試析虛擬仿真技術在現代電氣控制教學中的應用

劉永雙 襄陽汽車職業(yè)技術學院

虛擬仿真技術是在現代信息技術發(fā)展基礎上出現的，能夠基于對真實狀態(tài)進行有效模擬的一種技術形式。在現代電氣控制教學中，能夠利用虛擬仿真技術為學生提供一個真實的學習操作環(huán)境，在有限的教育投入情況下完成較好的教學成效。

一、虛擬仿真教學平臺系統(tǒng)

（一）電氣控制虛擬實驗系統(tǒng)

電氣控制仿真系統(tǒng)中，要結合電氣控制所涉及到的所有內容，搭建一個系統(tǒng)模塊。該模塊具有虛擬仿真狀態(tài)下的電子器件結構，如繼電器、控制器等。學生可以基于虛擬仿真平臺來完成電氣控制結構的分析、操作等。虛擬教學平臺對于實驗教學而言，具有積極地支持作用。虛擬仿真技術能夠解決教學實踐中場地和儀器方面的問題，學校可以基于計算機和網絡作為虛擬教學實驗的基礎，將真實的電氣控制環(huán)境呈現給學生。學生基于電氣控制虛擬系統(tǒng)，能夠看到與真實狀態(tài)完全相同的電子線路、電子器件等，學生可以操作計算機來完成電子線路設計和連接，電子器件組裝以及故障排除等。由于虛擬仿真實驗系統(tǒng)中，可以為學生提供各種電氣模型，學生能夠開闊眼界，鍛煉實操能力。電氣控制教學中，老師可以布置教學任務，指導學生獨立完成相應的電氣試驗操作，幫助學生更好地熟悉真實的電氣工程內容[1]。如在虛擬實驗系統(tǒng)中隨機挑選電氣控制方面的電路圖，讓學生基于所學電氣控制知識安裝原理圖，將繼電器、控制器等進行連接，完成虛擬電路并進行仿真運行，可以讓學生基于虛擬系統(tǒng)檢驗電路是否存在故障問題等，可以較好提高學生對電氣控制內容的掌握。

（二）PLC控制虛擬實驗系統(tǒng)

PLC是電氣控制的重要結構，在虛擬仿真實驗系統(tǒng)中，可以建立電氣控制模型，利用PLC模擬技術來完成自動化控制程序的編輯。PLC是一種基于電子器件的邏輯編輯器，能夠基于對電氣控制目標的分析來進行具體的自動控制程序編寫，程序會存儲于PLC存儲器當中，在電氣設備運行時按照既定的順序進行調取，從而實現了電氣自動化運行[2]。在電氣控制教學中，要增強學生對于PLC的編輯能力，就要充分發(fā)揮虛擬仿真系統(tǒng)的優(yōu)勢。通過系統(tǒng)模型可以構建出真實的自動控制過程，學生要根據教學任務拉力編輯出制定的控制程序。PLC虛擬教學平臺，可以為學生提供仿真的編輯器、存儲器、傳輸線路、電氣設備等，并根據學生所編輯的程序來模擬電氣設備運行，進而能夠讓學生直觀了解到程序編輯是否正確有效。在PLC仿真教學中，基于計算機軟件和硬件支持，可以強化數據模型的參數和運行效果，如在計算機上展示傳感器信號、函數公式以及運行狀態(tài)監(jiān)測等，這些都與真實的電氣自動化運行過程相一致，學生能夠將理論知識與實踐過程進行綜合掌握。在電氣控制的教學中，基于虛擬平臺能夠改變傳統(tǒng)教學中，學生無法更好地追蹤故障根源的限制。基于虛擬環(huán)境的電氣運行數據，學生可以更加全面和細致地進行PLC編輯程序的檢驗，準確判斷程序中是否存在漏洞和錯誤等[3]。虛擬實驗系統(tǒng)，根據教學要求可以自由選擇相關數據進行場景呈現，如電氣控制教學中，老師調式好硬件設備和軟件系統(tǒng)后，就可以設置虛擬教學的各種參數和變量，而虛擬實驗平臺就可以根據這些參數來形成對應的仿真畫面，使得畫面模擬的自動控制生產場景打破單一固定的局限，可以通過三維立體的動態(tài)過程予以展示，學生也可以接觸到各種不同的電氣控制情況，提高電氣技術的實踐水平。

二、虛擬仿真電氣教學實施途徑

（一）教學需求分析

汽車職業(yè)技術院校在電氣控制教學中，利用虛擬仿真技術能夠更好地開展需求分析。電氣控制是汽車領域的重要技術，專業(yè)性非常強，給學生帶來較大的學習困難。在電氣教學中，利用虛擬仿真技術，可以更好地將理論知識融入到實踐環(huán)節(jié)中，讓學生較好掌握汽車結構、電氣控制模塊、電氣運行原理等[4]。學生基于虛擬仿真學習，對于所學知識和技能存在的不足和漏洞也有了一個更為清晰的認知，從而知道自己應當補充和糾正哪些知識，學生對于電氣控制教學的需求更加明確，也能夠使老師針對需求來強化教學重點。

（二）教學模式優(yōu)化

虛擬仿真技術可以優(yōu)化教學模式，在電氣控制教學中轉變學習理念，讓課堂成為學生熟悉職業(yè)崗位的重要媒介。在虛擬仿真技術支持下，電氣控制教學過程可以進行細化分解，學生能夠直觀看到宏觀和微觀兩個層面的知識內容，使得學生能夠對電氣實踐方法有一個更加深入的體驗。如汽車儀表等電氣結構，可以分解為更加直觀易懂的框架、部件等，對于汽車電氣故障也能夠進行模擬，使得學生全面掌握汽車電路的設計、電氣結構的位置和功能運行等[5]。

（三）教學過程控制

基于虛擬仿真技術，可以幫助電氣控制教師更好地控制教學過程。虛擬仿真技術是基于信息技術、計算機技術以及網絡技術等實現的，學生在模擬電氣控制過程時，所有的實踐數據都是實時傳遞到老師的教學模塊當中，并動態(tài)分析學生對知識和技能的掌握情況。老師可以根據實際的教學情況控制進度，保證學生的學習效果，對于學生較為集中的問題，可以及時予以指導和補充，使學生的綜合實踐素質得以提升。

三、結束語

電氣控制科目教學要注重學生實踐能力的培養(yǎng)，通過構建虛擬仿真教學平臺系統(tǒng)，能夠為學生提供與真實操作環(huán)境一致的仿真虛擬環(huán)境，使學生能夠更好地將所學理念運用于實踐當中。在電氣控制虛擬實驗系統(tǒng)和PLC控制虛擬實驗系統(tǒng)支持下，教師能夠較好完成教學需求分析、教學模式優(yōu)化以及教學過程控制，從而提高教學質量。