虛擬仿真技術在中職電工電子技術教學中的應用

董昱

（廣東省羅定市中等職業技術學校 廣東省羅定市 527200）

1 引言

作為中職系統工程實踐教育的基礎課程之一，電工電子技術課程旨在重點培養學生的應用實踐能力和技術運用能力，對學生的實操和綜合素質具有較高的要求。然而，在傳統中職電工電子技術教學中，受限于教學手段和教學方式的落后，電工電子技術實訓教學無法切實展開大型的實踐操作教學，實踐項目固定且實踐手段單一，無法滿足電工電子技術專業培養學生核心素養的教學需求。

虛擬仿真技術的誕生為中職電工電子技術教學的優化發展提供了全新的發展契機，通過借助仿真類軟件和VR 技術，教師可以在教學設計過程中增加電路運行和電路環境的教學模擬，學生通過互聯網基礎上構建的虛擬平臺和虛擬仿真設備可以進行逼近真實環境下的電工電子實踐操作。虛擬仿真技術的有效應用為中職電工電子技術教學開辟了廣闊的發展空間，深入研究虛擬仿真技術在中職電工電子技術教學中的應用對提升中職電工電子技術教學水平具有十分重要的現實意義。

2 虛擬仿真技術的基本概念和應用意義

2.1 虛擬仿真技術的基本概念

虛擬仿真技術是一種典型模擬技術，通過深度結合計算機技術、信息技術以及通信技術，利用仿真類技術軟件，構建虛擬仿真的模擬場景，通過技術控制實現現實真是場景的虛擬呈現，進而便于操作人在模擬仿真的環境下進行相應的項目設計、試驗或技術訓練。虛擬仿真技術是多項現代技術的融合體，通過人機交互、計算機圖形、傳感技術以及人工智能等技術的植入實現虛擬信息處理，進而達到三維信息處理的效果，并通過數學模型的搭建實現具體環境模型的集成化和仿真化處理，具有十分廣闊的應用前景。

2.2 虛擬仿真技術在中職電工電子技術教學中的應用意義

中職電工電子技術專業是一門十分偏重實踐的應用型學科，傳統的實訓教學方法受實驗場地、設備以及環境等因素的限制具有較大的局限性，不能夠滿足現代人才培養理念對學生核心素養的要求。虛擬仿真技術在中職電工電子技術教學中的應用能夠幫助中職電工電子專業實現實訓教學方式上的創新發展，通過虛擬仿真技術的相關軟件和VR 技術構建虛擬仿真場景，學生通過更加貼合實際環境下的電工電子模擬訓練能夠更加高效的將所學的專業技能轉化成為應用實踐能力，通過模擬操作能夠幫助學生在不斷的技術錘煉過程中解決不同電工電子的實操問題。

3 虛擬仿真技術在中職電工電子技術教學應用的技術分析

3.1 Multisim仿真軟件的應用分析

Multisim 仿真軟件是一款十分適用于中職電工電子技術教學的虛擬仿真軟件。電子電工技術專業學生在就業工作之前需要深度掌握相關電路知識和電路實驗原理，而中職電工電子技術專業教師通過結合Multisim 仿真軟件能夠為學生提供多種電路器件的模擬仿真操作，學生通過Multisim 仿真軟件可以獲得大量的模擬實驗機會，進而全面提升電路知識和電路實驗的實操能力。

當前較為常見的Multisim 仿真軟件為Multi-sim10 版本，該版本新增了“實驗面包板”功能，該功能能夠為學生提供一個與電路實驗完全一樣的模擬操作場景，使學生對電路知識和原理的認知更加貼合實際。同時，Multisim 仿真軟件內含的元器件庫十分完備，教師和學生可以從數據庫中選取任何中職電工電子技術專業實驗所需的元器件類型。

Multisim 仿真軟件能夠將復雜的電路實驗以圖形的方式展現在學生面前，操作界面簡潔易懂，學生極易上手，無論是模擬電路還是數字電路，甚至包含數字和模式的混合電路、射頻電路，Multisim 仿真軟件都可以讓學生通過圖形的方式完成對電路的認知，借助計算機鼠標就可以輕松對電路進行仿真模擬，傳統電工電子技術專業中不同電路或電子器件的波形或特性曲線需要教師手動進行繪圖分析，這種方式精度角度且效率也差強人意，而Multisim仿真軟件的虛擬仿真技術更加直觀的將實驗數據以及波形參數展現在學生面前，大幅提升了中職電工電子技術專業的教學效果和教學效率。

3.2 Matlab仿真軟件的應用分析

Matlab 仿真軟件是一款基于數學建模和系統仿真的虛擬仿真技術，是一款具備強大仿真功能的虛擬仿真工具軟件。Matlab 仿真軟件能夠更好的幫助中職電工電子教師將理論教學進行簡單化處理，進而幫助教師更好的進行系統模型和電子實驗的教學。

Matlab 仿真軟件主要涵蓋兩種仿真形式。第一種是基于仿真集成環境下的Simulink 仿真平臺，該平臺形式能夠將電工電子技術試題進行圖像化處理，具有成本低效率高的典型特征，在中職電工電子技術專業教學中具有一定的應用價值；第二種在中職電工電子技術專業教學中的應用較少，該仿真模式主要是為編寫代碼文件而達到仿真目的。

中職電工電子技術教學通常廣泛應用Matlab 仿真軟件中的Simulink 仿真平臺進行教學，該虛擬仿真形式可以將十分復雜的電路實驗模型進行直觀化處理，并對仿真結果和實驗數據進行快速分析，分析結果通過Simulink 仿真平臺所提供的仿真儀器和實體圖像化模型達到更加直觀的仿真效果。譬如：電子電工技術教學在“三相橋式全控整流電路的教學”過程中，應用Matlab 仿真軟件模擬電路模型，并通過設置一定電路參數的方式使仿真的效果達到最佳，學生通過更加直觀的方式對電路波形進行了解和掌握，進而提升了“三相橋式全控整流電路的教學”章節的教學效果。

3.3 EWB仿真軟件的應用分析

這是一款上個世紀就研發出來的電子電路虛擬仿真軟件，可以說，EWB 仿真軟件是當前中職電工電子技術教學當中應用最為廣泛的虛擬仿真軟件，該款仿真軟件具有方便快捷的使用優點，具備十分強大的模擬仿真功能，幾乎能夠百分之百的對中職電工電子實際電路進行仿真模擬，為學生提供一個更加逼真的實踐情境。

EWB 仿真軟件具有海量的電路元器件，中職電工電子技術專業學生在進行模擬仿真實驗過程中可以通過使用EWB 仿真軟件更加直接簡單的選取測試儀器、電路元器件以及儀表等。此外，故障設置功能是EWB 仿真軟件具有的獨特功能，該項功能既能夠幫助電工電子技術專業學生真實掌握模擬實驗過程中出現的開路、短路以及斷路的實驗狀況，學生通過虛擬仿真技術能夠更加真實的觀察故障出現時電路的各種狀態情況，進而幫助學生提前增強對故障的理解、掌握和處理能力，便于學生獲得在日后實際工作過程中遇到此類故障問題的處理能力。

EWB 仿真軟件還具備電路分析功能，EWB 仿真軟件即囊括了時域和頻域的電路分析法，也涵蓋了失真和噪聲的電路分析法，即能夠對電路瞬態或穩態進行電路分析，也能夠對電路零點或極點進行電路分析，通過利用EWB 仿真軟件可以切實幫助中職電工電子技術專業有效緩解實驗室和實驗設備不足的教學局面，也能夠大幅降低大型實驗場所的使用頻率，即幫助中職電工電子技術專業提升了實驗教學效果，又實現了成本的有效控制。

3.4 VR技術的應用分析

虛擬現實VR 技術是一種基于計算機圖像技術、交互技術、通信技術于一體的模擬仿真技術，其具有典型的親臨感、現實感和多維感，虛擬現實VR 技術與以上虛擬仿真技術進行全方位協調配合能夠為中職電工電子技術專業學生的實驗操作提供更加立體和仿真的操作環境，通過利用虛擬現實VR 技術可以有效提升學生電工電子技術的綜合操作水平。

譬如：在中職電工電子技術教學對《三相異步電動機的旋轉磁場》的模擬實驗教學過程中，通過有效運用虛擬現實VR 技術，教師可以將三相異步電動機更加真實的呈現在學生眼前，學生利用VR 眼鏡結合提前設定好的計算機交互模型，可以在模擬真實的環境中對三相異步電動機進行拆卸、裝配，并對其結構和運行原理進行仿真綜合分析。通過用虛擬現實VR 技術，學生更加真實的進行模擬實操訓練，教師也可以依照學生實操過程顯示出的問題進行針對性的糾正和指導，全面提升了學生電工電子技術專業知識和技能的訓練成果。

4 虛擬仿真技術在中職電工電子技術教學中的具體應用策略

4.1 虛擬仿真技術應用需準確把握教學內容

虛擬仿真技術的有效應用歸根結底還是要服務于中職電工電子技術的實驗教學，并不是所有電工電子技術專業教學內容都適合應用虛擬仿真技術，因此，電工電子技術專業教師需要準確把握專業教學內容，選取適當的實驗教學內容進行虛擬仿真技術的應用，具體應用內容由兩大類組成：第一種是電工電子技術專業消耗過高或者危險性大的實驗教學內容，以及通過傳統實驗教學難以實現教學效果的實驗教學內容，這類不可逆操作、極端環境操作、大型綜合訓練操作的實驗教學內容適用與虛擬仿真技術；第二種是電工電子技術專業實驗教學難點內容或者是學生十分感興趣的實驗教學內容，電工電子技術專業教師可以采用“互聯網+”的教學模式，鼓勵學生通過線上平臺，利用虛擬仿真技術進行自主學習和訓練。

4.2 虛擬仿真技術應用需重視專業師資力量建設

虛擬仿真技術應用到中職電工電子技術教學當中給電工電子技術專業教師的綜合能力提出了更高的要求，在此背景下，中職電工電子技術專業教師團隊不僅需要傳統的技術專業教師，還需要專職的虛擬仿真軟件工程師和網絡工程師作為技術支撐，現有的師資隊伍結構需要向著多元化的方向邁進。同時，虛擬仿真技術在中職電工電子技術教學中的深度應用不僅僅是教學方式上的轉變，也是教學模式上的轉變，電工電子技術專業教學內容逐漸向著網絡化和虛擬化的方向轉變，“互聯網+”的教學模式成為了未來中職電工電子技術發展的主流趨勢，師資隊伍開展信息化建設，推動虛擬仿真技術實驗軟件和信息化平臺教學研發已經成為了中職電工電子技術教學優化改革的必經之路。

綜上所述：虛擬仿真技術通過各類虛擬仿真軟件和虛擬現實VR 技術的廣泛應用能夠對中職電工電子技術試驗教學中的電路設計和模型進行仿真模式，為學生提供一個更加便捷、仿真、安全、高效的模擬實驗環境，能夠切實提升中職電工電子技術教學的有效性。中職電工電子技術專業教師要充分利用虛擬仿真技術的巨大優勢，采用有效的應用策略對中職電工電子專業技術教學進行優化升級，通過虛擬仿真技術為學生營造一個更加多元化的實操環境，切實提升中職電工電子技術的教學質量。