电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学探析

　　摘 要 电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学是一种把抽象、难懂、枯燥的电气工程专业构造成可视化、形象化、实践化、技能化的教学方式。它不仅真实而生动地展现了电气设备、电气工作原理、电工作业环境、电工操作过程和电工实践的物化成果，还可以让学生感受到学习的兴趣，激发参与实践的动力和增强技能实现的成就感，降低了学生学习电工课程理论知识的难度，提升了学生动手实践操作的技能。 

　　关键词 电工课程；模拟仿真；实践操作；一体化教学 

　　1 电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学概述 

　　电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学，是指专业教师在电工基础、电工技能与训练、电气控制与运行等电工课程的教学中，以贴近电气技术岗位的教学内容为主，利用自己设计和开发的教学课件、教学软件或教材配套的教学软件等多媒体电工教学信息资源[1]，通过计算机和投影仪真实、直观、形象地再现电工原理、电工操作程序和工作场景，让学生上机进行电工原理、电工操作过程的模拟仿真操作，然后进行电工技能训练的实际操作；或者将多媒体引进实训室，一边进行模拟仿真操作，一边进行实践操作，使学生不仅学到电工课程的理论知识，又学到电工实训操作的技能，从而培养学生电工实际工作能力，实现电气工程专业技术人才的培养目标。 

　　2 电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学的意义 

　　电工课程的特点是理论知识抽象难懂，实训操作则具体实在，而且只有在掌握电工理论知识的基础上，才不至于盲目而机械地操作，真正地掌握实际的电工操作技能。如电动机控制电路的工作原理是比较抽象难懂的，但只有理解和掌握电动机控制电路的工作原理，才能正确而有效地进行电动机控制电路配电板的安装、调试、检测、通电运行与故障排除。如果按照常规的教学方法，教师借助于粉笔与黑板对电动机控制电路的工作原理进行讲解和描述，学生难以理解和接受，实践也仅是简单地模仿和机械地操作，不能真正领悟和掌握专业技能。导致学生容易产生厌学的心理和情绪，丧失学习的兴趣和信心，不利于知识学习与实践能力提升的有效结合。所以，如何把抽象难懂的电工原理变得形象直观、生动易学，又如何把电工的理论知识与具体实在的操作有机地进行过渡和衔接，提高电气工程技术人才培养的质量，这就是电工课程教师需要思考和解决的问题。 

　　电工课程的模拟仿真，不仅可以把许多抽象枯燥和难以理解的电工理论和原理变得形象直观、简单易学、生动有趣，而且具有丰富的交互界面和人机交互的特性，学生可以在人机互动的过程中模拟在真实场景下的电工操作，给人以身临其境的视觉和感受。教师在电工课程的教学活动中，让学生将电气工作原理、电工作业环境和实践操作过程进行全面、生动、形象的模拟与仿真，然后使用电工器材的实物，进一步进行电气工程安装的技能训练，从而培养学生电工实际工作的能力。 

　　如针对现阶段中职学生喜欢电脑和游戏，形象思维能力优于逻辑思维能力，模仿能力和动手能力较强的特点，教师在电工技能与实训课程[2-4]“两地控制一盏灯电路”的教学中，通过动画的形式，呈现电路工作的原理、电器元件的实物和楼上、楼下两个地方控制一盏灯的工作场景，卡通人物在不同的方位进行开关灯操作的同时，电路原理图中电灯的图形符号与仿真工作环境下的电灯也就显示对应的或亮或灭的工作状态。学生在理解和掌握“两地控制一盏灯电路”工作原理的基础上，以游戏的方式，按照原理图中给出的先后顺序，在实物图中模拟在真实场景下进行连接导线的练习：1）断开总开关，切断电源，防止带电操作；2）按原理图完成全部接线；3）通电运行。 

　　学生在通过虚拟的学习获得实际的知识和初步操作技能的基础上，采用双控开关、电灯和导线等实物，按上述步骤，进行实际而真实的技能操作的训练，就能够进一步掌握“两地控制一盏灯电路”安装操作的技能。 

　　由此可见，电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学，是融电工知识、动画和音响效果、操作实践为一体，符合学生兴趣和爱好的教学方法。它降低了学生学习电工理论知识的难度，把电工的理论知识与具体实在的操作有机地进行过渡和衔接，避免了电工操作的盲目性，提升了学生动手实践的能力，激发了学生的学习兴趣，调动了学生参与学习的积极性，达到让学生深刻理解电工理论知识、熟练掌握电工操作技能、充分发挥学习主体作用的效果，从而促使学生全身心融入教学活动之中，以利于学生专业能力的培养和职业素养的成长。 

　　3 电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学应用分析 

　　电动机单向运转控制电路是最基本和典型的电动机控制电路，学生在学习了低压电器的构造和原理的基础上，通过该内容的学习，为正反转电路、Y-△降压启动电路等电动机控制电路的学习打下基础。下面以电工技能与实训[2-3] 

　　及配套的电工技能与实训仿真系统[4]“电动机单向运转控制电路”的教学内容为例，进一步介绍电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学方法及应用。 

　　电动机单向运转控制电路的模拟仿真 

　　1）器材识别。进入“器材”界面，清晰地呈现交流接触器、空气断路器、热继电器、按钮和熔断器的外形结构，让学生对电器有直观的、整体的认识。将鼠标放到各器件的触点上，师生观察和讨论器件各触点的名称及电路符号。 

　　2）工作原理。进入“电路”界面，呈现电路实物图和电气原理图，将鼠标放到原理图中器件符号上，电路实物图中突出显示对应的器件，与学生一起查看和讨论器件的名称和作用。学生通过电气原理图与电路实物图的对比，为理解电路的工作原理做好了铺垫。然后进入“原理”界面，通过动画演示，教师讲解或师生讨论分析“有过载保护的单向运转控制电路”的工作原理。 

　　3）电路安装。 

　　①元件的布局：进入“布局”界面，从系统元件库中取出器件，合理布局；布置器件时应考虑器件的位置要与主电路有一定的对应，相同电器尽量摆放在一起，达到布局合理、间距合适、接线方便的效果。 

　　②电路的连线：进入“连线”界面，让学生以交互性模拟仿真的方式，按照原理图中给出的先后顺序（连接线闪烁的先后顺序），在器件布局完毕的实物图中连接导线。 

　　4）试车运行。进入“运行”界面，学生模拟仿真操作：合上电源开关，按动启动按钮SB2，电动机旋转；按动停止按钮SB1，电动机停止旋转。 

　　5）故障排除。进入“排故”界面，根据仿真电路出现的故障，引导学生观察、分析、查找和排除故障。 

　　学生通过上述过程的模拟仿真练习，基本上掌握了的电路的工作原理和安装操作的步骤，为电动机单向运转控制电路配电板的安装实训奠定基础。 

　　电动机单向运转控制电路配电板的安装实训 

　　1）绘制电动机单向运转控制电路图：学生用铅笔、三角板、图板等绘图工具，或者用计算机AutoCAD软件，绘制电动机单向运转控制电路图，为电动机单向运转控制电路安装的实践操作打下基础。 

　　2）电动机单向运转控制电路配电板的安装：①电器元件的检测；②电器元件的定位及配线；③通电运行；④电气线路故障处理；⑤清理现场。教师巡视和指导学生安装电动机单向运转控制电路配电板，检查、指导学生通电调试，设置电气故障，让学生分析和排除故障。学生在配电板实物的安装实践中提高了职业技术的能力。 

　　作品展示与交流 学生在完成了电动机单向运转控制电路配电板的安装操作之后，进一步展示自己的作品，介绍实训操作的经验和体会；然后，教师点评学生作品，赞赏和鼓励学生积极参与实训操作的热情。 

　　值得一提的是，这一教学步骤往往容易被忽略，使得教学过程不完整而感到缺憾。其实，它不仅是激活课堂欢乐气氛，促进师生交流与沟通的主要环节，也是整个教学过程的精华和高潮部分。学生通过作品展示与交流，不仅可以相互学习、共同提高，激发和保持参与操作实践的动力，还可以共同分享彼此之间的劳动成果，体验参加集体活动的乐趣，增强团队意识与合作精神，展现自我，提升职业素养。因此，作品展示与交流是进一步地深化教学内容，实现教学效果最大化的教学手段和方法。 

　　通过以上几个步骤的学习，学生掌握了电动机单向运转控制电路的工作原理和配电板安装的操作技能，实现了预定的教学目标。在教学实践中，结合学生的特点，通过计算机模拟仿真和配电板安装的操作训练，以及作品展示与交流，激发学生的学习兴趣和参与职业技能训练的热情，锻炼学生的专业能力，也促进教师直观地测评学生成长指标，关注学生技能的实现以及项目教学的具体化。而且在教学活动中，师生共同体验和感受课堂氛围和谐的愉悦，关注师生的思维发展及情感交流的融合，促使教师积极探索教学方法，促进教师专业发展。 

　　需要注意的是，将模拟仿真引入电工课程的理论教学，可以增强课堂教学效果，但它并不是增强课堂教学效果唯一的手段和方法，还要根据学生的文化层次、年龄大小和教学内容的难易程度而综合地考虑，灵活地加以应用或取舍。再者，在电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学实践活动中，计算机模拟仿真是通过虚拟设备和电路的形状、工作原理、操作程序，使学生在视觉和感觉上有身临其境的体会和感受，实现人与机的交流，便于学生对电工的理论知识和电路原理以及操作程序的理解和掌握。 

　　然而，虚拟的情境和操作必然要回归真实的电工设备和器材的操作，才能掌握实实在在的电工操作技能。因此，在电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学的实践活动中，既要重视计算机模拟仿真的应用，更要重视真实的电工设备和电工器材的实践操作。 

　　4 电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学的价值体现 

　　利于学生胜任企业岗位工作能力的培养 电气科学技术的进步和企业生产设备的更新，呈现出日新月异的发展趋势，反衬出教材内容和教学设备呈现出相对滞后和更新缓慢的状况。模拟仿真能够使用真实先进设备模型，作为学习者的操控平台，利用虚拟现实技术，通过实际操作，给学习者身临其境的切身感受，使得模拟仿真教学可以及时跟进产业技术的变革和高新设备的学习，从而适应和实现“课程内容与职业标准对接、教学过程与生产过程对接”的职教新理念，以利于学生胜任企业岗位工作能力的培养。 

　　形象直观，符合学生的认识规律 电工课程是理论和实际联系比较紧密的课程，如果理论知识与实践操作的教学同时进行，效果是最理想的。因此，在电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学过程中，学生通过模拟仿真的演示和操作，将比较抽象难懂的理论知识变得直观易学，再通过亲身实践操作，就容易理解和掌握教学内容，增强学习兴趣。从直观到抽象再回归实践的认识过程，符合学生的认识规律。 

　　避免实践操作的盲目性 在传统教学过程中，教师讲完理论知识后才指导学生进行实践操作，如果教学班级的人数过多，教师的指导就难以顾及每一个学生。所以，很多学生在操作实训的最初阶段就感到难以下手，无所适从，甚至带有一定的盲目性。如果学生通过模拟仿真的演示和操作，就容易掌握实践操作的方法和步骤，在实践操作的过程中就容易上手，按正确的方法和步骤进行实训操作。因此，电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学，避免了学生实践操作的盲目性，提高了教学的实效性。 

　　节约教学成本 为了培养学生的动手操作能力，学校必须购置一定数量的电气实训器材供学生实习用。但在实习过程中，由于学生对规范性操作行为的养成需要一定的时间和过程，因此，学生在实习过程中会不可避免地损坏一定的实习器材，增大学校的教学成本。计算机仿真，模拟真实环境下的电工作业，没有损坏电工器材的后顾之忧。通过电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学，学生就容易养成规范的操作习惯，损坏器材的可能性大大减小，而且也可以缓解因实习器材不足影响教学的压力。 

　　强化技能训练，让学生掌握实际的操作技能 电工课程的模拟仿真，逼真地再现了电工技能训练的项目，对学生身临其境和亲身参与从而获得技能提升和技能养成起到潜移默化的作用。不过，模拟仿真虽然具有直观性的教学效果，毕竟它是虚拟的教学场景，与实际的真实场景还有一定的距离。要使学生掌握真实的实际操作技能，还必须对学生进行实践操作的教学，以培养学生实际操作的动手能力。模拟仿真教学是实践操作的桥梁，通过实践操作强化技能训练，让学生掌握实际的操作技能。 

　　促进教师的专业发展 电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学，对教师使用现代教育技术的能力、专业理论知识运用的能力、动手实际操作的能力、营造寓教于乐环境的能力和调控课堂秩序的能力提出更高的要求，需要教师提升自身的专业素质和教学能力，尽可能成为“双师型”专业教师。因此，通过电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学的研究与应用，可以促进教师的专业发展。 

　　5 结束语 

　　电工课程模拟仿真与实践操作一体化教学，是一种把抽象、难懂、枯燥的电气工程专业学习对象构造成可视化、形象化、实践化、技能化的教学方式，它不仅真实而生动地展现了电气设备、电气工作原理、电工作业环境、电工操作过程和电工实践的物化成果，还可以让学生感受到学习的兴趣，激发参与实践的动力和增强技能实现的成就感，降低了学生学习电工课程理论知识的难度，提升了学生动手实践操作的技能，使学生在学到电工课程理论知识的同时，又锻炼了电工实际操作的能力。如此一来，就为学生及时跟进产业技术的变革，提高适应企业岗位工作的能力，为学生专业素质的全面发展，为学生的职业生涯和终生学习打下坚实的基础。 

　　参考文献 

　　[1]蒋发伦.仿真软件在电工电子技术教学中的应用[J].科技视界，2012（20）：138-139. 

　　[2]陈雅萍.电工技能与实训（基础版）[M].北京：高等教育出版社，2009：77-254. 

　　[3]曾祥富，邓朝平.电工技能与实训[M].2版.北京：高等教育出版社，2006：203-248. 

　　[4]大连海事大学信息工程学院信息教育技术研究所.电工技能与实训仿真教学系统[M].北京：高等教育出版社，