4 江陰市教師專項課題結(jié)題報告.doc

江陰市教師專項課題中職電類虛擬實驗的開發(fā)結(jié)題報告江蘇省江陰職業(yè)技術(shù)教育中心校 陳儉為貫徹落實全省職業(yè)教育工作會議精神和省政府關(guān)于大力發(fā)展職業(yè)教育的決定，本校一批有志于實驗教學模式改革的教師積極投身到虛擬實驗的研究中去，研究虛擬實驗軟件、比較虛擬實驗與傳統(tǒng)實驗的利弊，研制開發(fā)了152個虛擬實驗軟件，并逐步應用到實驗教學中去，取得了階段性成果。通過虛擬實驗教學實踐，課題組得出了中等職業(yè)學校實驗教學宜采用傳統(tǒng)實驗與虛擬實驗相結(jié)合之模式的結(jié)論。一、課題研究的背景：1、實驗教學在中等職業(yè)學校教學中的地位和作用在職業(yè)教育中，實驗教學占有很重要的地位。實驗教學水平通常被作為一所中等職業(yè)學校學校教學水平的重要標志，是中等職業(yè)學校不可缺少的重要組成部分。當今社會已進入信息時代，陳舊的教學方式己不適應現(xiàn)代職業(yè)教育的發(fā)展了。只有實驗教學跟上時代發(fā)展的步伐，培養(yǎng)出的學生才能具有熟練的實際動手操作能力并很快適應工作崗位的需求。理論學習與實踐操作相結(jié)合、重點強化實踐操作是職業(yè)教育的最大特點。要想把學生培養(yǎng)成為具有較強動手能力的專門人才，為學生走入社會、走向工作崗位打下良好的基礎(chǔ)，沒有必要的實驗教學是完成不了教學任務的。“黑板上開機器，教室里養(yǎng)牛羊”學來的“操作技能”是適應不了經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展需要的。2、中等職業(yè)學校實驗教學的現(xiàn)狀對我國中等職業(yè)學校實驗教學現(xiàn)狀進行研究，可以發(fā)現(xiàn)我國中等職業(yè)學校目前存在以下幾個方面的弱勢：師資水平弱、生源質(zhì)量低、教學設(shè)備差，造成了職業(yè)教育缺少發(fā)展的后勁。尤其是教學設(shè)備布點不合理，軟硬件配置比例失調(diào)，現(xiàn)有教學設(shè)備利用率低、效益差等問題，這些都嚴重影響了職業(yè)教育的質(zhì)量和發(fā)展。傳統(tǒng)的實驗使用的是看得見、摸得著的實物儀器，讓無數(shù)學生體會到了實驗的樂趣，同時也提高了他們的獨立操作能力、科學思維能力和靈活性。但傳統(tǒng)實驗不能完全滿足教學中實驗的要求，購買儀器的經(jīng)費問題和出于安全方面的考慮，一些實驗無從在學校開展。而某些抽象的實驗更是無從開展。從作者調(diào)查的情況來看，凡是有正常實驗開設(shè)的學科，學生學習的興趣濃，學生對知識的理解與掌握也比較好；而那些實驗少、純理論的學科，學生就缺乏學習興趣，學生的成績也往往比較差。如何利用有限的經(jīng)費來開展實驗教學、提升學生的學習興趣與操作技能，已經(jīng)成為擺在我們面前的一道難題。3、國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究（1）國外：國外西方發(fā)達國家的實驗教學水平比較高，實驗教學和專業(yè)課教學結(jié)合緊密。在德國、澳大利亞、新加坡等職業(yè)教育發(fā)達的國家，很少聽說有學校為實驗教學捉襟見肘而煩惱的事例。西方發(fā)達國家的虛擬實驗研究水平很高，但往往是為高端企業(yè)所服務的，如CPU基板的測試、Gameboy游戲機的測試等等。從未見到有將虛擬實驗作為職業(yè)教育常規(guī)實驗教學補充的報道。（2）國內(nèi)國內(nèi)的虛擬實驗研究主要集中在高校，研究方向與西方發(fā)達國家類似。國內(nèi)中等職業(yè)學校也有開設(shè)虛擬實驗室的，如蘇州、無錫等個別職教強校，但他們更多的是將虛擬實驗作為一種技能來學習，為學生將來進入外企工作作好鋪墊。他們的虛擬實驗室，需要大量的前期資金投入。同樣，國內(nèi)也沒有將labVIEW等高端虛擬實驗軟件應用到普通實驗教學中去的成功范例。二、對課題的認識與研究：1、課題研究研究與實施的前提 主管部門的管理策略：中職電類虛擬實驗的開發(fā)實質(zhì)上為中等職業(yè)學校電類專業(yè)課實驗模式的改革，教育行政主管部門對學校的改革既要提供支持、又要不影響學校的正常教學秩序，同時也需要放手給學校的相關(guān)教育自主權(quán)，這樣專業(yè)課實驗模式改革才不會脫節(jié)。 校領(lǐng)導的重視：專業(yè)課實驗模式的改革可以解決學校實驗設(shè)備的不足，降低實驗的損耗與管理成本，并能做到將理論教學與實驗教學結(jié)合到一起，更容易激發(fā)學生的學習興趣而解決當前職校生對專業(yè)課程厭學的問題，所以本課題研究是利校利生的一件大事。領(lǐng)導的決策與宏觀掌控對課題研究所起的指導與調(diào)控作用將使研究與實施的時間大大縮短。 教師的創(chuàng)新、開拓意識與學校的研究氛圍：虛擬實驗是一門新興技術(shù)，虛擬實驗的理論也遠未成熟。哪怕是新畢業(yè)的教師也很少學過虛擬實驗課程，要對本課題進行研究必須要不斷學習、創(chuàng)新。而一人的力量是有限的，好的研究環(huán)境是決定學校整體素質(zhì)能否提升的一個關(guān)鍵因素。 教學資源的充足：有能進行課堂虛擬實驗教學的環(huán)境，可以進行虛擬實驗與常規(guī)實驗的比對。2、課題研究順利進行的保障 學校各級領(lǐng)導的重視和支持； 電子與信息技術(shù)專業(yè)先后被批準為無錫市與省級示范專業(yè)； 研究人員的團結(jié)協(xié)作、敬業(yè)精神，良好的教學業(yè)務水平。三、課題研究解決的主要問題 1、設(shè)計的虛擬實驗要直觀、適合學生使用習慣，易學易用，能激發(fā)學生的學習興趣。2、成本低，在計算機上就可以直接運行所設(shè)計的虛擬實驗軟件，無需添置額外硬件設(shè)備。3、維護簡單，普通機房管理人員即可進行軟件維護，無須進行實驗硬件維修維護。4、容量小巧，可以很方便的進行網(wǎng)絡(luò)傳輸。5、對計算機硬件要求不高，可以直接在課堂進行虛擬實驗演示。6、重點開發(fā)常規(guī)實驗難以實現(xiàn)或效果不明顯的實驗。7、重點開發(fā)實驗儀器昂貴或?qū)嶒灀p耗大的實驗。8、LabVIEW虛擬實驗軟件的編制是本次研究的主要難點。四、課題研究的意義與目標1、意義實驗教學在中等職業(yè)學校教育中占有非常重要的地位，是提高學生動手能力、培養(yǎng)創(chuàng)造能力和綜合素質(zhì)的一個有效的手段，很多學科都是以實驗課程為基礎(chǔ)的，缺少了實驗的支持，技術(shù)性的教學和科研活動就無法進行。學生只有通過足夠的驗證型實驗和一定數(shù)量的綜合設(shè)計型實驗才能加深理解和掌握所學的理論知識和應用技術(shù)，也只有通過實驗，才能將理論與實踐很好地結(jié)合起來。傳統(tǒng)的實驗是資源高度密集的實驗系統(tǒng)，具有實驗設(shè)備資金投入量大、實驗體系的完善和實驗教學的實施所需人力物力投入量大的特點。目前，隨著招生規(guī)模的不斷擴大，中等職業(yè)學校急需補充和更新大量的實驗教學設(shè)備，這一現(xiàn)實問題無法在很短的時間內(nèi)得到很好的解決。而虛擬實驗主要依賴于軟件和較少的配套硬件，使實驗室的維護費用和工作量也大大降低，彌補了傳統(tǒng)實驗室這些方面的不足。利用Internet進行虛擬實驗室的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，實現(xiàn)了資源共享，避免了儀器重復添置和資源浪費，滿足了學生不再受時間、地點限制進行遠程的實時合作，提高了學生的學習效果。作為新出現(xiàn)的實驗模式，虛擬實驗的理論遠未成熟。開發(fā)出直觀、易于理解的虛擬實驗需要一定的理論支持。目前國外還未見大規(guī)模成功應用的實例，也未形成國際通用的標準；而國內(nèi)出現(xiàn)的虛擬實驗室都或多或少地存在著通用性較差、靈活性不強、交互性差的問題。因此，研究和開發(fā)通用性強、交互性能好、靈活性強的虛擬實驗軟件具有相當?shù)睦碚搩r值和實際應用價值。2、目標本課題是針對目前中等職業(yè)學校中的實驗資源緊張這一現(xiàn)實狀況，利用虛擬實驗技術(shù)，運用仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)，構(gòu)建智能化的虛擬實驗室，用虛擬實驗來作為常規(guī)實驗教學的補充。本虛擬實驗室能實現(xiàn)課堂輔助教學、自主實驗，使實驗教學方法和手段得到突破與創(chuàng)新。五、課題的研究過程1、學習虛擬實驗技術(shù) labVIEW軟件學習 multisim軟件學習 虛擬實驗技術(shù)學習2、調(diào)查中等職業(yè)學校實驗開設(shè)情況、效果 本校實驗情況調(diào)查 走訪兄弟學校3、學習國內(nèi)外先進經(jīng)驗，避免虛擬實驗的誤區(qū)；分析傳統(tǒng)實驗的不足，確定虛擬實驗的思路。 篩選出典型的模擬電路、數(shù)字電路與電工基礎(chǔ)中的典型電路，用labVIEW軟件開發(fā)； 一般用于課堂演示的實驗用multisim軟件開發(fā)。4、虛擬實驗軟件的開發(fā) 用labVIEW軟件開發(fā)的虛擬實驗，寫出腳本； 設(shè)計源程序，調(diào)試分析； multisim虛擬實驗開發(fā)。5、教學實踐： 陳儉老師利用開發(fā)的labVIEW虛擬實驗進行首輪教學實踐； 陳儉老師針對虛擬實驗教學研究開設(shè)示范課與研究課； 將開發(fā)的軟件無償提供給青年教師進行試用，并在公開課與評優(yōu)課中推廣。6、專題研究及論文撰寫7、教學資源及媒體的開發(fā)8、撰寫結(jié)題報告六、研究的的核心任務1、用labVIEW軟件開發(fā)典型實驗的虛擬實驗軟件，設(shè)計源程序；（見附錄一）2、用multisim軟件開發(fā)其余的虛擬實驗。（見附錄二）已開發(fā)的虛擬實驗目錄分類序號虛擬實驗文件名Mulitisim虛擬實驗成果1164移位.msm22-20.msm32-20充放電.msm42PSKFILT.msm53-12.msm63-12共射放大.msm74-5.msm84-5方波發(fā)生.msm94-14.msm104-14 波特儀.msm114-19.msm124-19 兩級放大.msm134-23 138全加.msm144-23.msm154-27.msm164-27JK觸發(fā).msm174-30.msm184-30邏輯轉(zhuǎn)換.msm194060.msm204位2進計數(shù).msmMulitsim虛擬實驗成果215-14.msm225-2.msm23555單穩(wěn)態(tài).msm24555可控振蕩.msm256-14.msm266-14串聯(lián)諧振.msm276-16.msm286-16微分.msm296-2.msm306-2戴維南.msm316-4.msm326-4疊加.msm336-9.msm346-9暫態(tài).msm357-10差放.msm367-15單放頻率特性.msm377-19.msm387-22電壓負反饋.msm397-29非正弦波.msm407-2輸出特性.msm417-38.msm427-42振蕩.msm437-5單放.msm448-11RS觸發(fā)器.msm458-12JK觸發(fā)器.msm468-16五進計數(shù).msm478-18十進計數(shù).msm488-20_54進計數(shù).msm498-21十進計數(shù).msm508-23六十進計數(shù).msm518-24反饋移位信號.msm528-26T型DAC.msm538-28_555振蕩.msm548-30_555施密特.msm558-33晶振.msm568-35分頻器.msm578-36六十進計數(shù).msm588-37二十四進計數(shù).msm598-39數(shù)字鐘.msm608-41搶答器.msm618-42報警器.msm628-46.msmMulitsim虛擬實驗成果638-48.msm648-48頻率計.msm658-6加法電路.msm668-8(1).msm678-8四選一全加.msm688-9冒險.msm6992.msm7099DA.msm7199電源.msm7299脈沖顯示.msm73ACDCCONV.msm74AMP_MOD.msm75ANSUBFLT方轉(zhuǎn)正.msm76Circuit1.msm77DECCNTR.msm78FREQDBLR倍頻.msm79HCOUPLER.msm80HRING2.msm81HRING.msm82NESTAN放大2.msm83NETAN3單放.msm84NETAN4.msm85NETAN44.msm86NETANDC2.msm87OCL.msm88PHASCONT.msm89RANDGEN數(shù)模.msm90SAMPHOLD.msm91SETCNTBS.msm92SHFTREG.msm93SPECTRM1.msm94SPECTRM4.msm95STPRMPGN階梯.msm96Stripline.msm97SWTTHGEN.msm98UPDWNCNT.msm99V6SAMPLE振蕩.msm100三分頻.msm101三相全波.msm102三相全波可控.msm103三相半波.msm104串聯(lián)穩(wěn)壓.msmMulitsim虛擬實驗成果105全波.msm106全波可控.msm107分立串穩(wěn).msm108半波.msm109半波可控.msm110單相全波.msm111單結(jié)管觸發(fā).msm112振蕩器.msm113振蕩顯示.msm114文氏.msm115文氏1.msm116文氏2.msm117斯密特555.msm118橋式.msm119正弦同步觸發(fā).msm120比較器.msm121熱敏電阻.msm122積分.msm123調(diào)光.msm124調(diào)光2.msm125遮光計數(shù).msm126鋸齒波觸發(fā).msm1272級放大.msm128單管放大.msm12974ls138.msm130前置放大器電路原理圖.msm131同相比例運放(輸入各種波形).msm132反相比例運放(輸入直流)實際器件.msm133反相比例運放(輸入各種波形).msm134反相比例運放(輸入直流).msm135同相比例運放(輸入直流).msmlabVIEW虛擬實驗成果模擬電子1共發(fā)射極單管基本放大電路.vi2靜態(tài)工作點.vi3動態(tài)參數(shù)分析.vi4溫度對靜態(tài)工作點的影響.vi5分壓式偏置電路.vi6示波器波形觀察.vi數(shù)字電路1數(shù)碼管（共陽）.vi2基本門電路.vi3組合門電路.vi4七段顯示譯碼.vi5數(shù)碼管（共陰）.vilabVIEW虛擬實驗成果數(shù)字電路6數(shù)據(jù)顯示譯碼.vi709循環(huán)顯示.vi809循環(huán)顯示子.vi9059.vi10數(shù)字鐘.vi電工1RL串聯(lián)電路.vi七、研究成果1、陳儉 中等職業(yè)教育“虛擬實驗”教學利弊談2、陳儉 基于虛擬實驗中等職業(yè)學校教學設(shè)備的應用研究3、相關(guān)成員完成一輪教學實踐，并在青年教師公開課、評優(yōu)課中推廣。4、課題研究中期調(diào)研表。5、完成152個虛擬實驗軟件開發(fā)，涵蓋了中職、中技電工基礎(chǔ)、電子技術(shù)基礎(chǔ)等電類專業(yè)課程，包括135個multisim虛擬實驗和17個labVIEW虛擬實驗。6、課題研究的總結(jié)報告。八、虛擬實驗研究成果在教學過程中的應注意的問題在作者已經(jīng)進行的虛擬實驗教學的嘗試中，本人發(fā)現(xiàn)，虛擬實驗帶來了以下新問題尚待研究：1、降低學生對真實電子元器件的認知程度。虛擬實驗整個過程都是在計算機上完成，學生所做的一切就是使用鍵盤和鼠標。在虛擬實驗里，他們所接觸的電子元器件主要是一些電路符號，而實際的電子元器件，在封裝形式、制造材料、體積的大小及外觀等都有很大的差異，而這些差異在虛擬實驗里是難以體現(xiàn)出來的。學生實驗以后，仍然不會識別電阻器及電容器上打印的標稱值，不懂得如何判別晶體管引腳的極性，不清楚如何區(qū)分集成芯片的引腳，導致學生沒有這方面的知識和積累。2、降低學生對真實儀器的訓練力度。在傳統(tǒng)實驗中，學生必須學會使用儀器說明書，了解儀器的原理、用途及注意事項，仔細觀察儀器的面板布局，弄清每個開關(guān)、旋鈕的功能，正確配合操作，使儀器進入正常的工作狀態(tài)。由于很多實驗儀器如示波器等的使用比較復雜，學生想通過一、兩次的使用就掌握其使用方法是很困難的，只有經(jīng)過反復訓練，才能規(guī)范地、熟練地掌握各種常見儀器操作技巧，即對各種常見儀器的零位調(diào)節(jié)、垂直和水平調(diào)節(jié)、電路連接及各種儀器的正確讀數(shù)姿勢等動作技能達到“自動化”程度。而虛擬實驗則不同，學生由于缺乏必要的體驗，必然會忽視一些操作規(guī)范，從而削弱對實驗儀器基本操作技能的訓練力度，影響良好實驗習慣的養(yǎng)成。3、降低學生分析和解決實際問題的能力。在傳統(tǒng)實驗中，學生會經(jīng)常碰到實驗箱因頻繁地用力插拔而使接線孔產(chǎn)生虛接現(xiàn)象、阻容元件及接插孔因被氧化而接觸不良、元器件因?qū)W生操作不當而損壞、實驗箱使用的導線容易產(chǎn)生內(nèi)部斷路、電流表并聯(lián)在電路中產(chǎn)生短路電流而燒壞保險管、電壓表串聯(lián)在電路中造成斷路而使得負載不能正常工作等問題，能讓學生養(yǎng)成良好的分析問題的習慣，認真的處理好每一環(huán)節(jié)以至每個接點，引導學生對電路出現(xiàn)的不正常現(xiàn)象進行積極思考，讓學生運用所學的知識解決實踐中碰到的問題，培養(yǎng)學生基本的調(diào)試方法和手段，促使學生的綜合素質(zhì)和動手能力的提高。而在虛擬實驗中，由于“虛擬儀器”相對比較精確，使學生無法通過實驗數(shù)據(jù)處理、誤差