虛擬實訓軟件在中職電工技能實訓教學中的應用

凌波 王維霞

【摘 要】在中等職業(yè)教育信息化建設中，傳統(tǒng)實訓教學模式已經(jīng)很難滿足實際教學的需要，隨著計算機技術和軟件開發(fā)技術迅猛發(fā)展，運用虛擬實訓軟件改變中職學校的教學模式勢在必行。本文以“異步電動機自鎖控制電路的安裝”實訓項目為例，將虛擬實訓軟件應用于中職電工技能實訓教學實踐中，有效改善了實訓課堂教學效果，提高了學生的技能水平。

【關鍵詞】虛擬實訓軟件;中職;電工技能

【中圖分類號】712? 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2020）04-094-03

近年來，在中職學校招生規(guī)模不斷擴大的形勢下，實訓課的教學出現(xiàn)了若干問題，如由于實訓設備數(shù)量不能滿足學生日漸擴大的規(guī)模，從而導致實訓的次數(shù)減少，嚴重影響學生實踐技能的掌握;設備更新?lián)Q代的時間縮短，學生操作過程中的損耗率加大以及高額的實驗耗材費用使學校難以承擔;由于考慮到實訓的安全性，學生往往不能進行加電調試等具有危險性的操作。針對以上問題。虛擬實訓既能較好地完成教學目標，又能降低實訓成本，提高實訓的安全性，是一個比較好的解決方案。

虛擬實訓軟件的教學設計

1.軟件教學需求分析

好的教學軟件需要好的教學設計，好的教學設計需要先進的教學理念指導。教學軟件的設計要貫徹“主導-主體相結合”的教育理念，既要提供充足的圖文、動畫、視頻等演示資源來支持教的功能，又要有良好的界面導航及虛擬實訓交互設計來調動學生自主學習的能動性。中職“電工技能與實訓”課程主要以項目教學為主，通過十個典型的實際電路的安裝與調試，使學生能熟練掌握電工基本知識和安裝維修技能。因此在虛擬實訓教學軟件中應具有以下功能：漫游功能——能夠多角度觀察虛擬實訓器件、儀器設備及操作場景;演示功能——能夠演示電工安裝技能實訓中的操作程序、操作方法及錯誤操作結果;交互功能——能夠利用鍵盤、鼠標對虛擬場景中的設備和元器件進行自主的虛擬實訓操作，該功能是虛擬實訓軟件的核心功能;考核功能——能夠進行理論試題與虛擬實訓操作的考核，驗證學生學習水平，并給予反饋，促進學生技能的提升。

2.軟件系統(tǒng)功能介紹

通過前面的需求分析，結合中職學生學習特點，本文以“電工技能與實訓”課程中“異步電動機自鎖控制電路的安裝”為例，說明該軟件的模塊功能：電路原理分析模塊——以二維動畫的形式生動演示抽象的電路原理。器件介紹模塊——采用3D模型全方位地展示各種電氣元件的組成和結構。線路安裝模塊——既能夠自動或分步演示電路的安裝過程，還能讓學生通過鼠標進行人機交互，根據(jù)界面的操作提示，自主地進行元器件安裝和電路連接的虛擬實訓。仿真運行模塊——演示異步電動機自鎖控制電路的運行過程，在虛擬實訓場景中，學生可以通過鼠標點擊來操縱電源開關的閉合與斷開，點擊啟動或停止按鈕來控制電動機的運行或停止，如圖1所示。考核評價模塊——考核評價模塊可進行理論與虛擬實訓操作考核，在操作考核場景中，由學生完全自主操作，考核學生元器件安裝和電路連接技能是否達標，并給出評價與反饋。

虛擬實訓軟件在教學中的應用

1.教學實踐研究的方法及過程

虛擬實訓教學軟件開發(fā)完成后，在本校2018級機電技術應用專業(yè)開展教學實踐研究，其中2018級機電1班作為觀察組，2018級機電2班作為對照組。

對照組采用常規(guī)理論授課→教師示范操作→練習強化→考核評價的教學模式。以“異步電動機自鎖控制電路的安裝”實訓項目為例，具體教學階段如下：①教師對照原理圖講解電路原理，幫助學生分析電路工作過程。②教師介紹相關設備及元器件功能，學生熟悉各元器件的結構。③教師示范設備及元器件的安裝、線路的連接等操作，學生模仿練習。④學生自主進行練習，教師發(fā)現(xiàn)問題，進行集中或個別指導。⑤根據(jù)課時計劃安排，統(tǒng)一進行實訓操作考核。

常規(guī)實訓教學的教學內容絕大部分在學校實訓室完成，學生只能在課外做一些理論內容的簡單預習和復習。

觀察組利用虛擬實訓軟件，采用“理虛實一體化”的教學模式。借助虛擬實訓教學軟件，打破理論與實踐的分段式教學模式，使三者有機地融合在一起。具體教學過程如下：①課前利用網(wǎng)絡教學平臺下發(fā)虛擬實訓教學軟件，讓學生根據(jù)任務描述了解實訓的主要內容，并觀看預習電路原理分析模塊與元器件介紹模塊中的知識，記錄不清楚和不理解的問題。②教師根據(jù)學生預習中反饋的問題，對電路原理和元器件的相關知識進行針對性地講解，并讓學生對照虛擬實訓中元器件模塊的內容，熟悉各元器件的結構功能，教師進行檢查和個別指導。③教師示范設備及元器件的安裝和線路的連接等操作，學生先進行虛擬實訓練習，有問題查看軟件的幫助部分內容，練習熟練后再進入虛擬實訓考核模塊。④學生虛擬實訓考核通過后，方可進行實際的操作訓練，教師進行個別指導。⑤根據(jù)學生自主學習的情況進行實訓操作考核。

“理虛實一體化”中的虛擬實訓教學不受時間與空間的限制，學生除了在學校課上學習之外，在家中也可以利用業(yè)余時間進行虛擬的技能訓練。學校的實訓室教學主要用于解決實際操作中遇到的難點問題，這在虛擬實訓中是解決不了的。

2.兩種教學模式的效果比較

在兩組學生的教學過程中，我們采用課堂觀察、討論與問卷調查的研究方法進行教學效果的比較。

（1）應用“理虛實一體化”教學模式有助于學生對工作原理及工作過程的深度理解。以“異步電動機自鎖控制電路的安裝”實訓為例，在講解電路中熱繼電器保護的工作過程時，常規(guī)的教學只能是教師對著原理圖給學生機械地講解，學生們理解起來比較困難，很難搞明白熱繼電器的動作過程;在“理虛實一體化”教學中，虛擬實訓軟件利用動畫把熱繼電器的動作過程形象地展示給學生，讓教師教得輕松，學生理解得透徹。

（2）虛擬實訓和實際操作結合的混合式教學，讓學生的學習效率呈螺旋式逐漸上升，學生技能操作達標所需的訓練時間縮短20%，提高了實訓效率的同時，還降低了元器件的損耗。

（3）“理虛實一體化”教學模式與常規(guī)實訓教學模式相比較，具有較高的靈活性。虛擬實訓軟件可以貫穿課前預習、課中講解、課后復習等環(huán)節(jié)，學生還能夠根據(jù)自己的需要選擇有針對性的內容進行自主學習，通過網(wǎng)絡還能打破時間和空間的限制，在課外也能進行線上的學習。

（4）為了準確、有效地了解觀察組和對照組學生在不同實訓模式下的學習情況，我們編制了調查問卷，從教學方式、課堂參與度、學習難度、教學滿意度等幾個方面進行了調查。數(shù)據(jù)表明，“理虛實一體化”教學模式在實訓教學中的應用是非常有效的，能夠在一定程度上提高學生的學習興趣、學習參與度;降低理論學習的梯度，提高學生的基礎知識掌握程度;提高實訓操作的效率，增強了學生的動手能力。絕大部分學生表示非常愿意在今后的實訓中采用“理虛實一體化”教學模式進行學習。

教學實踐表明，借助于虛擬實訓軟件，可以突破時間與空間的限制，明顯增強學生實訓興趣，提高學習效率，改善實訓課教學效果，同時可以節(jié)約耗材，提高實訓的安全性。但虛擬實訓不能完全代替實際操作，只有通過“理論+虛擬實訓+實際操作”的有機融合，才能真正使實訓教學效果產生質的飛躍。

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作者單位：天津市濱海新區(qū)塘沽第一職業(yè)中等專業(yè)學校