者近年来尝试在所教班级的电工教学中进行计算机仿真教学实验研究，将仿真技术引入课堂教学和实验实训中，显著地提高了教学效果，节约了教学成本，有效地提高了学生学习应用新知识、新技术的能力，受到了学生的普遍欢迎和好评。本文拟结合这一教改试验的实践作一些探讨。
一、仿真教学的涵义及其优越性
仿真教学是指应用仿真软件和技术，借助计算机平台进行辅助教学活动。随着计算机技术的发展，利用计算机的仿真技术对电路进行设计、分析和调试已成为趋势。目前电子电路仿真软件已成为电路分析和设计中不可或缺的工具，仿真软件也将是电类专业学生需要掌握的专业技能之一，所以必须将计算机仿真技术引入到模拟电子技术实验教学中，将传统的模拟电子技术实验教学与计算机进行的仿真实验相结合，提高课程的教学质量和实验效率。与传统教学方法相比，仿真教学具有以下明显的优越性：一是仿真教学用虚拟仪器进行演示和实验，十分清晰、生动、形象，使抽象的概念原理直观化、形象化，有利于突破难点、巩固重点、加深记忆；二是仿真教学实验实训不必直接接触强电，不用进行元件安装和焊锡操作，从而避免了溅锡伤人、线路短路触电等危险；三是仿真软件中的虚拟仪器和元器件与实物非常接近，十分逼真，易学易懂，学生爱学爱用兴趣高，且不受场地和设备的限制，能够多人同时学习操作，可克服实验场地和设备不足的难题，既节省了购买大量元器件和高档仪器的费用，又避免了仪器损坏和元件消耗。学生们只要能正确使用常规仪器，都能较快地掌握软件所提供的虚拟仪器的使用方法。可以直接从屏幕图形中选取元件连接成电路，也可直接从屏幕图形中选择测试仪器对电路进行仿真测试，而且仪器的操作开关、按键与实物相似，从而为电类课程的实验、设计等教学环节提供了极大的便利。
二、电工仿真教学的具体做法
1.应用仿真技术激发学生的兴趣和求知欲。兴趣是最好的老师，应用仿真技术导入课题、引出新知，可有效地激发学生的学习兴趣和求知欲。例如，在《电力拖动》课程有关三相异步电动机控制电路的教学中，笔者就应用仿真软件演示电动机正反转换原理，演示操作各个正反转控制电路的控制按钮，使学生对控制电路产生了好奇心和求知欲，进而模拟出各个联锁电路的控制过程，教学内容形象、直观、逼真，由浅入深，由易到难，缓缓引入，从而使学生兴趣大增。
2.应用仿真技术突破教学难点。将抽象的原理、概念、公式推导直观化，有利于学生理解和记忆，从而突破教学难点。例如电工电子线路教学中有关求解电容电量C的关系公式教学推导，学生往往感到公式抽象，也不会应用。为了突破这一难题，笔者就利用Multisim2001软件模拟该电路。操作步骤如下：第一步，选择程序中的Multisim2001，进入原理图形设计环境的工作界面；第二步，执行菜单设置图纸大小、颜色、字体、连线宽度、边框等；第三步，在元件工具栏中找出所需的元件，把它们拖放在工作区域，放置好元件后，再给元件连线；第四步，先用手动连线，然后由Multisim2001自动完成连线；第五步，对元件进行参数调整，先选定元件，然后双击鼠标左键，改变对话框中的各项内容，达到改变元件参数的目的。经过上面几个步骤最终可得到整流滤波电路图。整流滤波电路图搭建好后，就可以从仪表工具栏中调出示波器，将它放在合适的位置。然后将示波A通道接输入信号端，B通道接输出端。该示波器的界面与实验室里常用的示波器的面板很相似，其基本操作方法差不多。启动电路仿真开关，示波器屏幕上出现输入和输出两个波形。这时可以通过启动仿真开关，不断改变电容容量C的大小，观察示波器的波形变化。通过波形图的比较就可以直观地看出脉动系数与电容容量C之间的关系：当容量C增大到一定数值后，输出的直流电压基本是平滑的；继续增大C，直流电压的变化不明显。经过这样的仿真演示，同学们就较好地理解了这一问题，从而有效地突破了教学的难点。
3.应用仿真技术进行一体化教学。以往进行理实一体化教学，教师需要带学生到实验室上课，或将实验仪器设备搬到普通课堂，十分不便。为达到省时高效，教师可将EWB的仿真实验功能引入课堂，进行一体化教学，开展师生之间、生生之间的互动交流，教学效果显著。例如我在讲解桥式整流滤波电路时就应用EWB进行电路仿真，其电路图和仿真波形如图1和图2所示：
同学们通过连接电路进行仿真，蓝色波形为正弦交流电波形，红色波形为桥式整流后的波形，大家很快明白经过桥式整流后的波形是什么样的；再通过两个电压表的数值比较，很容易得到UO=0.9UE2。
在此基础上进一步分析电容滤波电路的波形和电压，如图3和图4，通过选择开关A、B、C、D，从而改变负载电阻和滤波电容的大小分别测出输出波形。将输出波形进行对比，很容易明白R·C越大，滤波效果就越好，UO=（1.2-1.4）UE2。
在学生对EWB操作水平熟悉后，学习能力提高了，很乐意做实验，而且实验总结能力明显增强。学习能力在学习过程中起决定性作用，是改变学生自身精神和知识结构状态、促进学生自身素质发展的力量。
4.应用仿真技术开展模拟实训。过去，因受场地、经费、器材等硬件条件限制，电类专业的实习课题和时间安排往往达不到规定的要求，不利于学生实践能力的提高。随着仿真技术的应用，在教学中，教师可以选取有代表性的课题，开设一定比例的模拟实训，实行实物实训与模拟实训相结合，发挥模拟实训省时、高效、安全、经济的长处，解决了过去实训课完全依赖实验仪器，且电子元器件损耗大和实验仪器损坏后维修不及时的问题。通过仿真训练，学生们充分了解自己所学知识的应用领域和前景等，将理论与实践相结合，增强了对专业技术的认识，从而激发出敬业精神。而传统教学中，学生们掌握了一大堆知识，却不知道如何应用，往往会对本专业有一种挫败感，丧失从事专业工作的积极性。同时，仿真训练也有助于增强学生的安全意识。通过仿真训练，在虚拟世界中由于错误操作而产生的安全事故，可以提高学生的警觉和分析排除故障的能力。
三、实施效果
近年来，笔者在所教班级的《电工技术》、《电力拖动》、《电子线路》等课程教学中进行仿真教学试验，均取得了良好的效果，显著提高了教学效率，充分调动了学生的学习积极性，提高了教学效果，节约了教学成本，受到同学们的欢迎和好评。通过班级的问卷调查表明，学生们普遍认为，仿真教学在课堂气氛、吸引力、学习兴趣、理解知识、记忆程度、学习效果等各个方面都明显优于传统的知识讲授，值得推广。这一项教改试验的成功实践表明，仿真技术作为一种高新技术，可以通过计算机及多种输入输出设备创建一种虚拟的情况，让学生产生与现实生活一样的感觉，使学生学习兴趣和学习积极性大大提高，变被动学习为主动学习，提高学习效果。
四、结语
教学实践证明，仿真教学是具有综合作用的辅助教学手段，学生置身于仿真环境中，可以充分调动感官与思维，激发出学生学习电类知识的兴趣，极大地提高学习效率。在教学中，笔者体会到仿真教学也不能完全取代真实的教学和实验实训，如果完全用虚拟实验取代实物实验，学生对真实元器件的封装、检测等认知程度大大降低，对使用仪器的操作能力大大削弱，缺少对实际电子产品设计的布局能力、布线能力、安装调试能力。为了避免其弊端，我们应采用虚实结合的方法，相辅相成。只要我们充分发挥仿真技术的特点，使仿真教学与传统知识讲授有机结合，就一定能有效地减少教师无效的工作时间，提高工作效率，节约教学资源，充分调动学生的学习积极性，提高课堂教学效果，而且对于培养学生的创新能力、分析和解决问题的能力都能起到潜移默化的作用。
参考文献
[1]石焕玉 运用EDA手段进行电子技术辅助教学[J].长江大学学报，2005年，04期。
[2]韩峰 虚拟仪器及其在实验教学中的应用[J].实验技术与管理，2006年，03期。
论文作者:陈海南
论文发表刊物:《教育学》2014年2月（总第63期）供稿
论文发表时间:2014-4-22
标签：仿真技术论文; 波形论文; 学生论文; 元件论文; 电路论文; 实训论文; 能力论文; 《教育学》2014年2月（总第63期）供稿论文;