王 爽，支忠山，汪琴芳

(合肥通用职业技术学院 ，合肥 230031)

工科类高职院校电类相关专业的培养目标是：培养具备电气装备、机电装备、电子产品等的装配、调试、维护维修的应用技能和初步具有简单电气、机电、电子产品设计制造能力的高级技能型应用人才。学生面向的工作岗位范围广、种类多，因此在教与学的过程中尤其需注重学生技能素质培养。

模拟电子技术是电类相关专业的一门非常重要的专业基础课程，直接影响后续各专业课程的学习。该课程由于概念多、难点多、枯燥、抽象等特征使得学习难度很大。与高等数学、电路基础等先修的课程强调理论性不同，该课程更注重的是理论与实际的结合，着眼于培养学生分析、应用、设计电子线路的能力。因此在教学过程中应当创新教学手段、优化教学资源、巧用虚拟技术辅助教学实施，将抽象的概念具象化，充分激发学生的学习兴趣，培养学生的创新能力[1]-[3]。

1 现行模拟电子技术教学存在的问题与解决方案

传统模拟电子技术的教学采用理论课与实验课分开进行的教学模式。理论课上花费大量时间来讲授元器件特性和单元电路分析，学生感受不到重点、体会不到电路的实际用途，失去了理论指导实践的意义。现行不少院校为了解决传统教学模式的弊端，将课堂搬到实训室，采用项目驱动、案例驱动、教学做一体化等教学方法。这种改革出发点是以实际应用带动教学，让学生更加直观地感受课程的意义，但是受实验室建设成本高昂等客观条件的限制，学习效率依然低下，学生的技能水平总是得不到有效的培养。从实训教学的角度来看，高素质技术技能型人才的培养目标难以全面实现的原因主要源于以下几个方面：

(1)实训室硬件资源有限。尽管不少高职院校模拟电子技术实验实训室设备台套数充足，但设备主要用于验证性实验，学生通过实验指导书给出的电路和步骤在实验箱上进行操作，完成实验后对电路的理论知识仍然是一知半解；随着电子技术的高速发展，各种新型元器件、芯片不断更新换代，实验实训室不仅不能及时更新最新的元器件，还同时存在仪器和元器件的损坏问题，影响了实际的教学效果。

(2)教师资源有限。单个教师很难做到对整个班级所有的学生进行详细指导，以至于教学质量都难以保障，因此设计类、创新类、自主探究类的实验开展是难上加难，这是高职院校教学中普遍存在的问题。

(3)学生学习热情低。大部分高职院校的学生理论基础薄弱，学习主动性不够，对于枯燥的专业课知识很难提起兴趣，过分依赖网络，沉迷于抖音、快手等小视频的录制和绝地求生等虚拟体验类游戏。

要充分解决上述问题，首先要使模拟电子技术课程的案例跟得上时代进步的速度，并能充分调动学生的学习热情并鼓励创新。虚拟现实技术可以使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能与人进行实时交互，使用者通过虚拟现实软件感受到“身临其境”的体验，打破了客观条件的限制。将虚拟技术应用于模拟电子技术教学，既能克服原本介绍性讲解的机械化和模式化的缺点，增添了课程的趣味性和启发性，使学生获得身临其境的体验，提高学习效率；又不受客观条件的限制，可以让学生在虚拟环境中自主设计综合性实验和创新性实验，有利于培养设计能力和创新意识[4]。

2 基于虚拟现实的模拟电子技术教学模式的设计和实施

基于虚拟现实技术的优越性，以我院2018级电气自动化技术专业为改革对象，构建了虚拟仿真模拟电子技术课堂。NI Multisim由美国国家仪器公司出品，专门用于进行电子电路设计和仿真，配备有丰富的元器件库，提供了大量的虚拟测试仪器仪表和较为详细的电路分析功能，且Multisim软件的元器件库不受客观条件的限制，可以让学生在如同游戏般的虚拟环境中学习并创新[5]。图1为Multisim软件的部分元器件图形，非常逼真形象。

图1 Multisim软件3D元器件库

课程以“扩音机的设计与制作”作为载体，包含三个子任务：“直流稳压电源的设计与制作”、“音频前置放大器的设计与制作”、“功率放大器的设计与制作”。以任务一(直流稳压电源的设计与制作)为例，每个任务的教学实施是采用以下步骤完成的。

2.1 任务导入

2.1.1 借助虚拟仿真技术软件平台，导入任务内容并逐步展示半波整流、桥式整流、滤波、稳压的结果，学生在学习之前对于构成直流稳压电源的各个环节产生一个直观的认识，激发了学生浓厚的学习兴趣。图2为直流稳压电源各环节示波器显示波形。

图2 直流稳压电源各环节输出波形

2.1.2 利用虚拟实验环境让学生明确教学任务中应当掌握的具体理论知识及其动手能力。同时，在虚拟课程教学过程中学生应达到以下几点要求：

(1)能够正确识别、检测和选用电阻、电容、二极管、集成三端稳压器等元器件；

(2)能够理解直流稳压电源电路原理；

(3)能够通过电路设计要求在虚拟实验环境上搭建电路；

(4)在虚拟实验环境中熟练使用万用表、示波器等进行电路参数测试；

(5)能够在虚拟实验环境以及实验室对制作完成的电路进行调试以达到技术指标的要求。

通过以上内容掌握与理解，使得学生在课程学习过程中以及今后的工作中树立了自信心和积极性。

2.1.3 根据各学生的性格、学习特点、能力来进行分组，这种分组方式的目标是组员之间的关系达到最适合协作学习的状态，并选出组长，给出任务完成的期限和评价方式，学生开始有了协作能力和团队意识。

2.2 制定计划

每小组对直流稳压电源的制作这个任务进行详细的分析，明确任务涉及的各个要素，成员之间相互协作共同学习，确定任务的具体实施步骤，做足充分的准备工作。最终，由每小组组长提交详细的计划书，学生的自主学习能力及文字表达能力都得了锻炼和加强。

2.3 实施计划

各小组按照提交的计划书逐步在虚拟仿真实验平台上实施，直到完成全部任务。课堂上，教师指导学生在虚拟仿真平台上进行操作，课下通过建立的小组交流群与学生进行交流。在按步实施的过程中，学生逐步收获课程知识和动手能力，并体会到具体工作的流程，不仅进行了知识的建构更加形成了职业岗位能力。

2.4 展示与评价

各小组由组长或者自主选择一位成员，在虚拟仿真实验平台上展示小组成果，并在实验室搭接、调试、验证具体的电路，同时接受教师和其他组别成员的提问进行答辩；答辩后撰写详细总结报告，并指出本组成果对比其他组的优缺点。

3 虚拟现实技术在工科类高职院校教学中作用

目前国家正大力发展高等职业教育，今年上半年又面向社会人员扩招100万，因此给高职院校尤其是工科类高职院校的硬、软件教学资源带来了巨大的压力。工科类高职院校教学普遍存在：学院仪器设备的更新速度跟不上电子技术的飞速发展；师生比例偏低；工科理论知识枯燥且难以掌握等问题。因此高职院校的人才培养目标难以顺利实现。

我院在模拟电子技术课程的教学改革中，除了将课程内容重新整合采用项目教学以外，还引入了虚拟仿真技术贯穿了每个任务的所有环节。虚拟仿真技术提供的生动、较真实的学习环境激发了学生的浓厚学习热情，且虚拟仿真技术具有不受客观条件限制的优势，开展的综合性、设计性和创新性教学开拓了学生视野、提高了学生素质。

改革中采用的虚拟仿真技术属于虚拟现实技术的一种，Multisim软件提供的3D效果仅从视觉给学生提供了虚拟感受。虚拟现实技术是以采用计算机技术为核心生成虚拟环境，使用户与虚拟环境中的物体进行自然交互，并从听觉、视觉获得与真实世界相同感受的系统仿真。目前，我院在本次改革的成果上结合Multisim的强大电路设计、仿真、测试功能和3DwebMaster虚拟现实创作软件正积极组建更合理的虚拟环境，进一步将虚拟现实在模拟电子技术教学中的价值发挥出来。