王 爽，支忠山，汪琴芳

(合肥通用職業(yè)技術學院 ，合肥 230031)

工科類高職院校電類相關專業(yè)的培養(yǎng)目標是：培養(yǎng)具備電氣裝備、機電裝備、電子產(chǎn)品等的裝配、調試、維護維修的應用技能和初步具有簡單電氣、機電、電子產(chǎn)品設計制造能力的高級技能型應用人才。學生面向的工作崗位范圍廣、種類多，因此在教與學的過程中尤其需注重學生技能素質培養(yǎng)。

模擬電子技術是電類相關專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎課程，直接影響后續(xù)各專業(yè)課程的學習。該課程由于概念多、難點多、枯燥、抽象等特征使得學習難度很大。與高等數(shù)學、電路基礎等先修的課程強調理論性不同，該課程更注重的是理論與實際的結合，著眼于培養(yǎng)學生分析、應用、設計電子線路的能力。因此在教學過程中應當創(chuàng)新教學手段、優(yōu)化教學資源、巧用虛擬技術輔助教學實施，將抽象的概念具象化，充分激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力[1]-[3]。

1 現(xiàn)行模擬電子技術教學存在的問題與解決方案

傳統(tǒng)模擬電子技術的教學采用理論課與實驗課分開進行的教學模式。理論課上花費大量時間來講授元器件特性和單元電路分析，學生感受不到重點、體會不到電路的實際用途，失去了理論指導實踐的意義?，F(xiàn)行不少院校為了解決傳統(tǒng)教學模式的弊端，將課堂搬到實訓室，采用項目驅動、案例驅動、教學做一體化等教學方法。這種改革出發(fā)點是以實際應用帶動教學，讓學生更加直觀地感受課程的意義，但是受實驗室建設成本高昂等客觀條件的限制，學習效率依然低下，學生的技能水平總是得不到有效的培養(yǎng)。從實訓教學的角度來看，高素質技術技能型人才的培養(yǎng)目標難以全面實現(xiàn)的原因主要源于以下幾個方面：

(1)實訓室硬件資源有限。盡管不少高職院校模擬電子技術實驗實訓室設備臺套數(shù)充足，但設備主要用于驗證性實驗，學生通過實驗指導書給出的電路和步驟在實驗箱上進行操作，完成實驗后對電路的理論知識仍然是一知半解；隨著電子技術的高速發(fā)展，各種新型元器件、芯片不斷更新?lián)Q代，實驗實訓室不僅不能及時更新最新的元器件，還同時存在儀器和元器件的損壞問題，影響了實際的教學效果。

(2)教師資源有限。單個教師很難做到對整個班級所有的學生進行詳細指導，以至于教學質量都難以保障，因此設計類、創(chuàng)新類、自主探究類的實驗開展是難上加難，這是高職院校教學中普遍存在的問題。

(3)學生學習熱情低。大部分高職院校的學生理論基礎薄弱，學習主動性不夠，對于枯燥的專業(yè)課知識很難提起興趣，過分依賴網(wǎng)絡，沉迷于抖音、快手等小視頻的錄制和絕地求生等虛擬體驗類游戲。

要充分解決上述問題，首先要使模擬電子技術課程的案例跟得上時代進步的速度，并能充分調動學生的學習熱情并鼓勵創(chuàng)新。虛擬現(xiàn)實技術可以使人能夠沉浸在計算機生成的虛擬境界中，并能與人進行實時交互，使用者通過虛擬現(xiàn)實軟件感受到“身臨其境”的體驗，打破了客觀條件的限制。將虛擬技術應用于模擬電子技術教學，既能克服原本介紹性講解的機械化和模式化的缺點，增添了課程的趣味性和啟發(fā)性，使學生獲得身臨其境的體驗，提高學習效率；又不受客觀條件的限制，可以讓學生在虛擬環(huán)境中自主設計綜合性實驗和創(chuàng)新性實驗，有利于培養(yǎng)設計能力和創(chuàng)新意識[4]。

2 基于虛擬現(xiàn)實的模擬電子技術教學模式的設計和實施

基于虛擬現(xiàn)實技術的優(yōu)越性，以我院2018級電氣自動化技術專業(yè)為改革對象，構建了虛擬仿真模擬電子技術課堂。NI Multisim由美國國家儀器公司出品，專門用于進行電子電路設計和仿真，配備有豐富的元器件庫，提供了大量的虛擬測試儀器儀表和較為詳細的電路分析功能，且Multisim軟件的元器件庫不受客觀條件的限制，可以讓學生在如同游戲般的虛擬環(huán)境中學習并創(chuàng)新[5]。圖1為Multisim軟件的部分元器件圖形，非常逼真形象。

圖1 Multisim軟件3D元器件庫

課程以“擴音機的設計與制作”作為載體，包含三個子任務：“直流穩(wěn)壓電源的設計與制作”、“音頻前置放大器的設計與制作”、“功率放大器的設計與制作”。以任務一(直流穩(wěn)壓電源的設計與制作)為例，每個任務的教學實施是采用以下步驟完成的。

2.1 任務導入

2.1.1 借助虛擬仿真技術軟件平臺，導入任務內容并逐步展示半波整流、橋式整流、濾波、穩(wěn)壓的結果，學生在學習之前對于構成直流穩(wěn)壓電源的各個環(huán)節(jié)產(chǎn)生一個直觀的認識，激發(fā)了學生濃厚的學習興趣。圖2為直流穩(wěn)壓電源各環(huán)節(jié)示波器顯示波形。

圖2 直流穩(wěn)壓電源各環(huán)節(jié)輸出波形

2.1.2 利用虛擬實驗環(huán)境讓學生明確教學任務中應當掌握的具體理論知識及其動手能力。同時，在虛擬課程教學過程中學生應達到以下幾點要求：

(1)能夠正確識別、檢測和選用電阻、電容、二極管、集成三端穩(wěn)壓器等元器件；

(2)能夠理解直流穩(wěn)壓電源電路原理；

(3)能夠通過電路設計要求在虛擬實驗環(huán)境上搭建電路；

(4)在虛擬實驗環(huán)境中熟練使用萬用表、示波器等進行電路參數(shù)測試；

(5)能夠在虛擬實驗環(huán)境以及實驗室對制作完成的電路進行調試以達到技術指標的要求。

通過以上內容掌握與理解，使得學生在課程學習過程中以及今后的工作中樹立了自信心和積極性。

2.1.3 根據(jù)各學生的性格、學習特點、能力來進行分組，這種分組方式的目標是組員之間的關系達到最適合協(xié)作學習的狀態(tài)，并選出組長，給出任務完成的期限和評價方式，學生開始有了協(xié)作能力和團隊意識。

2.2 制定計劃

每小組對直流穩(wěn)壓電源的制作這個任務進行詳細的分析，明確任務涉及的各個要素，成員之間相互協(xié)作共同學習，確定任務的具體實施步驟，做足充分的準備工作。最終，由每小組組長提交詳細的計劃書，學生的自主學習能力及文字表達能力都得了鍛煉和加強。

2.3 實施計劃

各小組按照提交的計劃書逐步在虛擬仿真實驗平臺上實施，直到完成全部任務。課堂上，教師指導學生在虛擬仿真平臺上進行操作，課下通過建立的小組交流群與學生進行交流。在按步實施的過程中，學生逐步收獲課程知識和動手能力，并體會到具體工作的流程，不僅進行了知識的建構更加形成了職業(yè)崗位能力。

2.4 展示與評價

各小組由組長或者自主選擇一位成員，在虛擬仿真實驗平臺上展示小組成果，并在實驗室搭接、調試、驗證具體的電路，同時接受教師和其他組別成員的提問進行答辯；答辯后撰寫詳細總結報告，并指出本組成果對比其他組的優(yōu)缺點。

3 虛擬現(xiàn)實技術在工科類高職院校教學中作用

目前國家正大力發(fā)展高等職業(yè)教育，今年上半年又面向社會人員擴招100萬，因此給高職院校尤其是工科類高職院校的硬、軟件教學資源帶來了巨大的壓力。工科類高職院校教學普遍存在：學院儀器設備的更新速度跟不上電子技術的飛速發(fā)展；師生比例偏低；工科理論知識枯燥且難以掌握等問題。因此高職院校的人才培養(yǎng)目標難以順利實現(xiàn)。

我院在模擬電子技術課程的教學改革中，除了將課程內容重新整合采用項目教學以外，還引入了虛擬仿真技術貫穿了每個任務的所有環(huán)節(jié)。虛擬仿真技術提供的生動、較真實的學習環(huán)境激發(fā)了學生的濃厚學習熱情，且虛擬仿真技術具有不受客觀條件限制的優(yōu)勢，開展的綜合性、設計性和創(chuàng)新性教學開拓了學生視野、提高了學生素質。

改革中采用的虛擬仿真技術屬于虛擬現(xiàn)實技術的一種，Multisim軟件提供的3D效果僅從視覺給學生提供了虛擬感受。虛擬現(xiàn)實技術是以采用計算機技術為核心生成虛擬環(huán)境，使用戶與虛擬環(huán)境中的物體進行自然交互，并從聽覺、視覺獲得與真實世界相同感受的系統(tǒng)仿真。目前，我院在本次改革的成果上結合Multisim的強大電路設計、仿真、測試功能和3DwebMaster虛擬現(xiàn)實創(chuàng)作軟件正積極組建更合理的虛擬環(huán)境，進一步將虛擬現(xiàn)實在模擬電子技術教學中的價值發(fā)揮出來。