電工課程模擬仿真與實踐操作一體化教學探析*

◆張啟滔

電工課程模擬仿真與實踐操作一體化教學探析*

◆張啟滔

電工課程模擬仿真與實踐操作一體化教學是一種把抽象、難懂、枯燥的電氣工程專業構造成可視化、形象化、實踐化、技能化的教學方式。它不僅真實而生動地展現了電氣設備、電氣工作原理、電工作業環境、電工操作過程和電工實踐的物化成果，還可以讓學生感受到學習的興趣，激發參與實踐的動力和增強技能實現的成就感，降低了學生學習電工課程理論知識的難度，提升了學生動手實踐操作的技能。

電工課程；模擬仿真；實踐操作；一體化教學

1 電工課程模擬仿真與實踐操作一體化教學概述

電工課程模擬仿真與實踐操作一體化教學，是指專業教師在電工基礎、電工技能與訓練、電氣控制與運行等電工課程的教學中，以貼近電氣技術崗位的教學內容為主，利用自己設計和開發的教學課件、教學軟件或教材配套的教學軟件等多媒體電工教學信息資源［1］，通過計算機和投影儀真實、直觀、形象地再現電工原理、電工操作程序和工作場景，讓學生上機進行電工原理、電工操作過程的模擬仿真操作，然后進行電工技能訓練的實際操作；或者將多媒體引進實訓室，一邊進行模擬仿真操作，一邊進行實踐操作，使學生不僅學到電工課程的理論知識，又學到電工實訓操作的技能，從而培養學生電工實際工作能力，實現電氣工程專業技術人才的培養目標。

2 電工課程模擬仿真與實踐操作一體化教學的意義

電工課程的特點是理論知識抽象難懂，實訓操作則具體實在，而且只有在掌握電工理論知識的基礎上，才不至于盲目而機械地操作，真正地掌握實際的電工操作技能。如電動機控制電路的工作原理是比較抽象難懂的，但只有理解和掌握電動機控制電路的工作原理，才能正確而有效地進行電動機控制電路配電板的安裝、調試、檢測、通電運行與故障排除。如果按照常規的教學方法，教師借助于粉筆與黑板對電動機控制電路的工作原理進行講解和描述，學生難以理解和接受，實踐也僅是簡單地模仿和機械地操作，不能真正領悟和掌握專業技能。導致學生容易產生厭學的心理和情緒，喪失學習的興趣和信心，不利于知識學習與實踐能力提升的有效結合。所以，如何把抽象難懂的電工原理變得形象直觀、生動易學，又如何把電工的理論知識與具體實在的操作有機地進行過渡和銜接，提高電氣工程技術人才培養的質量，這就是電工課程教師需要思考和解決的問題。

電工課程的模擬仿真，不僅可以把許多抽象枯燥和難以理解的電工理論和原理變得形象直觀、簡單易學、生動有趣，而且具有豐富的交互界面和人機交互的特性，學生可以在人機互動的過程中模擬在真實場景下的電工操作，給人以身臨其境的視覺和感受。教師在電工課程的教學活動中，讓學生將電氣工作原理、電工作業環境和實踐操作過程進行全面、生動、形象的模擬與仿真，然后使用電工器材的實物，進一步進行電氣工程安裝的技能訓練，從而培養學生電工實際工作的能力。

如針對現階段中職學生喜歡電腦和游戲，形象思維能力優于邏輯思維能力，模仿能力和動手能力較強的特點，教師在電工技能與實訓課程［2-4］“兩地控制一盞燈電路”的教學中，通過動畫的形式，呈現電路工作的原理、電器元件的實物和樓上、樓下兩個地方控制一盞燈的工作場景，卡通人物在不同的方位進行開關燈操作的同時，電路原理圖中電燈的圖形符號與仿真工作環境下的電燈也就顯示對應的或亮或滅的工作狀態。學生在理解和掌握“兩地控制一盞燈電路”工作原理的基礎上，以游戲的方式，按照原理圖中給出的先后順序，在實物圖中模擬在真實場景下進行連接導線的練習：1）斷開總開關，切斷電源，防止帶電操作；2）按原理圖完成全部接線；3）通電運行。

學生在通過虛擬的學習獲得實際的知識和初步操作技能的基礎上，采用雙控開關、電燈和導線等實物，按上述步驟，進行實際而真實的技能操作的訓練，就能夠進一步掌握“兩地控制一盞燈電路”安裝操作的技能。

由此可見，電工課程模擬仿真與實踐操作一體化教學，是融電工知識、動畫和音響效果、操作實踐為一體，符合學生興趣和愛好的教學方法。它降低了學生學習電工理論知識的難度，把電工的理論知識與具體實在的操作有機地進行過渡和銜接，避免了電工操作的盲目性，提升了學生動手實踐的能力，激發了學生的學習興趣，調動了學生參與學習的積極性，達到讓學生深刻理解電工理論知識、熟練掌握電工操作技能、充分發揮學習主體作用的效果，從而促使學生全身心融入教學活動之中，以利于學生專業能力的培養和職業素養的成長。

3 電工課程模擬仿真與實踐操作一體化教學應用分析

電動機單向運轉控制電路是最基本和典型的電動機控制電路，學生在學習了低壓電器的構造和原理的基礎上，通過該內容的學習，為正反轉電路、Y-△降壓啟動電路等電動機控制電路的學習打下基礎。下面以電工技能與實訓［2-3］及配套的電工技能與實訓仿真系統［4］“電動機單向運轉控制電路”的教學內容為例，進一步介紹電工課程模擬仿真與實踐操作一體化教學方法及應用。

電動機單向運轉控制電路的模擬仿真

1）器材識別。進入“器材”界面，清晰地呈現交流接觸器、空氣斷路器、熱繼電器、按鈕和熔斷器的外形結構，讓學生對電器有直觀的、整體的認識。將鼠標放到各器件的觸點上，師生觀察和討論器件各觸點的名稱及電路符號。

2）工作原理。進入“電路”界面，呈現電路實物圖和電氣原理圖，將鼠標放到原理圖中器件符號上，電路實物圖中突出顯示對應的器件，與學生一起查看和討論器件的名稱和作用。學生通過電氣原理圖與電路實物圖的對比，為理解電路的工作原理做好了鋪墊。然后進入“原理”界面，通過動畫演示，教師講解或師生討論分析“有過載保護的單向運轉控制電路”的工作原理。

3）電路安裝。

①元件的布局：進入“布局”界面，從系統元件庫中取出器件，合理布局；布置器件時應考慮器件的位置要與主電路有一定的對應，相同電器盡量擺放在一起，達到布局合理、間距合適、接線方便的效果。

②電路的連線：進入“連線”界面，讓學生以交互性模擬仿真的方式，按照原理圖中給出的先后順序（連接線閃爍的先后順序），在器件布局完畢的實物圖中連接導線。

4）試車運行。進入“運行”界面，學生模擬仿真操作：合上電源開關，按動啟動按鈕SB2，電動機旋轉；按動停止按鈕SB1，電動機停止旋轉。

5）故障排除。進入“排故”界面，根據仿真電路出現的故障，引導學生觀察、分析、查找和排除故障。

學生通過上述過程的模擬仿真練習，基本上掌握了的電路的工作原理和安裝操作的步驟，為電動機單向運轉控制電路配電板的安裝實訓奠定基礎。

電動機單向運轉控制電路配電板的安裝實訓

1）繪制電動機單向運轉控制電路圖：學生用鉛筆、三角板、圖板等繪圖工具，或者用計算機AutoCAD軟件，繪制電動機單向運轉控制電路圖，為電動機單向運轉控制電路安裝的實踐操作打下基礎。

2）電動機單向運轉控制電路配電板的安裝：①電器元件的檢測；②電器元件的定位及配線；③通電運行；④電氣線路故障處理；⑤清理現場。教師巡視和指導學生安裝電動機單向運轉控制電路配電板，檢查、指導學生通電調試，設置電氣故障，讓學生分析和排除故障。學生在配電板實物的安裝實踐中提高了職業技術的能力。

作品展示與交流 學生在完成了電動機單向運轉控制電路配電板的安裝操作之后，進一步展示自己的作品，介紹實訓操作的經驗和體會；然后，教師點評學生作品，贊賞和鼓勵學生積極參與實訓操作的熱情。

值得一提的是，這一教學步驟往往容易被忽略，使得教學過程不完整而感到缺憾。其實，它不僅是激活課堂歡樂氣氛，促進師生交流與溝通的主要環節，也是整個教學過程的精華和高潮部分。學生通過作品展示與交流，不僅可以相互學習、共同提高，激發和保持參與操作實踐的動力，還可以共同分享彼此之間的勞動成果，體驗參加集體活動的樂趣，增強團隊意識與合作精神，展現自我，提升職業素養。因此，作品展示與交流是進一步地深化教學內容，實現教學效果最大化的教學手段和方法。

通過以上幾個步驟的學習，學生掌握了電動機單向運轉控制電路的工作原理和配電板安裝的操作技能，實現了預定的教學目標。在教學實踐中，結合學生的特點，通過計算機模擬仿真和配電板安裝的操作訓練，以及作品展示與交流，激發學生的學習興趣和參與職業技能訓練的熱情，鍛煉學生的專業能力，也促進教師直觀地測評學生成長指標，關注學生技能的實現以及項目教學的具體化。而且在教學活動中，師生共同體驗和感受課堂氛圍和諧的愉悅，關注師生的思維發展及情感交流的融合，促使教師積極探索教學方法，促進教師專業發展。

需要注意的是，將模擬仿真引入電工課程的理論教學，可以增強課堂教學效果，但它并不是增強課堂教學效果唯一的手段和方法，還要根據學生的文化層次、年齡大小和教學內容的難易程度而綜合地考慮，靈活地加以應用或取舍。再者，在電工課程模擬仿真與實踐操作一體化教學實踐活動中，計算機模擬仿真是通過虛擬設備和電路的形狀、工作原理、操作程序，使學生在視覺和感覺上有身臨其境的體會和感受，實現人與機的交流，便于學生對電工的理論知識和電路原理以及操作程序的理解和掌握。

然而，虛擬的情境和操作必然要回歸真實的電工設備和器材的操作，才能掌握實實在在的電工操作技能。因此，在電工課程模擬仿真與實踐操作一體化教學的實踐活動中，既要重視計算機模擬仿真的應用，更要重視真實的電工設備和電工器材的實踐操作。

4 電工課程模擬仿真與實踐操作一體化教學的價值體現

利于學生勝任企業崗位工作能力的培養 電氣科學技術的進步和企業生產設備的更新，呈現出日新月異的發展趨勢，反襯出教材內容和教學設備呈現出相對滯后和更新緩慢的狀況。模擬仿真能夠使用真實先進設備模型，作為學習者的操控平臺，利用虛擬現實技術，通過實際操作，給學習者身臨其境的切身感受，使得模擬仿真教學可以及時跟進產業技術的變革和高新設備的學習，從而適應和實現“課程內容與職業標準對接、教學過程與生產過程對接”的職教新理念，以利于學生勝任企業崗位工作能力的培養。

形象直觀，符合學生的認識規律 電工課程是理論和實際聯系比較緊密的課程，如果理論知識與實踐操作的教學同時進行，效果是最理想的。因此，在電工課程模擬仿真與實踐操作一體化教學過程中，學生通過模擬仿真的演示和操作，將比較抽象難懂的理論知識變得直觀易學，再通過親身實踐操作，就容易理解和掌握教學內容，增強學習興趣。從直觀到抽象再回歸實踐的認識過程，符合學生的認識規律。

避免實踐操作的盲目性 在傳統教學過程中，教師講完理論知識后才指導學生進行實踐操作，如果教學班級的人數過多，教師的指導就難以顧及每一個學生。所以，很多學生在操作實訓的最初階段就感到難以下手，無所適從，甚至帶有一定的盲目性。如果學生通過模擬仿真的演示和操作，就容易掌握實踐操作的方法和步驟，在實踐操作的過程中就容易上手，按正確的方法和步驟進行實訓操作。因此，電工課程模擬仿真與實踐操作一體化教學，避免了學生實踐操作的盲目性，提高了教學的實效性。

節約教學成本 為了培養學生的動手操作能力，學校必須購置一定數量的電氣實訓器材供學生實習用。但在實習過程中，由于學生對規范性操作行為的養成需要一定的時間和過程，因此，學生在實習過程中會不可避免地損壞一定的實習器材，增大學校的教學成本。計算機仿真，模擬真實環境下的電工作業，沒有損壞電工器材的后顧之憂。通過電工課程模擬仿真與實踐操作一體化教學，學生就容易養成規范的操作習慣，損壞器材的可能性大大減小，而且也可以緩解因實習器材不足影響教學的壓力。

強化技能訓練，讓學生掌握實際的操作技能 電工課程的模擬仿真，逼真地再現了電工技能訓練的項目，對學生身臨其境和親身參與從而獲得技能提升和技能養成起到潛移默化的作用。不過，模擬仿真雖然具有直觀性的教學效果，畢竟它是虛擬的教學場景，與實際的真實場景還有一定的距離。要使學生掌握真實的實際操作技能，還必須對學生進行實踐操作的教學，以培養學生實際操作的動手能力。模擬仿真教學是實踐操作的橋梁，通過實踐操作強化技能訓練，讓學生掌握實際的操作技能。

促進教師的專業發展 電工課程模擬仿真與實踐操作一體化教學，對教師使用現代教育技術的能力、專業理論知識運用的能力、動手實際操作的能力、營造寓教于樂環境的能力和調控課堂秩序的能力提出更高的要求，需要教師提升自身的專業素質和教學能力，盡可能成為“雙師型”專業教師。因此，通過電工課程模擬仿真與實踐操作一體化教學的研究與應用，可以促進教師的專業發展。

5 結束語

電工課程模擬仿真與實踐操作一體化教學，是一種把抽象、難懂、枯燥的電氣工程專業學習對象構造成可視化、形象化、實踐化、技能化的教學方式，它不僅真實而生動地展現了電氣設備、電氣工作原理、電工作業環境、電工操作過程和電工實踐的物化成果，還可以讓學生感受到學習的興趣，激發參與實踐的動力和增強技能實現的成就感，降低了學生學習電工課程理論知識的難度，提升了學生動手實踐操作的技能，使學生在學到電工課程理論知識的同時，又鍛煉了電工實際操作的能力。如此一來，就為學生及時跟進產業技術的變革，提高適應企業崗位工作的能力，為學生專業素質的全面發展，為學生的職業生涯和終生學習打下堅實的基礎?！?/p>

［1］蔣發倫.仿真軟件在電工電子技術教學中的應用［J］.科技視界，2012（20）∶138-139.

［2］陳雅萍.電工技能與實訓（基礎版）［M］.北京∶高等教育出版社，2009∶77-254.

［3］曾祥富，鄧朝平.電工技能與實訓［M］.2版.北京∶高等教育出版社，2006∶203-248.

［4］大連海事大學信息工程學院信息教育技術研究所.電工技能與實訓仿真教學系統［M］.北京∶高等教育出版社，2009.

Simulation and Practical Integration Teaching in Electrician Course

ZHANG Qitao

Integration teaching of simulation and practice in the elec trician course， is a kind of way of teaching that abstract， diffi cult，boring electrical engineering learning object constructed as visua lization， visualization， practice， it is not only accurately and vividly describe electrical equipment， electric work principle， operation en vironment， electrical electrician process and practice of achieve ment， but also can make students feel the learning interest， inspire participation practice power and skill enhancement to achieve a sense of accomplishment. Reduce the diffi culty of theoretical know ledge of electrician course， improve students' practice skills.

electrician course； simulation； practice； integration teaching

G712

B

1671-489X（2016）10-0135-03

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.10.135

*項目來源：廣西壯族自治區教育廳2011年度廣西中等職業教育教學改革立項項目“農村電氣技術專業電工課程模擬仿真與實踐操作一體化教學的研究與實踐”（桂教職成〔2011〕41號文件）成果。項目主持人：張啟滔。

作者：張啟滔，桂林市民族職業技術學校高級講師，研究方向為電氣工程教學（541004）。