Cult3D技术在《维修电工》课程理实一体化教学中的应用

迟立鑫　张记超

(1.南通工贸技师学院，江苏南通　226010；2.南通航运职业技术学院，江苏南通　226010)



Cult3D技术在《维修电工》课程理实一体化教学中的应用

迟立鑫1张记超2

(1.南通工贸技师学院，江苏南通226010；2.南通航运职业技术学院，江苏南通226010)

摘要分析了《维修电工》课程理实一体化教学现状，将交互式三维虚拟设计软件Cult3D引入理实一体化教学中，以课题《时间继电器自动控制Y-△形降压启动线路》为案例，分析了Cult3D技术对理实一体化教学方法的弥补作用，起到良好的教学效果。

关键词Cult3D技术；理实一体化教学；维修电工

理实一体化教学是一种较为先进的教学方法，可以避免传统教学理论与实践脱节的问题，可以实现教师为主导、学生学——做——学同步进行的教学模式，可以提升学生的职业能力。理实一体化教学方法的诸多优点使得其越来越广泛地得以应用和推广[1]。但理实一体化教学方法也并非万能的，并非所有课程都适用，也存在着一定的问题和局限性。

Cult3D软件是常见的交互式三维虚拟设计软件，可以实现三维空间立体化模型的构建，可以引入声效、动画及事件等虚拟内容，并将其整合为一体，生成具有实时交互功能的高品质三维对象[2]。将Cult3D技术引入到理实一体化的教学中，能够很好地弥补其局限性。本文以《维修电工》课程为案例进行详细讲解。

1《维修电工》课程理实一体化教学现状

1.1复杂线路接线繁琐耗时

在《维修电工》课程理实一体化教学中，大部分控制电路具有连接方式繁杂多变的特点，因此当教师对接线部分进行板书绘制或是实操示范时，由于接线繁杂重叠，操作时间长，导致学生在整个演示过程中注意力无法集中，或是对整个接线过程的认识模糊不清，最终失去学习兴趣。同时，为了能够让学生观看到通电运行的结果，教师通常耗用大量时间完成接线部分，在一定程度上占用了教学课时，影响课程进度及教学效果。

1.2教师示范视野有限

实操示范常见两种形式，即集体示范和分组示范。在实训课堂上，一般一名教师对应30-40名不等的学生，教师资源短缺。教师集体示范时，由于教师示范空间有限，导致有些学生观看视野不够清晰，对操作方法、步骤及注意事项等问题不够明确，对过程模棱两可，甚至对操作过程无心观看，降低学习兴趣，因此影响了授课质量；教师分组示范时，为达到良好的观看视野，教师一般将学生分为5-6组，重复示范。分组示范不但增加教师的工作精力，也占用了课堂大量时间，同时，对于观看完毕的小组，教师无暇管理，从而导致课堂混乱，影响教学进度。

1.3教师对学生客观测评难度大

实训过程经常出现“以一概全”的问题，即只要有一部分学生明确了操作过程，其余学生就会就近效仿，甚至每一步都“同步进行”，虽然最终均完成操作任务，但是由于学生数量因素、操作时间因素的影响，教师无法监管每一个学生的实操过程，导致测评结果偏颇，对了解学生实际掌握情况不够客观。

2Cult3D 技术的应用

2.1案例课题

以《维修电工》课程中课题《时间继电器自动控制Y-△形降压启动线路》的理实一体化教学为例，融合Cult3D技术，消除传统理论教学单调乏味的弊端，实现人机交互式教学，模拟实训环境及个性化操作相统一的虚拟实训过程，为学生掌握理论内容和操作方法奠定基础。

《时间继电器自动控制Y—△形降压启动线路》的一体化教学的任务要求：(1)技术理论要求：①掌握时间继电器自动控制Y—△形降压启动线路的工作原理及接线方法；②掌握时间继电器的作用与使用方法。(2)技术操作能力任务要求：①完成时间继电器自动控制Y-△形降压启动线路的安装；②会应用所学知识和相关仪表对时间继电器自动控制Y-△形降压启动线路进行故障排查。具体电路图如图1所示。

图1　时间继电器自动控制Y-△形降压启动线路原理图

2.2Cult3D技术应用实例

(1)元器件布局界面

利用Cult3D技术生成的FLASH文件界面如图2所示。

在此界面中插入了文字说明，学生点击“我已经明白了”对话框，系统将自动跳到元器件布局界面中。在界面中设置了“操作提示”界面，这个界面主要是文字表述。在此界面下，器件库会展现在操作者面前，学生可以直接利用鼠标将元器件拖动到相应的位置上，如图3所示。如果安放错误时，元器件会自动回到器件库中，并在“操作提示”中显示“请将器件放到正确的位置”。布局界面也设置了“原理图”界面，当学生对元器件位置产生困惑或对元器件符号不清楚时，可以进入“原理图”界面解决问题，如图4所示。

图2　元器件布局界面

图3　从器件库拖动器件图

图4　“原理图”界面图

在元器件布局界面中，通过练习，学生能够很快认识相应的元器件的外部结构、相应电气符号及安放位置。其中，形象的器件图激发了学生继续学习的兴趣。同时，通过该界面的应用不仅减轻教师的教学负担也解决了展示距离和空间局限性的问题。

(2)元器件电路界面

当教师详细讲解元器件作用及具体结构时，可以利用元器件电路界面进行辅助教学。在该界面中，插入了《时间继电器自动控制Y—△形降压启动线路》的原理图，教师可以针对原理图中相应的电器符号对应到实际的电路中。当鼠标点击原理图某电器符号时，接好的电路中将放大相应的元器件，如图5所示，鼠标移到原理图中接触器KMY的线圈时，电路中KMY接触器器件放大。在元器件电路界面中，也插入了“操作提示”界面。在“操作提示”界面中主要介绍元器件的名称、电器符号及其作用。同时该界面也显示了与原理图相对应的接线图，这些导线均是选用不同颜色，导线颜色的标注使整个电路的接线清晰，因此，教师可以在此界面下根据原理图详细讲解接线方法，不仅省去课堂上接线的时间，也可以提高教学效率。

(3)接线练习界面

接线练习界面主要由3部分组成：原理图界面、文字显示界面和元器件位置界面，如图6所示。在原理图界面中，该系统会根据电流引入的方向显示每一根导线，显示的方式是根据不同的颜色闪烁出现。学生可根据原理图的引导，完成元器件界面中元器件之间的连接。在元器件界面中，只要手势光标点击相应元器件的端点处，两端点之间将自动连接形成与原理图闪烁线号相同颜色的导线。文字显示界面由“打开”、“保存”、“答案”和“操作提示”四个功能键组成，其中“打开”功能可以打开之前关闭的接线练习；“保存”功能可以实现对此次操作的存储；“答案”功能可以起到提示作用，当学生对于某根导线连接产生疑问时，可以点击此功能键，此时元器件位置界面将会把所有接线显示在界面中；“操作提示”功能是对学生操作对错的提示，当学生连接正确时，“操作提示”对话框中将显示“接线正确，请继续”，并伴有大拇指鼓励。当学生接线错误时，“操作提示”对话框中将显示“接线错误”，并伴有鬼脸。通过接线练习界面的应用，学生可以快速掌握元器件的接线方法。由于该界面中元器件形象真实，有利于学生快速与实训中的元器件联系在一起，避免虚拟内容与实训内容脱节。界面中又伴有相应的卡通提示，让学生对练习过程产生新鲜感，从而提高学生的学习兴趣。

图6　接线练习界面

(4)运行界面

在运行界面中，学生可以自行操作电动机，并观看电动机运行情况。在该界面中每一个器件的动作都会有相应的声音引入，接触器的得电也会通过颜色的特效显示出来。在此运行界面中也有操作提示，学生可以根据提示进行下一步的操作，如图7所示。通过形、声、色，学生可以感受电动机运行的过程，并从这些外界感知深入到学生的内心意识里，让学生对运行的过程了然于心。

图7　运行界面

(5)故障排除界面

故障排除界面的操作过程主要有由4部分组成：“故障现象”对话框、“分析故障”对话框、“查找方法”对话框和“排除故障”对话框。该界面在制作时已经预设好故障点，学生首先观察故障现象，然后进行故障分析，查找故障。在“故障现象”对话框中，给予了步骤提示，如图8所示，学生根据提示进行观察故障现象。在“分析故障”对话框中，界面插入了故障点的文字说明及附带了故障提示的原理图，如图9所示。此界面主要是起提示作用，学生操作时可以略去此部分；当学生进行排除操作时，也可以到此界面中了解故障点的具体位置。在“查找方法”界面中，插入了万用表的使用方法及应用万用表练习排除故障的操作界面，如图10所示。“查找故障”对话框界面主要是针对故障现象进行学生排除故障的练习，每一个线号是否断路，在该界面中都要如实填选，如“1号线是否短路，()是 ()否”。

图8　故障现象对话框

图9　“分析故障”对话框

故障排除界面是针对现象进行故障排查学习及练习的界面，练习界面贴近实际，效果逼真。通过该界面的学习，使得学生在面对实物时能够独立自主排查故障点，从容解决问题。

图10　“查找方法”对话框

3结语

将Cult3D技术应用于理实一体化教学中，提高了教学效率，缩短了繁琐的接线时间，避免了实训空间局限性带来的视野不清问题，建立了良好的学生测评体系，实现了教师对教学效果的良好掌控。同时，提高了学生的学习兴趣，增加了学生课堂的关注度，从而达到了良好的教学效果。

参考文献

1符跃东.理实一体化教学在农村中职学校的应用[J].当代职业教育，2015(10)：28

2朱小龙，王君泽，刘宇.基于Cult3D的粉末冶金齿轮成形模具虚拟装配[J].粉末冶金工业，2014,24(5)：63

(责任编辑：谭银元)

Application of Cult3D in Theory-Practice Integrated Teaching of Maintenance Electrician Course

CHI Li-xin1，ZHANG Ji-chao2

(1. Nantong Gongmao Technician College, Nantong 226010, China;2. Nantong Shipping College, Nantong 226010, China)

Abstract:The thesis analyzes current situation of Maintenance Electrician course teaching and discusses the application of Cult3D software in the course teaching. Setting the topic of “Y-△ reduced voltage start circuit of time relay” as an example, the thesis analyzes the complementary effects of Cult3D in the course teaching.

Key words:cult3D;theory-practice integrated teaching;maintenance electrician

收稿日期：2016-01-29

作者简介：迟立鑫，女，讲师，主要从事维修电工方面的研究。

中图分类号G712

文献标志码A

文章编号1671-8100(2016)02-0084-04