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基于Multism,虚拟仿真技术的高职高专电路基础课程教学的探索与实践

时间:2022-03-21 08:21:38 浏览次数:

[摘 要] 电路分析与应用仿真课程,也称为电路基础或电路分析课程(以下面全部用电路基础来称谓),该课程作为电子信息工程技术、通信技术和移动互联应用技术等专业的一门十分重要的专业基础课,对培养高职高专电子与通信类学生,特别是定向培养士官生的职业技能具有十分重要的作用。提炼了Multism虚拟仿真技术在电路基础课程教育教学过程中如何提高教育教学效果的做法,供大家参考和指正。

[关 键 词] 电路基础;仿真教学;课程教学;改革

[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603(2017)24-0092-03

电路基础课程采用项目式教学模式,将“课堂理论讲授+实验实训验证+项目实训”相结合,并将Multism虚拟仿真技术教学演示贯穿整个教学过程之中,同时起到了加深、巩固学生所学理论知识作用,是关系到学生对理论知识的掌握程度以及实验实训技能、创新能力的培养等众多方面的一门综合性、实践性及项目技能性极强的“入门级”专业基础课程,走出了传统的理论式讲授教学的模式。

一、Multisim虚拟仿真技术在高职电子与通信类基础课电路基础课程教学中的应用现状及重要作用

电路基础课程以4个项目(模块)为主线,采用16个工作任务来引领,把理论知识具体化,贯穿于工作任务中,通过完成工作任务去掌握技能与知识。将教师动手演示与仿真的“教”与学生动手做的“学”紧密结合,教师与学生互动。该课程以培養职业技术技能为主线,突出实践技能,把原课程开设的理论、实验、实训与仿真结合在一起,以校园智能互联网络为平台,以微课为引导,激发学生的学习兴趣,提高教育教学的实战应用效果。

(一)Multism虚拟仿真技术在高职电子与通信类基础课电路基础课程教学中的应用现状

电路基础课程是通信技术专业、电子信息工程技术专业的入门级专业基础课,具有很强的理论性和实践性, 在传统的教育教学中以教师课堂理论讲授为主,辅助以验证性实验的教学模式,原来的教学模式已经跟不上新时代电子技术的发展,主要体现在教师的教育教学思想、教学观念不能随着教学改革的推进而及时调整。

该校从2015年秋季开始为中国人民解放军火箭军部队招收了两届定向培养通信技术专业士官,2017年度在电子信息工程技术专业也开始招收,并且是“文理”兼收,原有的教学模式使学生的动手能力比较弱,理论和实践脱节,导致学生学习能力不强,缺乏学习兴趣和学习动力,导致个别学生产生畏难情绪或放弃,甚至萌发转专业的想法。

因此,在电路基础课程教学中强调教学内容的针对性和实用性,适时引入了Multism虚拟仿真技术的应用与仿真演示,注重塑造技术技能型人才的培养,收到一定的成效。

(二)Multism虚拟仿真技术在高职电子与通信类基础课电路基础课程教学中的重要作用

1.基于项目式的学习模式能极大地激发学生的学习热情,将学习任务与具体实践应用相结合,充分调动学生的自主性和积极性。如在“项目1 模拟指针式万用表的组装与调试”中,将其分解为4个任务:即任务1 电路的基本概念与定律;任务2 直流电路的分析与应用;任务3 指针式万用表的电路分析;任务4MF-47万用表的组装与调试,总计34学时。围绕学生比较感兴趣的万用表的组装与调试的任务3和任务4来进行教学,并在任务1和任务2的教学中采用Multism虚拟仿真技术进行模拟仿真,最终考核方式为指导学生完成MF-47万用表的组装与调试。

2.基于项目的工作任务的学习模式能解决理论与实践脱钩,解决学生很难将学到的理论知识应用到实际工作中的不足,充分体现专业实践性强的特点。如在“项目2 照明电路的安装与检测”教学中,将其分解为3个任务,即任务5 正弦交流稳态电路的分析与应用、任务6 一阶线性电路的分析与应用、任务7 照明电路荧光灯的设计与安装,总计22学时。重点围绕家庭照明电路荧光灯的设计与安装测试来进行教学,对任务5 正弦交流稳态电路的分析与应用和任务6 一阶线性电路的分析与应用这两个对数学与物理基础理论要求比较高的特点,采用仿真技术进行直观性的演示,最终考核方式为在现代电工实训台上完成任务7 照明电路荧光灯的设计与安装测试。

3.针对专业“文理”兼收,学生“数理化”基础相差比较悬殊的特点,利用项目实训与仿真演示来淡化和弥补基础的不足,克服基础差的学生的畏难情绪,同时又调动基础好的学生的创新与探索的积极性。如在项目3 生产车间供电线路的安装与检测(16学时)和项目4 电机控制电路的组装与维修(18学时)的教学中,首先采用Multism虚拟仿真软件进行仿真演示,然后学生分组在高级电工考工装置上进行技能操作,最终考核方式为以通电测试来评定学生的成绩。

4.以项目实训为突破口,提高学生的动手能力,用项目制作实训来激发学生的成就感,调动学生的学习热情。实训是提高学生动手能力的最佳途径。简单实用的项目为宜,既不超出学生的知识范畴,又有助于提高其解决实际问题的能力。此外,还要注重让学生自己分析问题、总结经验,完成有一定技术性和科学性的实验实训报告

二、Multism虚拟仿真技术在高职电子与通信类基础课电路基础课程教学中的运用与应用方法

根据相关《专业人才培养方案》和电路基础课程标准制订切实可行的电路基础课程计划及实训指导书,撰写课程单元教学设计教案,严格检查与督促落实教学进度。

(一)Multism虚拟仿真技术促进与建立电路基础课程“教学做一体化”的项目式教学体系的形成

如何建立专业入门级课程电路基础课程“教学做一体化”的项目式教学体系,具体说来,就是要做到“三新”。

1.教材及时更新。选取以Multism虚拟仿真技术为主线的教材,恰当地处理“继承与创新”的关系,弃糟粕取精华,并根据时代特点提出新观点、介绍新成果,及时选取实训内容并进行仿真项目的建立与编制,着重反映电路分析与应用仿真的前沿动态,比如选取高等教育出版社新近出版的《电路分析与测试》作为教材,它就是以Multism虚拟仿真技术为主线来讲授的。

2.讲授方式方法求新。针对此情况,(1)选送教师进行信息化项目与仿真教学项目的学习与培训;(2)对全体授课教师进行虚拟仿真技术的培训,重点是Multism软件及Proteus软件的培训,在理论教学与实验实训教学中灵活运用Multism虚拟仿真技术进行演示,不断更新知识结构,灵活改变教育教学方式方法,捕捉电子电路技术学科的新知识、新技术。

3.根据学生亟须了解新技术、新知识的特点,对学生进行Multism软件及Proteus软件的培训,在实践教学中运用仿真软件进行演示,特别是开发设计新产品对虚拟仿真技术的要求,比如说相关的作业与练习可让学生采用Multism虚拟仿真技术来完成,上交电子版的作业即可,让学生品味新鲜、学得实在、用得恰到好处。

(二)Multisim虚拟仿真技术是电路基础课程“教学做一体化”的项目式实践教学的重要检验与补充

1.在理论课程讲授中,授课教师灵活运用仿真软件进行元器件电路的搭建,如用Multisim软件中元器库中的“3D”,让学生熟悉电阻、电容、电感及晶体管的立体图像,与实际的元器件完全一样,又如电源电压、电流的特点及实际应用,利用仿真软件的快捷和准确性来弥补学生数学与物理基础的不足。

2.在实验实训教学中,利用Multisim虚拟仿真软件进行仿真演示来指导学生根据仿真电路来搭建实训的项目电路,如欧姆定律、基尔霍夫定律或戴维南定理等相关定理的电路,并验证其正确性,让学生理论联系实践,提高学习的乐趣。

3.在项目实训教学中,本课程所选取的4个项目,先对项目采用Multisim仿真软件来讲解演示,完成电路设计与模拟搭建,然后再进行项目实物电路的焊接搭建实训,节约有限的实训教学(耗材)经费。

三、Multisim虚拟仿真技术在高职电子与通信类基础课电路基础课程教学中的应用效果评估

(一)激发高职电子与通信类学生特别是定向培养士官生的学习兴趣

电路基础课程需要充分利用现代教育教学技术和手段,采用多媒体教学增加教材以外新知识与新技术,增加课堂信息量,使静态图像以动态的形式展现给学生,这样既可以引进行业的前沿知识,又可以使抽象的内容形象化,激发学生学习该课程的兴趣,因此极大地提高了教学效果。另外,充分地利用数字化校园网络资源,使用网络资源建立该课程网站,上传优质的多媒体课件,如课程标准、教学计划、教学目标、微课视频、项目实训及习题详解。学生通过访问数字化校园网络资源,进行自主学习,利用网络资源提高学习效率。

(二)切实有效地提高高职电子与通信类学生的理论与实践应用水平

1.电路基础实验实训中用到的设备除了现代电工实验台、高级电工考核装置以外,还有很多常用的仪器仪表,比如电压表、电流表、交流毫伏表及数字万用表、数字示波器等,实际上学生对这些仪器的使用并不熟悉,所以让学生充分运用Multisim虚拟仿真软件来提前进行仪器仪表的连接、测量与使用的预习;实验实训中仪器的熟悉使用至关重要,如果此方面内容欠缺,将会导致学生入门难,实验实训中故障、问题频发,把时间白白浪费在排除各种故障上,完不成实验实训内容,从而使学生产生畏难情绪,甚至放弃或转专业,很难达到良好的教育教学效果。

2.电路基础课程的实验实训教学采用验证性实验与Multisim仿真软件辅助教学,作为电路理论学习、验证性实验及应用系统设计实训的有益补充,增强学生对电路的认识和理解。

在教学过程中,教师结合教学内容对重难点电路进行仿真分析和演示,学生可以参照并对电路進行仿真及进一步学习研究,基础较好的学生还可以结合实际应用进行电路功能的拓展和创新。Multisim虚拟仿真软件中可随时调整和修改元器件参数、电路形式,学生能亲自动手进行电路设计、元器件接线、参数设定,边仿真、边分析、边调试,并与理论分析结果进行对照,不断深化知识点的学习和理解。

如在RLC并联谐振电路设计仿真时,学生可以通过调整电路中电容、电感的值,从而改变电路振荡频率,并用Multisim虚拟仿真软件中的数字示波器或频率计监控电路参数及振荡频率的变化,还可以进行低频振荡电路或振荡电路的设计仿真,不断调试与分析,并观测器件参数改变对振荡频率、波形的影响,促进学生对谐振电路的理解,激发学生对正弦波振荡电路的探索兴趣和求知欲望,优化了教学效果,提高了教学的有效性。

(三)努力提高全体授课教师的探究性教学能力

1.注重启发式教学,激发学生的学习兴趣。教师授课时注重激发学生学习的内在动力,特别是利用Multisim虚拟仿真软件进行演示,来启发和唤醒每一个学生的思维,激发学生的学习兴趣,并同时留给学生思考的空间,使之能够由此及彼,举一反三。例如,电路的分析方法是电路基础的学习重点,可以针对一个实例,让学生用不同的分析方法进行解答,鼓励学生利用Multisim 虚拟仿真软件进行虚拟仿真演示,最后由教师对各种分析方法进行总结,强调各种分析方法使用时的注意事项。

2.注重“教与学”的互动,培养学生的创新意识。教学中学生是课堂的主体,教师在授课的过程中,应正确地激发学生的求知欲与学习动机,采取多种教学方法使课堂气氛活跃起来,如通过课堂讨论、作业练习、课堂提问、作业改错等方式,利用Multisim虚拟仿真软件来验证结果的正确与否,增强教师与学生的探讨、沟通与交流。

3.使“教与学”真正融为一体。要培养学生的创新能力,要给学生创造独立思考的机会,教师要注意培养学生对任何事物都问“为什么”的质疑与探究精神。教师在授课过程中,多给学生留一些思维空间,给学生创造自己探索、研究的机会,让学生开动脑筋自由思考,让每个学生都能在“动手、动脑、动口”的实践基础上独立地进行探索和尝试,能够不断进行创造性思维活动。

(四)基于“工匠精神”的现代学徒制有利于技术技能型人才的培养,促进校企(部队)深度合作

1.传统教学模式已不能完全适应现代人才培养需要。传统的教学模式是以教师为中心,教师是学术专家和权威,而不是专攻于某一技能的师傅,在教学中处于主导地位,学生围绕老师转。学生的一切活动都以教师为中心,教师教授什么,他们就学什么。其实在职业能力培养过程中,高职教师自身就存在某些先天的不足,绝大部分的老师都是从学术型、学科型院校出身,先天不具备企业的经历或工作经验。在教授学生的过程中,会有意无意地把当年老师怎么教他的方式复制到高职院校的课堂,如果完全靠高职学校的教师去完成教学任务,显然这很难实现高职院校学生“职业技能”的培养目标。

2.基于“工匠精神”的现代学徒制有利于高素质技能人才的培养,促进校企(部队)合作。现代学徒制是以企业(部队)用人需求为目标,以校企(部队)深度合作为基础,以学生(学徒或学员)培养为核心,以“工学结合、半工半读”为形式,以教师、企业(部队)师傅联合传授为支撑,校企(部队)双方各司其职、各负其责、各专所长、分工合作,从而共同完成对学生(学员)的培养。把工作岗位的技能训练与学校课堂的专业教学紧密结合起来,既重视专业知识的灌输和全面素质的培养,也重视专业素养和从业技能的训练,增强了学校与企业(部队)双主体办学的融合度,成为学校与企业(部队)共同发展的最佳结合点。

3.基于“工匠精神”的现代学徒制的定向培养士官培养,具体做法是:(1)结合“定向培养士官”的培养模式,深化和完善“地方院校2.5年+接收部队院校或培养机构0.5年”的培养模式;(2)从部队引进军转干部或优秀士官作为教师,发挥榜样的作用;(3)请部队优秀军官或士官来作报告,激发“定向培养士官”学生的学习激情。

四、结束语

随着军民的进一步深度融合,特别是“依托地方高等院校”定向培养士官的大规模开展,加强定向培養士官班学生的教育教学改革,特别是高职高专电子与通信类专业第一门入门级基础课电路基础课程教学面临新的问题、新的挑战,如何提高教育教学质量,如何检验该课程的实践教学效果,如何发挥定向培养士官班学生的主体地位,如何发挥教师的主导作用,如何灵活有效地应用虚拟仿真技术进行教学,如何有效地利用信息智能化、数字化校园网络资源,如何使定向培养士官班学生更好地适应岗位任职的能力等问题,都有待于更进一步的研究、探索与完善。

参考文献:

[1]李敏.电路分析与测试[M].北京:高等教育出版社,2016.

[2]汪赵强,宫晓梅.电路分析基础[M].北京:电子工业出版社,2011.

[3]严中华.职业教育课程开发与实施[M].北京:清华大学出版社,2009.

[4]赵志群.职业教育工学结合一体化课程开发指南[M]. 北京:清华大学出版社,2009.

[5]姚建永.电路应用基础[M].西安:西安电子科技大学出版社,2008.

[6]从宏寿.Multisim8仿真与应用实例开发[M].北京:清华大学出版社,2007.

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