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电工电子虚拟平台建设研究
编辑:admin   时间:2018-06-24 18:32

当前,信息技术和电子技术在各行各业中都有应用,使得社会对土木工程、环境工程、机械电子专业人才的需求不断提升。为了符合社会对这些人才的需求,许多高职院校针对这些专业开设了实验课程,通过实践活动提高学生的动手能力、操作能力以及创新能力,这在推动学生的全面发展中起到了重要的作用。
近年来,新课改要求高职院校的教学以提高学生的创新思维与操作能力为主,要开展多学科的融合,建设凸显专业特色、学科先进研究成果的实践平台,以此提高实践教学活动在培养高素质综合型人才中的作用。
一、高职院校电工电子实践教学活动中存在的问题分析
我国高职院校开展的电工电子实践活动主要为模拟电路实验、模拟电子技术实验、模拟数字电子技术实验、模拟高频电路实验这几方面,主要通过实验活动帮助学生更好地掌握电工电子工作中常用仪器仪表的操作方法以及使用技巧,具备较好的实践能力,同时能够将理论知识与实际操作相连接,从而加深对所学知识的印象。
随着现代计算机技术的不断发展,电子设计自动化(EDA)技术在高职院校教育中得到了推广,且Multisim、VB、Labview 等软件在电工电子课程中得到了普遍应用,但是在基础实验教学活动中的应用频率较低,一些学校的实践教学活动仍以传统的验证性实验为主。
随着我国高职院校招生人数的增长,学生教学资源增长却有限,社会对于现代大学生的操作能力与创新能力的要求不断提升。笔者在工作中发现电工电子实验教学中主要存在的问题为:
(1)受传统教学资源的限制,一些学生没有在实验室进行实践活动,而是通过观看实验说明书进行操作,很难理解实验原理以及操作技巧。实验室教学中,教师讲解实验操作时需要花费大量时间,导致学生动手操作的时间较少,实验中出现的问题相对较多,留给学生思考的时间较少,实验时间的限制难以有效提升学生的实践能力,导致部分学生在实践活动结束之后无法有效掌握常用仪器的使用方法。
(2)一些高职院校主要通过试验箱开展实践活动,实验内容和过程相对比较简单,学生只能被动按照教师的要求进行连线、测试等简单的仪器操作活动,无法对自己感兴趣的内容进行实验,无法培养学生的创新思维和创新能力。
(3)在电工电子实验教学活动中需要使用大量的电工电子仪器设备,如示波器、信号发射器、频率计等设备,学生在平常通过教师的讲解模拟操作,实验时间和设备数量无法满足所有学生,导致学生在还没有熟练掌握仪器设备的情况下进行实验活动,导致实验过程中容易出现设备操作问题而无法完成实验。
通过现代化计算机辅助模拟教学实验的应用,学校可以建设电工电子虚拟平台,寻找理论联合实际的实验教学改进方向,将虚拟实验与实物实验相结合,提高实践教学活动的效率,从而培养学生的动手能力与操作能力,突破传统实践教学活动的限制。
二、电工电子虚拟平台设计
根据现代高职院校电工电子基础实验的内容以及目的,学校利用电路仿真软件、虚拟仪器设计软件、多媒体软件以及网络技术建设电工电子虚拟平台。从平台的功能上来看,主要可以分为虚拟实验系统和虚拟仪表系统。
1. 实验系统
虚拟实验系统是电工电子虚拟平台主要功能的实现模版,主要功能是能够完成电工电子基础实验,包括虚拟电路实验、虚拟电子技术实验、虚拟数字电路实验以及虚拟高频电路实验等。根据实际教学中的内容,学校参考一些高校的实验设计方向,在此基础上开发一些综合性、开放性的实验,使学生选择自己感兴趣的课题进行实验活动,从而提高学生对实验活动的积极性,有助于提高学生分析问题、解决问题的能力。
例如,在“虚拟电路实验”方面,可以加入单机放大电路、多级放大电路以及负反馈放大电路等实验,同时加入音频控制电路、扩音器延迟通断电路。虚拟实验系统具备实验指导的作用,能够使学生查阅实验目的、实验原理、实验要求、实验流程和步骤,同时能够对模拟电路进行分析,从而更好地完成模拟实验。系统人机交互界面良好,易于操作。
2. 虚拟仪表系统
虚拟仪表系统的主要功能是让学生熟悉各种仪器设备的操作方法,学生在虚拟仪表系统中学习各种设备的组成结构、工作原理、联系设备的操作方法。
例如,用各种表测量电路的电流与电压,用示波器观察测试点的波形,从而将所学知识与实践相连接。学生也可以根据自己的兴趣爱好选择相应的仪器设备进行学习,提高学生的学习热情。
三、电工电子虚拟平台应用的优点
电工电子课程具有较高的实践性,其实践教学的有效性对电工电子人才的培养具有重要作用。如何通过实验课程提高人才培养的效果是电工电子教师需要思考的问题。本文提出以建立电工电子虚拟实验平台提高人才培养质量的措施。学校通过转变传统的实验内容,参与课题研究、自主规划并独立进行实验,建立多层次、全面化的实验教学体系,提高实验教学的效率,激发学生对于实验活动的兴趣,从而使学生掌握良好的实验操作能力和技巧,提高学生解决问题的能力,培养学生的学科素养。
电工电子课程主要是利用科学技术研究电路结构、电子技术和数字电子技术。该学科主要以基础知识为基础,使学生实验掌握各种电路特点、电子技术,是土木工程、机械工程以及电子工程专业学生所必须要掌握的一门重要课程。实验教学是学生理论联合实际的重要方法。学生通过实验能够提高的自身操作能力,加深对理论知识的印象。传统的实验教学方式无法满足现代社会对高素质电工电子人才的要求,需要学校迫切转变实验教学模式。
四、电工电子虚拟平台应用策略
1. 选择合适的实验内容
传统的实践教学内容在电工电子实验教学中具有重要的作用,如各种信号发生器的使用与操作。这些验证性实验强调操作基础,并且通过实验能够使学生掌握信号发生器、示波器等常规电工电子设备的使用方法。教师要引导学生养成正确的操作习惯,为未来的学习与工作建立良好的基础。教师在传统验证实验的基础上需要增加开放性实验内容。学生根据自己兴趣爱好选择相应的实验计划,能够拓展学生的视野。理论知识与实践活动相结合,能够使学生学以致用,通过开放性实验提高学生的自主学习能力。学生可以选择自己感兴趣的内容,在教师的指导下自主设计实验方案。
例如,RLC 串联谐振电路设计。过去高职院校实验室中难以实现这一实验,但是利用虚拟平台中的仿真电路软件就能够很好地突破这一限制。学生在自行完成实验的过程中,能够激发自身的主观能动性,培养独立思考的能力,从而形成良好的思维方式。
2. 强化实验技能的学习
实验教学需要学生在熟练掌握试验相关技能的基础上开展。随着高职院校招生人数的增长,实验室资源无法满足每一个学生的需求,导致学生无法掌握较好的仪器设备操作方法。为了保障实践教学的效率,在实验活动开展之前,教师需要加强对学生操作各种仪器设备的培训。学生掌握好仪器设备的使用方法,教师能够开展实验活动。因此,在应用电工电子模拟平台中,教师需要有效地利用虚拟仪器系统,掌握各种仪器设备的工作原理、使用方法、操作技术等,在熟练掌握这些知识之后,开展进一步的实验。
例如,教师在中频感应加热电源节能运行技术研究中,利用虚拟仿真技术进行模拟实验,能够加深学生的印象,使学生能够获得更好的发展,同时能够提高学生的积极性。实验结果不理想的学生,需要总结失败的经验,并寻找改进的措施。
学校通过开展一系列的实验,能够使学生掌握电工电子专业的基础思路,为未来工作奠定基础,同时培养学生严谨的工作态度。
3. 增加开放性实验
开放性实验是指以学生为主体,对学生开发实验室中的各项资源,并且不受教学内容以及时间的限制。在教师指导下,学生查阅相关文献提出科学的实验设计、实验方法,通过观察实验过程以及对实验结果的总结得到科学结论。开放性实验是学生通过自身的知识与技能,根据兴趣爱好选择相应的实践内容,突出了学生的主体地位,有助于提高学生的创新思维,从而培养学生的科研能力,培养社会需求的创新人才。
新课改提出在高职院校电工电子实践教学之中需要加入开放性实验,从而提高学生对于实践活动的兴趣,使学生积极参与电工电子相关知识的学习,并与教师和同学共同分析解决问题的方法,促进学生与教师、与同学之间展开有效的沟通和交流,以此使学生提出自身的观点和疑惑,使学生之间相互学习、相互补充,丰富实验教学的形式,培养学生的创新思维。因此,实践教学过程中加入开放性实验活动,教师需要重视对学生创新思维的培养,从而提高学生的创新能力以及独立解决问题的能力。
五、结束语
高等教育的目标是培养社会需求的高素质人才。高等院校是高等教育的重要组成部分,需要为社会培养高素质的综合型电工电子人才。创新是社会发展的原动力,培养创新性人才是高等教育的重要目标。创新能力的培养主要通过实验教学实现,电子电工实验教学对学生创新能力、实践能力的培养具有重要作用,因此需要积极通过电工电子模拟平台的建设,提高实践教学效果。


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