虛擬仿真實訓在電子電工教學中的應用

王先美

虛擬仿真，就是在一個虛擬的系統中模仿出真實系統的一種技術。虛擬仿真技術具有真實性、交互性、虛擬性的特點。真實性，是指雖然虛擬系統呈現的內容是在虛擬世界中呈現的，但是它所呈現的內容與真實的事物幾乎沒有太大的差異，只是真實的事物存在于現實生活中，而虛擬仿真軟件呈現的事物在虛擬的世界中;交互性，是指人們可以應用計算機、手機等載體來應用虛擬仿真軟件，與虛擬仿真事物交互，其交互得到的結果與在現實生活中與實體事物交互的結果一致;虛擬性，是指仿真軟件呈現的事物畢竟是在一個虛擬的環境中呈現的虛擬事物，于是即使這件事物與人們交互以后被破壞，它還是可以再被還原，人們可以反復與這件虛擬事物交互;封閉性的特點，即虛擬仿真技術呈現的功能是有限的，研發虛擬仿真軟件的研發人員可以盡可能地預設出更多的功能，然而，虛擬軟件的應用受到載體的限制，于是它的功能不會是開放的，而只能以封閉的形式存在，然而，只要人們的學習需求在虛擬仿真軟件預設的范圍內，就可以應用它來替代實體事物的功能。在電子電工教學中，應用虛擬仿真軟件開展實訓，就是要了解特點的基礎上盡可能地發揮它的應用優勢，來提高電子電工教學實訓的效果。

一、應用虛擬仿真軟件呈現具象化的學習情境

在傳統的電子電工實訓教學中，教師有時會過于重視理論教學，而忽略了把理論教學的內容與實物對應起來，這造成學生有時難以理解抽象化的理論知識。教師的理論教學存在這樣的問題，與教師受到各種教學條件限制的因素有關。而在擁有了虛擬仿真技術的支持以后，教師在開展電子電工的實訓教學時，就能把理論知識與實體事物結合起來，呈現給學生。學生在學習理論知識時，便能夠看到具象化的實物。在這樣的情境中，學生可以對應實物來理解抽象化的概念。

以學習PN結導電機理為例，在傳統的實訓教學中，教師會應用圖片來呈現半導體，然后說明這種半導體是什么。然而圖片是二維的事物，學生即使看到了圖片，依然還是難以在腦中呈現出這種半導體的實物。而在擁有了虛擬仿真技術以后，教師便可以應用軟件打開這種半導體，教師可以應用虛擬仿真軟件中360無死角旋轉的方式，讓學生全面了解這種半導體，教師一面讓學生看到這種半導體，一面為學生講解相關的理論知識。

二、應用虛擬仿真軟件提高學生實訓探究興趣

虛擬仿真軟件具有所見即所得的特點，即學生在虛擬仿真軟件上進行了一個操作以后，學生將能夠馬上看到虛擬操作的結果。在這樣具象化的學習情境中，學生會充滿著探究的興趣，學生在學習時會想要了解：我現在進行了一個操作以后，這個操作的結果如何呢？它是否和我預期的結果相符？當學生抱著這樣濃厚的探究興趣時，教師就能夠引導學生進行積極的實訓。

以學習儀器儀表的使用為例。在實體環境中，教師通常不敢大膽地讓學生去探究，這是因為教師害怕學生會破壞儀器儀表，所以教師的探究教學往往只是形式化的，即教師只允許學生依自己預設的操作方案去探究，而不允許學生全面地探究。而在虛擬的環境中，學生即使在探究的過程中會破壞虛擬的儀器儀表，然而因為這些儀器儀表是虛擬的，被破壞了也不會讓學校支付更多教學成本，所以教師會讓學生充分地探究。通過探究，學生可以了解信號發生器、示波器、晶體管毫伏的使用方法。學生在探究過程中會通過探究進一步熟悉這些儀器儀表，了解它們的操作方法及哪些操作不會破壞儀器儀表，哪些操作會讓儀器依表造成不可逆轉的損傷。

三、應用虛擬仿真軟件提高學生實訓實驗水平

在實訓教學中，教師為引導學生進行實驗，讓學生發現電子電工中知識形成的過程。在傳統的環境中，教師會引導學生開展實體實驗。這樣的實體實驗對教學環境要求較高，有時教師的教學條件受到了限制，從而無法開展實體實驗。虛擬仿真軟件對教學環境要求不高，只要教師能夠擁有可以安裝虛擬軟件的計算機，就能夠為學生創建這樣的實驗環境。于是教師可以應用虛擬仿真軟件為學生創建實驗環境，引導學生做實驗。

以講解星形負載電路結構為例。教師可以引導學生在虛擬的環境中做實驗，讓學生去探索，在其他條件不變的前提下，星形對稱負載有無中線，對中線電流產生的影響，及對相電壓產生的影響;在三相負載不對稱時，負載有無中線，對中線電流產生的影響，及對相電壓產生的影響。教師可以引導學生應用開展實體實驗的方法來開展虛擬實驗，然后在虛擬實驗的環境中探索中性線在三相電路中的作用。于是，學生在虛擬仿真提供的虛擬環境中做實驗，然后通過觀察、分析來研究某種現象出現背后呈現的規律。在這樣的虛擬仿真環境中，教師的實驗教學的效果非常良好。

四、應用虛擬仿真軟件提高學生實訓實踐效果

在電子電工的教學中，教師需要通過實訓來提高學生的實踐能力。在傳統的環境中，教師會要求學生在實體化的環境中實訓?，F在擁有了虛擬仿真的技術，教師可以引導學生應用軟件來進行實踐，然后在實踐的過程中發揮自己的想象力，完成實踐項目。

以設計一個三極管共發射極放大電路為例，教師可以引導學生應用虛擬仿真軟件提供的器材來設計一個三極管共發射極放大電路，使三極管具有放大和反相的作用。學生在這樣的環境中，可以觀察他們可以使用的器材與每種器材使用的特點等，然后應用學過的理論知識進行實踐，完成實踐項目任務。在實踐的過程中，虛擬仿真軟件會將學生實踐的結果應用示波器來呈現出來，學生可以通過觀察波形來了解自己的實踐質量。雖然虛擬仿真軟件不能夠完全替代實體實踐環境，但是在電子電工實訓學習的領域中，它能代替很多實體實踐環境，教師需要應用虛擬仿真軟件提供的功能，盡可能地給予學生更多實踐的機會，以此提高實訓的效果。

虛擬仿真軟件的應用，與信息技術的發展有密切的關系。信息技術越發達，虛擬仿真軟件發展就能夠得到技術支持。虛擬仿真軟件的研發，與教育事業的發展有著密切的關系，讓人們意識到可以把虛擬仿真技術與電子電工實訓教學結合起來，提高教學效果時，人們便會要求技術人員研發出現能提高電子電工實訓效果的軟件。在信息技術與教育事業飛速發展的今天，教師要了解虛擬仿真軟件在電子電工實訓教學中的應用特點，然后通過發揮它的教學優勢，提高教學質量。