電工電子虛擬仿真實驗平臺在實驗教學中的作用
電工學是研究電工技術和電子技術的理論及其應用的技術基礎課程。由于電工和電子技術的迅速發展和廣泛應用,成為與新科技密不可分的高校工科非電類專業的一門重要課程。
電工電子虛擬仿真實驗平臺,正是立足于電工學理論與實際相結合,配合和深化電工實驗課程“堅實基礎、注重綜合、強化設計”的宗旨,加快教育信息化建設“虛實結合”,最大限度的利用現有教學資源,培養學生分析問題和解決問題的能力,提高教學質量和創新能力。
1 傳統實驗教學現階段存在問題
傳統實驗教學方式過于單一,大部分院校還是延續著教師講解原理,演示實驗操作,學生模仿,記錄數據,并填寫實驗報告的傳統模式。一部分原因是由于學校用房緊張,前期設備采購加上后期維護,使得實驗室建設成本較高,如若放任學生自由開展實驗,后期設備的維護的費用,人力成本都將隨之增高。
另一部分原因是實驗教師人數普遍偏少,師生比分配不均,教師對學生的指導很難做到面面俱到。由于時間,場地,儀器,耗材成本等限制,課程安排綜合設計類實驗項目較少。在傳統的流水線實驗模式下,學生得到鍛煉的機會不多,創新能力和動手能力的培養更難以保證。
2 引入虛擬仿真實驗平臺的優勢
在平臺的虛擬電路搭建模塊,學生可以找到市面上大多數型號的常用儀器儀表與電子元器件。由于平臺高度還原了這些設備,學生可以嘗試使用各種不同型號儀器,而不是拘泥于實驗室中所配備的儀器,開拓了視野,為其日后的學習研究打下基礎。
學生可以通過互聯網隨時隨地的使用虛擬實驗室,不受時間或空間的限制,亦不受實驗室開放時長的拘束。
因學生在虛擬實驗平臺預習搭建電路之后再去進行真正的實驗,減少了誤操作的可能,為實驗室節省了部分耗材,維修,管理成本。
改變了高危實驗只有在教師的口頭講述或者教學視屏中才能一窺究竟的狀況。例如:二極管極限參數測試。而電工電子實驗中的電工部分,功率因數的提高、三相電路、三相異步電動機的時間控制與行程控制等實驗運行環境需要線電壓在380V,屬于強電實驗,違規操作的情況下容易造成人身安全和儀器設備的損壞。在傳統實驗教學中,強電實驗需要兩位以上教師同時指導才能保證實驗的安全,順利進行。結合平臺,學生可以自己動手操作以觀察實驗現象,安全直觀。
3 虛擬仿真實驗教學平臺的功能
以我校電工電子實驗中心與潤尼爾科技公司校企合作聯合研發的虛擬仿真實驗教學平臺為例,該平臺技術先進,架構清晰,適用于絕大多數計算機操作系統。
實驗編排功能:根據電工電子實驗課程大綱維護數據庫,包括錄入實驗室安全規定,錄入實驗項目,安排實驗進程,上傳實驗課件,標記重要知識點,擴充練習題庫等。
進度查看功能:教師可在平臺查閱自己的實驗課表,并采用“一鍵通知”的功能將上課的時間地點發到學生的手機上,提醒學生按時上課。不僅如此,教師還可以看到學生的學習進度,查看課前練習與實驗預習電路搭建的完成情況。通過平臺的大數據統計功能掌握學生的知識儲備情況,發現所學薄弱之處,及時調整教學內容,對癥下藥。
以往學生在課下遇到問題時不能及時找到教師,而對課程產生畏難情緒。所以在此平臺,中心增加了“一鍵答疑”功能,學生可以與教師互動留言。教師可以在自己的賬號中查看留言并在線回答學生的問題。
報告批改功能:學生在實驗室完成相對應的實驗之后,在線填寫實驗報告:輸入在實驗室測量的實驗數據,完成實驗指導書所要求的內容,并提交報告。教師可以選擇“一鍵批改”,屆時平臺會根據既定程序對學生的報告進行數據分析處理,并得出結論。實驗成績會直接收入平臺的成績分析與匯總模塊,便于教師查閱。
其他功能:平臺還囊括了一些實驗室日常功能,如考勤管理,設備管理等功能,此處不做贅述。
安規教育:每位同學需要完成實驗室安全規定中的相關題目之后才有資格進入系統。保證了實驗安全。
預約實驗課程:學生可以在線預約實驗課程,系統將自動生成課表,以便學生查閱。
理論測試:在進行實驗之前,系統會從題庫中抽取相對應的習題對學生進行理論測試,通過測試才可進入虛擬實驗階段,做到查漏補缺,溫故知新。
虛擬實驗:在虛擬實驗環節,學生可以在虛擬實驗室中搭建相應的實驗電路,平臺有智能學習糾錯功能,可以幫助學生指出電路中的錯誤,使學生對實驗室中可能發生的一些問題有所預判。
書寫實驗報告:學生完成實物實驗之后,可以在線填寫實驗報告。完成報告之后,成績和評價也可在系統中進行查詢。
4 “虛實互補”的實驗開放教學模式
電工電子虛擬仿真實驗平臺本著“虛實結合,軟硬兼施,互相補充,虛中有實”的建設原則,和傳統實驗模式完美結合,構建出多元化,全方位的實驗教學體系。
虛擬仿真實驗平臺更解決了綜合設計型實驗開展難的問題,因為虛擬實驗不受場地設備及耗材的限制,學生可以自由搭建自己設計的電路,大膽地進行嘗試,激發了學生的創造力。
5 結語
電工電子虛擬仿真實驗平臺在電工電子實驗中的應用能夠為專業發展提供技術支撐,為實驗發展創造有件,也能夠在一定程度上彌補傳統實驗中的局限能夠提升實驗過程的便捷性、安全性和直觀性,還能夠有效提升實驗效率。
當然,仿真實驗并不能完全替代真實實驗。電工學作為一門應用技術課程,無論仿真的結果再完美,最終還是要回歸應用。所以,采用虛擬仿真實驗平臺可以在一定程度上彌補傳統實驗教學的不足,但與傳統實驗教學始終是互相補充無可替代的關系。