虚拟仿真技术在电类专业课程教学中的改革与实践

王海波

（淮南职业技术学院，淮南 232001）

1 引言

高职院校与普通本科教育的区别在于职业教育更注重实践教学。因此，实践教学模式和实践教学体系对培养高职学生综合能力和创新能力起着关键作用。在提高实践教学比例的同时，注重学生的实践能力和技能训练对高职机电类学生尤为重要。在高职院校电类专业课程中，电工技术，电子技术，单片机技术，可编程控制技术和自动控制技术等课程的教学中，为更好提高学生的技能，需要投入大量的实验室及实验耗材，大大增加了经费的投入。在这种情况下，机电类专业课程引入虚拟仿真技术也成为专业课程教学改革的重要组成部分。

2 虚拟仿真教学的特点

机电专业课程的虚拟仿真教学意味着人们可以使用虚拟现实技术对特定学科的教学和实训内容进行数字化模拟。可以使学生在掌握理论知识的基础之上，获得类似真实的体验。虚拟仿真教学通过模拟逼真的实训情境，仿真真实的实训设备，在实际应用中具有以下特点：

2.1 构建理论和仿真相结合的教学模式

在课堂教学过程中引入仿真软件，可以使学生在课堂上直接看到实验的过程与结果，将理论知识和实验结果进行比较，会把乏味抽象的理论知识变得更为生动直观，对知识点的理解更透彻[1]。

2.2 灵活的教学环节

虚拟仿真软件能够提供多种器件和仪器仪表，并且对环境要求不高，学生不会受到实验设备及场地的限制，只需要配有相应仿真软件的计算机就可以完成自主学习，利用仿真软件所提供的各种器件和仪器仪表设计和验证电类专业课程的实践教学环节，使得学生的创造能力得到发展。

2.3 高危或极端环境的实现

通过虚拟仿真技术，可以模拟实现诸如短路、过载等实践环节，也可为学生提供了模拟高电压、大电流、高安全隐患的实践课程的可能性，避免了很多安全事故的发生。

3 虚拟仿真教学应用实例

在传统的单片机应用技术的教学中，教师往往机械的按照单片机的片上资源和片外接口顺序介绍。总体来说，这些知识点还是比较枯燥的，学生难以理解消化。这种把微控制器软硬件相对独立的教学方法使得学生无法从系统的角度去理解单片机技术其实是软件和硬件的组合，很难真正在课堂上体现单片机的实际运行过程。如果你想在课堂上演示，你需要使用很多硬件设备。另外，由于单片机实验设备器件体积小，教学演示效果不佳。

Proteus软件是一款极好的单片机应用开发平台，它以其特有的虚拟仿真技术很好地解决了单片机及其外围电路的设计和协同仿真问题，可以在没有单片机实际硬件的条件下，利用计算机进行虚拟仿真，实现单片机系统的软、硬件协同设计[2]。

以下是基于Proteus仿真软件的DS18B20多点温度测量系统的设计实例。本多点测温系统接了四个DS18B20，分别为A、B、C、D。由于每个DS18B20器件都有一个惟一的64位ROM地址，只要发送相应的ROM地址就能访问该器件[3]。仿真效果如图1所示。

图1 多点测温电路仿真效果图

4 结束语

实践证明，虚拟仿真技术为机电专业课程的教学提供了良好的平台。但同时也要注意到在机电类专业课程的实践中，通过实际仪器设备的教学和理想状态下的仿真环境的区别，以及由于元器件参数的分散性和电路干扰对结果产生的影响。在实际教学过程中，应灵活组合运用这两种方法，以达到理想的教学效果。