仿真软件在构建主义理论教学方法中的应用实践
来源:用户上传
作者:袁鑫宏 陈红春
[摘 要] 现代教学理论和教辅技术的发展，对高职电工电子类课程课堂教学改革提出新的要求和手段。对电路中“看不见，摸不着”的“电”的概念和规律，采用知识“满堂灌输”的传统教学方法，由于太过抽象、不够直观，往往效果不理想。而在课堂教学中引入软件仿真的教学辅助手段，可以非常高效地创设课堂学习情境，在任务驱动下，激发学生的学习兴趣，从而提高课堂教学效率及效果。探讨在电工课堂中引入仿真教学的探索和实践中发现的一些方法和作用。
[关 键 词] 宇龙机电仿真软件;学习情境;仿真;辅助教学
[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）22-0246-03
一、概述
电气相关类专业均开设电工电子技术课程，通过该课程的学习，使学生了解、掌握电路的基本概念和基本规律，常见电路、电子元件的外特性及典型应用，同时能熟练掌握常用电工测量仪器仪表使用，电路装接、调试及故障分析等操作应用技能。对以上电类职业高等应用型人才所必须具备的知识和能力的讲授，传统的教学方法通常会从简单到复杂、从现象到原因一步步地推导阐述，形成一个看似完整严密的“知识体系”。但高职教学的现况下，等不到老师完成整个“知识体系”讲授之前，学生已经丧失了学习兴趣，最后授课沦为“台上教师满堂灌，台下学生精神乱”的尴尬局面。
二、建构主义及仿真情景学习
随着计算机技术发展及仿真技术应用的日益普及，以建构主义作为最新理论基础的现代教育技术国际上迅速流行。与传统的学科知识体系下，教学“以知识为本”不同，建构主义强调学习应“以人为本”。建构主义认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境背景下，借助他人（教师及合作同学），利用必要学习实践平台和学习资料，通过自主构建的方式而建立。建构主义理论更强调学习者的学习主体性（主动构建知识经验）、学习社会性（与老师及同学交流互动）、学习情境性（在真实或模拟的解决问题需求情境中进行探索学习）。
建构主义为利用仿真实验提高课堂教学效率提供了极佳的理论基础。与学生长期被知识“灌输”相对，仿真实验软件可以在课堂教学中创设丰富的教学情景，在直观的真实情景中提出现实任务需求，自然会激发学生的探索兴趣，在任务驱动下学生完成自主探究式学习。
三、利用机电仿真软件，提高课堂教学效率的探索实践
在电工电子技术继电接触控制章节可以针对工厂企业的实际应用，设置典型任务驱动情景案例。现代电气化的工厂，其动力都由电机驱动，试设计一个三相交流异步电机驱动控制电路，满足各种典型控制要求。
（一）简单闸刀启停电路
创设情景：在工厂里，运行各种电机，怎样控制电机的启停？提出任务。答，学生通常能提出最简的闸刀启停电路，用宇龙机电3D仿真软件进行现场仿真。
（二）接触器自锁启停电路
教师引导：指出上述电路不能实现短路、过载保护，同时容易产生电弧的特点，提出提高自动化程度的设计改造要求。学生在思考过程中提示相关概念及能应用的改进电器，引导学生开展相关设计，激发学习兴趣，提高学习主动积极性。引出自锁控制电路。
教师总结：采用接触器自锁启停控制电路具有消除电弧、方便频繁启停以及带短路、过载保护的优点。同时引入：如果将电机驱动以传送带运料小车，就能实现小车的启停控制，并利用宇龙软件进行动态仿真，非常形象生动。
（三）正反转互锁电路
提出问题：如果传送带运料小车送完货后返回怎么办？提示可以让电机反转，从而引出正反转主电路接线方案。根據避免主电路短路的需求，提出控制电路的“互锁”方法。
（四）传送带运料小车自动停止（自动往返电路）
接下来可以设计小车自动停止控制电路（结合机床中的限位保护），引导学生装接限位开关实现行程控制。结合联动，可以实现小车的自动往返运动。
（五）小车延时自动往返控制电路
设计综合任务：实现在装货点自动停止，并延时装货后启动搬运;到卸货点自动停止，并延时卸货后自动返回。
引导学生在综合上述继电接触控制原理的基础上，介绍并引出时间继电器实现延时时间控制，并应用仿真软件进行动态仿真。
通过以上任务引领驱动的方式，教师作为引导者，以学生为学习主体，开展课程教学。能够将继电接触控制的基本原理、方法和关键技术点层层深入展开介绍，借助软件仿真，营造现场任务氛围，激发学生的学习兴趣，达到良好的教学。
（六）综合任务：小区水塔水位控制电路
应用现代仿真技术的发展，开展较复杂的综合电控设计项目也是完全胜任的，如以下的水塔水位控制设计项目。
上述电工电子技术课程以项目任务驱动的方式展开，将整个课程教学内容分成若干项目，每个项目设计具体化为若干学习情境，每个学习情境都有对应的知识点和相应的能力培养目标。在课程中，遵循由简单到复杂的教育教学规律，学习情境的学习分成三个递进阶段：第一阶段是基本学习情境，以训练学生的逐个知识点为目的;第二阶段是综合学习情境，以训练学生的综合运用能力为目的;第三阶段的学习情境是简单工程项目，以训练学生的综合设计应用知识能力和创新能力为目的。 在整个课堂教学设计中，通过教师计设计学习情境，以任务驱动的方式很容易激发学生的探索学习兴趣，而随着一个个情境任务的完成，课程知识内容、专业技能及创新能力都得以提升。
四、仿真教学的优势与应注意的问题
将仿真软件引入课程教学中能很方便地创设学习情境，提高课堂教学效率，分析其优点及不足如下：
（一）新颖的教学设计激发了学生的兴趣，提高了课堂注意力
传统知识体系式的教学方法始终难以摆脱教师讲解“灌输”知识的模式。而采用仿真软件创设学习情境，学生不由自主地进入学习情境中，随着任务的提出和开展完成，激发学生的好奇心，不断将自己置于问题任务情境中，主动分析任务完成的方法。在教师的引导下进行电路仿真实践，解决问题，学生品尝到成功的喜悦。这样，就不再会感到学习是一种负担，而是一种喜悦和兴趣。而一旦点燃了学生心中的兴趣火苗，学习就成功了一半。
（二）提高了教学效率和教学质量
电工电子技术课程，其知识特点是概念规律、抽象——“看不见，摸不着”，对这些抽象概念、电路波形复杂变换的过程，传统的教学教师很难直观描述讲解，学生学习不易理解，感到非常困难，因此很容易失去兴趣。而采用仿真软件，电路元件图形、工作波形等都能够很容易地生动形象地表现，从此“看得见，摸得着”了，按动仿真开关，所有真实的演示效果就出来了，直观清晰，大大拉近了电路与学生的距离。教师讲课变轻松了，学生听起来直观明了，极大地提高了教学效率和教学质量。
（三）与传统的实验实训环节比较，仿真环境更高效安全
在传统的电工技术教学环节，为了加深对所学知识的掌握、提高学生的操作技能，通常会设计实验实训环节。在这些现场电路设备环节应用中，由于实际的电气设备器件容易存在故障损坏、设备老化、参数不稳定等诸多问题，导致实验实训失败，从而掩盖真实的电路规律。而基于软件的仿真就可以很好地解决这个问题，因为仿真设备都是理想化参数，可以非常方便快捷构建高效的学习情境。同时，由于存在上述问题，在传统的实验实训环节，教师对多组实验实训小组进行指导的时候，往往存在忙不过来的情况，而且电气设备存在较大的安全隐患，容易导致人身和设备的安全事故。这些恰好都是软件仿真的强项，利用软件仿真，教师可以更高效而且安全地把控课堂。
（四）仿真不能完全脱离真实的电气设备应用场景
虽然软件仿真具有诸多的优点，但是它毕竟是基于软件参数优化后，对实际应用结果的“仿真”。而现实的电气化工程应用中，各种电气设备、不同应用现场必然会存在各种各样的“问题”，而将来学生毕业进入实际工厂、企业必然要面对，或者对理论和实际存在不同的“问题”，本来就是要学习掌握的内容之一。这就意味着软件仿真并不能完全替代真实电气器件应用的实验实训环节，而是要注意在学生对实际的电气元器件有直觀感性的基础上，再来开展应用软件仿真的教学辅助手段才能有效。
五、结语
总之，通过应用机电仿真软件开展课堂教学的实践来看，仿真是一种很好的教学辅助手段，在课堂教学应用中存在诸多优势。应用软件仿真能够很好地创设课堂学习情境，激发学生的学习兴趣，提高课堂教学效率和教学效果，是建构主义教学理论任务驱动教学模式良好的方法实践。当然，还要注意处理好仿真教学与实际工程现场的关系，两者必须相辅相成，相互结合，以达到最佳的教学效果。
参考文献：
[1]胡秀明.Multisim仿真软件在电子线路教学中的应用[J].现代职业教育，2018（30）.
[2]戴曰梅.Proteus仿真软件在电工基础教学中的应用[J].电子世界，2013（1）.
[3]娄娟，郑乐，石磊，等.仿真技术在电工基础实验教学中的应用[J].科技创新与应用，2012（33）.
[4]蒋华平.应用Proteus仿真技术优化电类专业课堂教学[J].科技信息，2011（12）.
◎编辑 马燕萍
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15040862.htm
