仿真技術在電氣控制線路安裝與檢修教學中的應用

蒙俊健 張志勇

【摘 要】本文以仿真教學應用為切入點，論述仿真教學軟件開發的思路、框架和特點，以電動機正轉（不帶過載保護）控制線路安裝為例說明教學軟件的應用，提出教學建議：彌補實踐教學條件的不足，強化實踐教學；降低學習難度，提高教學質量；突破環境限制，提供自主學習平臺。

【關鍵詞】仿真技術 電氣控制線路安裝與檢修 仿真教學

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）03B-0050-02

電氣控制線路安裝與檢修是中等職業學校機電技術應用、電氣運行與控制等專業的核心專業課程。該課程內容的理論性與實踐性都很強，應用領域十分廣泛，在專業課程體系中起著承上啟下的作用，是電工上崗考證、維修電工中級工考證的重要考點內容之一，也是從事低壓電工、電梯維修工及機床維修工等崗位工作的必修課程。對于大多數的中職學生來說，要很好理解、熟練掌握課程的知識和技能，并運用到實際工作中去解決實際問題是一件不容易的事情。為了幫助學生更好地理解和掌握專業知識及技能，廣西機電工業學校對三維仿真技術在電工類課程的應用進行研究，通過校企合作方式開發基于三維仿真技術的電氣控制線路安裝與檢修教學軟件，拓展實踐教學空間，降低教學難度和提高教學效率，取得了良好的教學效果。

一、三維仿真教學軟件開發的思路

三維仿真教學軟件的開發應根據實際工作崗位需求和課程教學標準，以真實的工作過程及工作任務為載體，去設計相關實踐教學內容和教學功能模塊，以建設符合課程教學目標的虛擬實踐教學過程和環境，使學生通過虛擬仿真學習后對工作流程、操作方法等有較深的理解，提高學生的專業技能和實際操作能力。

電氣控制線路安裝與檢修課程的教學目標是使學生能正確識別和選用常用的低壓元器件，能識讀電動機電氣原理圖，理解電動機基本控制線路、典型機床電氣控制線路的工作原理，掌握電氣控制線路檢測方法，具備低壓元器件檢查、低壓控制電路安裝、低壓控制電路檢修及利用萬用表檢查電路等專業能力。其中，電氣線路的安裝、調試和檢修能力是學習這門課程的基本能力要求，是課程教學的重點和難點。在課程教學過程中，應使用理論教學與實踐訓練并重、理論知識與操作技能密切結合的項目任務驅動、理實一體化教學模式。根據課程的教學目標和教學特點，電氣控制線路安裝與檢修課程三維仿真教學軟件開發應以常用、典型的電氣控制線路安裝為項目載體，開發具有線路安裝、試運行、負載運行和電路故障檢測教學功能的三維仿真教學軟件。

二、三維仿真教學軟件的框架結構及特點

電氣控制線路安裝與檢修課程三維仿真教學軟件以常用的電動機正轉控制線路安裝、帶過載保護電動機正轉控制線路安裝、電動機正反轉控制線路安裝、電動機星形三角形降壓啟動控制線路安裝為項目載體，根據電氣控制線路安裝的工作過程，每個實訓項目的操作界面由操作按鈕、實訓操作說明和實訓操作區組成，虛擬電氣元器件按實際元器件的尺寸比例建立三維建模，如圖 1 所示。

三、仿真教學的應用舉例

現以電動機正轉（不帶過載保護）控制線路安裝為例說明教學軟件的應用。在廣西機電工業學校職業教育在線教學平臺中點擊電氣控制線路安裝與檢修網絡課程進入虛擬實訓或在職業教育在線教學平臺中直接點擊仿真實訓平臺進入虛擬仿真教學項目頁面，選擇電動機正轉控制線路安裝實訓項目，進入圖 2 所示實訓界面。

實訓界面由項目操作按鈕、實訓操作說明、線路安裝（接線）實時評分和實訓操作區域四個部分組成。實訓操作區域由線路安裝板和相關的虛擬電氣元器件構成，各電氣元器件按所需要安裝的電路電器布置圖擺放。項目各操作按鈕的功能如下：

1.切換視角。根據操作板面的實際位置，可通過切換視角按鈕選擇合適的操作板面位置，同時可通過鼠標右鍵對操作板面進行旋轉，以從不同的角度觀察元器件的結構及觸點的位置，便于在接線練習進行觸點的正確連接和運行中觀察觸點的動作情況。

2.顯示電路圖。在接線過程中，根據需要顯示和隱藏電動機正轉控制線路電氣原理圖，初學者可根據原理圖進行接線練習。

3.移開外殼。在接線練習過程中能根據接線需要移開、放回交流接觸器和按鈕開關的外殼。

4.一鍵連接。學生在接線練習中，如果多次連接都不成功或不知道怎樣才能正確接線，可使用一鍵連接完成接線，然后觀察接線板上線路的實際接線情況，了解清楚后再點擊重新開始按鈕進行接線練習。

5.連線測試（試運行、負載運行）。當操作菜單顯示連線測試中，是表示在接線練習狀態。當已經按原理圖完成接線，操作界面會顯示“恭喜你，已經接線成功！”界面上顯示的剩余分數是此次接線練習的分數，操作按鈕會顯示“請點擊進入試運行”，點擊此按鈕即可進行試運行狀態。在試運行狀態，用紫紅色導線表示控制電路通電的狀況，學生可點擊電源開關按鈕、起動按鈕或停止按鈕觀察控制電路的通、斷電狀態及交流接觸器線圈和觸點的動作情況，以進一步理解電路的工作原理。在點擊起動按鈕時，用萬用表測量接線端子排上主電路輸出的線電壓為 380 V 時，操作按鈕會顯示“請點擊負載運行”，進行負載運行狀態，即可連接電動機進行負載運行。

6.重新開始。點擊重新開始按鈕可以根據需要重新開始接線練習，為控制線路安裝實際操作教學環節做好準備。

四、教學應用中的體會與思考

1.彌補實踐教學條件的不足，強化實踐教學。虛擬仿真技術是在三維虛擬環境中對實際的工作條件、流程、操作要求及技術指標進行模仿的綜合技術。利用三維虛擬仿真技術構建的電氣控制線路安裝與檢修教學軟件虛擬電氣控制線路安裝的實際工作情境和流程，虛擬的電氣元器件形象逼真，操作方便，實現教學了的交互要求，使學生可以在具有行為真實感、環境真實感及物理真實感的教學情境中體驗并解決相應的實踐問題。開展虛擬安裝練習與實際安裝練習相結合實踐教學，可在很大程度上彌補實踐教學條件的不足，節省實訓耗材，強化實踐教學，便于課程教學目標的實現。

2.降低學習難度，提高教學質量。在學習基本的電動機控制線路工作原理之后，學生利用仿真教學軟件模擬電氣控制線路的安裝、試運行和負載運行等操作，經教師檢查無誤后，再進行控制線路的實際安裝，降低學習難度，可使學生進一步理解電氣控制線路的工作原理，提高電氣原理圖、電器布置圖和電氣安裝接線圖的識讀能力，減少實際電路的安裝時間和導線與電氣元器件的連接錯誤，提高電路通電測試時成功率，激發學生的學習興趣和熱情，有效提高教學質量。

3.突破環境限制，提供自主學習平臺。電氣控制線路安裝與檢修三維仿真教學軟件可在任何使用互聯網的計算機上登錄練習，不受時間、空間限制，使學習者可在教師的引導下根據自身的學習情況反復地進行練習，較快地掌握電氣控制線路安裝、調試和排故方法。

當然，教學應用中也存在不少的問題。例如，在實際教學的過程中，由于受電腦屏幕大小的影響，實訓操作區域操作界面受到一定的制約，當電氣控制線路的元器件較多、控制線路較為復雜或需要連接的導線較多時，為了能正確地完成接線任務，需要對接線板面的角度進行調整和放大或縮小，增加了操作的難度和接線的時間，使電氣控制線路安裝與檢修三維仿真教學軟件在較為復雜的控制線路教學中的應用受到一定限制。

【參考文獻】

[1]王金崗，林 磊.工學結合模式下虛擬仿真教學系統設計[J].職教論壇，2013（17）

[2]楊 俊.虛擬仿真教學資源的建立及教學實踐應用研究[J].吉林工程技術師范學院學報，2016（2）

（責編 江月陽）