虚拟技术在设备电气安装与调试课程教学中的应用

宁夏职业技术学院 李献智

虚拟技术在设备电气安装与调试课程教学中的应用

宁夏职业技术学院 李献智

设备电气安装与调试是一门培养学生专业技能、操作能力和实践应用能力的课程，要求有大量的实践性教学环节。受经费、场地、设备及人员等诸多因素影响，学生实际操作能力的提高受到了很大限制。笔者认为，可以利用虚拟技术解决该课程教学中学生实际操作难的问题，“虚”“实”结合，进一步提高教学效率。

一、虚拟技术

虚拟技术是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术、人机交换技术、网络技术、仿真技术等多种技术支持的新技术。它充分利用计算机硬件与软件资源，生成一个实时、三维的虚拟环境，从而实现对现实世界的虚拟再现。人们可以利用虚拟技术营造虚拟环境，通过操作、控制环境来实现特殊的目的。虚拟技术的本质是人与计算机的通信技术，它几乎可以支持任何人类活动，适用于任何领域。

二、设备电气安装与调试课程教学中存在的问题

设备电气安装与调试课程是机电一体化等相关专业的主干课程。该课程是将设备电气控制和可编程序控制器原理及应用两门课程内容有机糅合后，完全采用工作任务项目化教学的模式，重在培养学生专业技能的操作能力和实践应用能力。这也是学生取得中（高）级维修电工职业资格证书、PLC程序设计师资格证书的核心课程。因此，加大该课程的实践性教学环节势在必行。但是，由于受诸多因素影响，该课程在实践教学中出现了一系列问题。

1.实验教师不足，专业教师工作量大，积极性不高。笔者所在的院系属工科类专业，电气类课程实验量非常大，实验室使用率极高。虽然学校拥有8个电气实验实训室，但只配备了1个非专业实验员。在高峰时期，实验员根本没精力也没能力为专业教师准备实验工作。所有实验实训的准备、指导及实验验收工作都由专业教师一人完成，导致专业教师工作量加大，影响了实验的积极性。

2.学生多，实验场地少，实验时间缩水。自2008年以来，笔者所在的院系每年都有10个专业教学班，每个班将近50名学生，且该课程又是所有工科类专业的必修课之一，因此，实验场地明显不足。在日常的设备电气安装与调试的教学中，学生只能使用电气综合实训室和PLC实验室。尽管学校将几个专业的课程分在两个学期内完成，但每学期仍有5个教学班的实验任务。为了完成这些实验任务，学校把学生分组，每组2～3人，共用一个实验台。每次实验4 h，只要到时间，不管实验内容是否完成，必须结束实验以供其他班级使用。所以，学生人均实验时间严重缩水。

3.投入少，损耗大，实验效果不明显。由于学校实行经费包干制，为了节省开支，每个班每学期只能领取3卷导线。为了完成实验，学生只能将使用过的导线接起来再次使用，或者干脆导线不进槽架空胡拉。这样不但影响美观，而且在实际工作中是不允许的。另外，实验中电器损耗量较大、没有足够的电器备件和专业人员的检修。即使知道器件损坏也无法及时更换，达不到预期效果。

三、虚拟技术在设备电气安装与调试课程教学中的应用

通过应用虚拟技术，可以解决设备电气安装与调试课程实践性教学环节中出现的一些问题。但在具体实践操作中，首先要注意强化虚拟技术与多媒体技术的有机结合；其次，要根据不同实验的不同特点，确定虚拟仿真工具，再根据具体的实验需求加以侧重。

1.器件拆装与维修的实验。此类实验的侧重点在于使学生了解器件的结构、工作原理和动作过程。由于一些器件（如热继电器和低压断路器）必须通电而且要具备一定条件后才能运作，所以教师在课堂上传授相关内容时，无法提供其运作条件和演示过程，只能通过语言描述，使学生感觉抽象而无法理解。另外，也有一些体积较小的器件（如组合开关），教师可以在课堂上演示，但其演示过程只能使一部分学生看清楚，大部分学生无法近距离观看，从而影响教学效果。笔者认为，此类实验可以借助于制作Flash动画或3D动画解决，不仅可以使学生清楚了解器件的工作原理，甚至可以仿真器件的拆装。

2.控制电路安装的实验。此类实验的侧重点在于使学生了解控制电路的工件原理分析和安装过程的实施。当学生刚接触控制电路工作原理分析时，由于其动作过程非常短暂，无法正确理解和分析动作过程。对此，最有效、最简单的办法就是制作PPT课件。

在实物接线演示中，先将器件拍照，然后用PHOTOSHOP软件将其抠出，将每个器件导入到VISIO中制成元件库。实验前只需把所需器件拖出，按其实际的位置布置，然后再将其复制黏贴到POWERPOINT中播放。这种方法简单可行，画面与实物不仅相符，也不局限于导线的连接顺序，学生容易掌握。但是唯一的缺点是连线错误时没有相应提示，交互性差。

3.PLC程序验证的实验。此类实验是一种验证性实验，结果是否正确上机一试便知，但前提条件必须是配备PLC。虽然PLC实验室并不是全天开放，但是只要在全天开放的机房里的计算机上安装相关软件，就可以方便学生验证实验结果。

目前，笔者所在的院系主要是通过三菱PLC向学生传授可编程控制器知识，为学生提供3种仿真方法，分别是安装GX Developer8.86编程软件+GX-Simulator6仿真软件，安装FXTRN-BEG-C学习软件，安装GT Simulator2 Version 1仿真软件。这3种安装方法都收到了良好的教学效果。