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电共专业职业教育新型实验教学模式的研究 摘要 电类专业职业教育新型实验教学模式的研究 研究生姓名王翠兰导师姓名赵力教授 东南大学无线电工程系 职业教育是现代教育的重要组成部分，它直接为经济社会各部门培养、输送职业 技术人才。它以培养技能型、应用型人才为目标，突出的是理论知识与实践知识的紧 密结合，培养的人才既要具有一定的专业理论知识，同时又要具有较强的实践操作能 力。在电类专业人才的培养过程中，实验教学在教学中的地位更是举足轻重的。但是 目前各类职业学校电类专业的实验教学中普遍存在实验室管理落后、资金不足，实验 室投入不够、实验手段和方法落后等问题。 为了有效地解决电类专业实验教学存在的问题，研究利用具有计算机仿真功能的 电子设计自动化工具e w b ，构建起一种基于计算机工作平台的、新型的电类专业电工 电子实验教学模式，具有十分重要的现实意义。 本文提出了将多媒体计算机辅助教学和e w b 软件应用到实验教学的基本思路，构 建新型的实验教学模式，并详细介绍了e w b 虚拟实验系统的设计。还通过实例介绍 e w b 软件在系统中的具体应用。本系统具有助教助学双重功能，通过本系统的软件学 习模块，学生可自学e w b 电路仿真软件的基本操作，将本系统应用到电子技术实验教 学，可基本完成教学演示、学生实验和电路设计的前期工作。 利用a u t h o r w a r e 课件制作软件和e w b 电路仿真软件，快捷、方便地开发电子技 术虚拟实验系统，是一条利用现代教育技术手段改进电子技术实验教学的可行之路。 这种新型教学模式，已成为实验教学改革的趋势、发展的方向，也必然会对传统的教 学模式、教学思想、教学内容和教学结构产生深远的影响。 为了评价这种新型实验教学模式的实践效果，作者把漯河工业学校、漯河第一 职业中专、漯河第二职业高中作为试验班。在实验教学中采用这种新型的实验教学模 式，通过对学生、教师的反馈情况分析发现：学生的学习兴趣浓厚，内在的求知力加 深，学习成绩大幅提高，创造创新能力提升。并且无形中也促使教师加强自身素质的 提高，提高自己的业务能力。因此在职业教育的实验教学中，这种新型的实验教学模 式效果是明显的。 关键词：实验教学，e w b ，虚拟实验系统，计算机辅助教学( c a i ) ， 多媒体，电路仿真，教育评价。 东南人学研究生毕业论立 电类专业职业教育新型实验教学模式研究 a b s t r a c t v o c a t i o n a le d u c a t i o ni sa l li m p o r t a n tp a r to fm o d e me d u c a t i o n ，a n di tc u l t i v a t e sv o c a t i o n a l t a l e n t sd i r e c t l yf o re c o n o m i c a la n ds o c i a ld e p a r t m e n t s i ta l m sa tc u l t i v a t i n gt e c h n l c l a l l sa n d a p p l i e dt a l e n t ，a n di te m p h a s i z e st h ec l o s eu n i o no ft h e o r ya n dp r a c t i c es ot h a tt h ec u l t i v a t e d t a l e n ts h o u l dh a v eb o t hc o n s i d e r a b l et h e o r e t i ck n o w l e d g ea n ds t r o n gp r a c t i c a lo p e r a t i o na b i l i t y i i lt i l ec u l t i v a t i o no ft h e t a l e n to fe l e c t n c l t ys p e c i a l t y , e x p e r i m e n t a lt e a c h i n gi sm o r ec r u c i a l h o w e v e r , p r o b l e m ss u c ha sb e h i n d h a n dl a b o r a t o r ym a n a g e m e n t ，s h o r tf i n a n c i n g ，b e h i n d h a n d e x p e n m e n t a lm e t h o d sa r eu b i q u i t o u si nt h ec o i t e r l le x p e r i m e n t a lt e a c h i n go fe l e c t n c g ys p e c i a l t y mv a n o u sv o c a t i o n a ls c h o o l s t oe f f e c t i v e l ys o l v et h ep r o b l e m se x i s t i n gi nt h ee x p e r i m e n t a lt e a c h i n g ，i th a sg r e a tp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c et os t u d ya n de m p l o yt h ee l e c t r o n i cd e s i g na u t o m a t i ct o o lo f e w b t oc o n s t r u c tan e w k i n do f e l e c t r i c a la n de l e c t r o n i ce x p e r i m e n t a lt e a c h m gm o d eh a s e do nt h ec o m p u t e r t h i s p a p e rp u t s f o r w a r dt h eh a s t ei d e a so fe m p l o y i n gm u l t i m e d i ac o m p u t e r - a i d e d i n s t r u c t i o na n dt h es o f c w a r eo fe w bf o re x p e n m e n t a lt e a c h i n g ，c o n s t r u c t san e wt y p eo f t e a c h i n gm o d ea n di n t r o d u c e si nd e t a i lt h ed e s i g no fe w bv i r t u a le x p e r i m e n t a ls y s t e m i ta l s o i n t r o d u c e st h r o u g he x a m p l e st h ep r a c t i c a lu 8 eo fe w bs o f t w a r ei nt h es y s t e m t h es y s t e mh a s d u a lf u n c t a o nt oh e l pb o t ht e a c h i n ga n dl e a r n i n g , s ob yf o l l o w i n gt h es o f i w a r es t u d ym o d u l eo f t h es y s t e ms t u d e n t sc a nl e a r nt h eb a s i co p e r a t i o no f t h ec i r c u i te m u l a t o ro f e w bb yt h e m s e l v e s e m p l o y i n gt h es y s t e mf o re l e c t r o n i ce x p e r i m e n t a lt e a c h i n g ，w ec a nf i n i s ht h ee a r l yw o r ko f t e a c h i n gd e m o n s t r a t i o n ，s t u d e n t s e x p e r i m e n ta n dc i r c u i td e s i g n e m p l o y i n gt h ec o u r s e w a r em a k e ro fa u t h o r w a r ea n dt h ec i r c u i ts i m u l a t o ro fe w bt o d e v e l o pv i r t u a le l e c t r o n i ce x p e r i m e n t a ls y s t e mr a p i d l ya n dc o n v e n i e n t l yi saf e a s t h l ew a yo f e m p l o y i n gm o d e me d u c a t i o n a lt e c h n o l o g yt oi m p r o v ee l e c t r o n i ce x p e r i m e n t a lt e a c h i n g t h i s n e wt e a c h i n gm o d eh a sb e c o m et h et r e n do f e x p e r i m e n t a lt e a c h i n gr e f o r m a t i o na n dt h ed i r e c t m n o fd e v e l o p m e n t ，w h i c hw i l ls u r e l yh a v ef a r - r e a c h m gi n f l u e n c eo nt r a d i t i o n a lt e a c h i n gm o d e ， t e a c h i n gt h o u g h t ，t e a c h i n gc o n t e n ta n dt e a c h i n gs t r u c t u r e t oe v a l u a t et h ep r a c t i c a le f f e c to ft h i sn e we x p e r i m e n t a lt e a c h i n gm o d e ，t h ea u t h o rt a k e s l u o h ei n d u s t r i a ls c h o o l ，n o 1v o c a t m n a ls e c o n d a r ys c h o o lo f l u o h ea n d n o 2 v o c a t m n a l h l 曲s c h o o lo fl u o h ef o re x p e r i m e n t s i ne x p e r i m e n t a lt e a c h i n gt h i sn e wt e a c h i n gm o d ei s e m p l o y e d a n a l y s i so ft h ef e e d b a c ko fs t u d e n t sa n dt e a c h e r sm d t c a t e st h a ts t u d e n t sh a v er i c h e r i n t e r e s ta n ds t r o n g e rd e s i r et ol e a m ，t h a tt h e i rg r a d e sa r eg r e a t l yi m p r o v e d ，a n dt h a tt h e i r c r e a t i v i t y i s u p g r a d e d a n dt h i sa l s oi m p e l s t h et e a c h e r st oi m p r o v et h e i rm a h n g sa n d p r o f e s s i o n a la b i l l t y s oi n t h ee x p e r i m e n t a lt e a c h i n go fv o c a t i o n a le d u c a t i o n ，t h i sn e w e x p e n m e n t a lt e a c h i n gm o d eh a se v i d e n te f f e c t s i k e yw o r d s l ：e x p e r i m e n t a l t e a c h i n g ，e w b ， v i r t u a l e x p e r i m e n t a ls y s t e m ，c o m p u t e r - a i d e di n s t r u c t i o n ( c a i ) ， m u l t i m e d i a ，c i r c u i ts i m u l a t i o n ，t u i t i o n a le v a l u a t i o n 东南人学研生毕业论文 2 电类专业职业教育新型实验教学模式研究 第一章绪论 1 1 职业学校电类专业实验教学现状 职业教育是现代教育的重要组成部分，它直接为经济社会各部门培养、输 送职业技术人才。它以培养技能型、应用型人才为目标，突出的是理论知识与 实践知识的紧密结合，培养的人才既要具有一定的专业理论知识，同时又要具 有较强的实践操作能力。职业教育的理论教学是为应用服务的，以必需、够用 为度，不讲究知识的系统性和完整性，但必须为人才的可持续发展提供必需的 理论基础”。而实验教学是培养技能型、应用型人才的主要途径，是人才服务 于社会的技能基础。在电类专业职业人才的培养过程中，实验教学在教学的地 位更是举足轻重的。但是目前职业学校电类专业的实验教学中普遍存在一些问 题，主要表现在以下几个方面。 1 实验室管理落后 学校现有实验室的管理基本上是封闭式的，实验室仅仅是在开实验课时使 用，其余时l 日j 基本处于闲置状态。学生不能自由地进入实验室，这对培养学生 的实际动手能力十分不利。 2 资金不足，实验室投入不够 职业学校在当前的教育形势下，存在严重的资金不足问题。学校主要通过 财政拨款和学生的学费来搞建设。在学生生源不足的情况下，投入较大的资金 搞某个专业的实验室建设也不切实际，所以职业学校普遍存在实验室投资不足 的问题。 3 实验手段和方法落后 由于投入不够，所以实验设备老化，实验技术落后，跟不上专业发展的需 求。实验仍处于验证性阶段，甚至半数验证性的实验也无法开出。造成的结果 只能是从书本到书本，做几个简单的实验只不过是应付教学的需要，把书本上 抽象符号物理化、实物化而已，与培养学生动手、观察、思维、创新等诸多方 面的能力相去甚远。 1 2 职业学校电类专业教学改革分析 1 2 1 职业学校培养人才的定位 职业学校培养的人刁是由培养目标所决定的。职业学校培养的毕业生主要 东南人学训，( 生毕业论文 4 电类专业职业教育新型实验教学模式研究 是直接进入劳动力市场。尽管随着终身学习体系和教育“立交桥”的建立，职 业教育将不再也不该是“断层”的教育“。职业学校的学生可以继续升入到高 一级学校深造，且这种趋势还会发展，升学的人数还会增加，这是教育发展所 必须的。但是和直接进入劳动力市场的学生相比较，直接升学的这部分学生毕 竟还是少数。因此，只有让职业教育的毕业生掌握专业技术和熟练的技能，4 能胜任就业岗位的需要。这也是职业教育的本质要求。 社会对人才的需求是多种多样的，培养人才的教育应该有所侧重。有关专 家以生产或工作活动的过程和目的为标准，将社会所需要的人才类型大致分为 学术型、工程型、技术型和技能型等四种。不同类型的人才，对人的素质和能 力的要求是不相同，因而同一类教育往往难以培养出满足社会需求的所有类型 的人2 j 。，这就需要不同类型的教育有一个明确的目标定位“。学术型人才主要 从事研究和发现客观规律的工作：工程型人才主要从事为社会谋取直接利益有 关的规划、决策、设计等工作；技术型和技能型人才是从事生产第一线直接为 社会谋取利益的工作，使工程型人才的规划决策、设计等变成物质形态。技术 型和技能型人才的区别在于技术型人才应用智力技能工作，而技能型人才依赖 操作技能来完成工作。职业学校所培养的正是技能型人才。因此，职业学校必 须加强职业技术教育，培养高素质职业技术的技能型人才，以适应我国经济建 设的需要。职业学校在培养人才过程中，技能培养是一个薄弱环节，所以要重 点加强创造实践和实验条件，改革实验实践的教学方法，提升学生的动手能力 和创新能力。 1 2 2 电类专业专业基础课教学改革 2 l 世纪是一个科学技术高度发展的信息社会，我国的电子信息工业企业也 在迅速发展。这些企业需要大批高素质、动手能力强的技术人员和技术工人， 所以目前高等职业技术学院、中等职业学校纷纷开设电子信息、电工电子、电 气自动化、机电一体化等电予电气类专业，这类专业的毕业生，输送给相应的 公司和企业。职业学校培养电类专业的毕业生与高校培养电气电子信息类专业 的本科生相比，由于培养目标不同，所以在教学方式和课程体系上存在较大的 差异。 对于职业学校电类专业的学生来说，在学好文化基础课同时，应该更注重 专业基础课程的学习。电类专业的专业基础课主要是电工基础、模拟电子 技术基础、数字电子技术基础。对于这三门专业基础课的教学改革包括下面 几个方面： 1 教学内容的改革 以分立元件和简单电路介绍电路的基本原理和基本知识，加入适量小规模 东南人学研，l 生毕业论文 电类专业职业教育新型实验教学模式研究 集成电路内容以扩宽学生的知识。积极引入先进的、且适合于职校学生学习和 使用的分析和设计工具，使学生能够利用这些先进工具来验证所学知识的正确 性，充分发挥自己的想象力和创造力，自行设计电路并进行仿真分析，最终制 作电子小产品。 2 实验教学的改革 实验教学是培养学生验证所学知识的正确性，并运用所学知识创造性地分 析和解决问题的能力。因此实验教学的改革可以通过三个层次进行： ( 1 ) 基础验证性实验 运用合适的e d a 工具在计算机上进行原理图级的仿真实验，验证课堂知 识的正确性。在做仿真实验中可以人为地设置某些故障，从仿真后得出的直观 结果中分析故障产生的原因，从而更为深刻地理解所学的知识。 ( 2 ) 基础设计性实验 在计算机上进行验证性实验后，再到实验室中用实际元器件建立电路， 完成基础设计性实验，由虚拟电路实验过渡到实际电路的实验。 ( 3 ) 综合设计性实验 充分利用现代设计手段和设计方法，使学生实践从设计电路原理图到完成 实际电路制作的整个过程，培养学生运用先进的设计工具设计和开发电气和电 子产品，增强动手能力和创新能力。 ( 4 ) 运用多媒体技术进行实验教学 利用现代化教育技术，利用c m 进行实验前的辅助教学，有利于学生自 学现代实验方法和设计方法，提高了单位学时的实验教学信息量，节省了实验 课的课时。在c a i 课件中可以向学生讲解实验原理、实验的具体方法和实验中 可能碰到的具体困难及其解决方法，使学生能顺利完成实验任务。同时c a i 课 件还有利于学生业余自学电路的设计方法，启发他们进行创新性的产品设计。 3 教学方法改进 在教学过程中，应着力培养学生的学习兴趣、思维方法和创新意识，摒弃 单纯传授知识的概念，强调分析、启发思路、培养解决问题的能力和创新能力。 课掌教学多采用现代化教育技术，使课堂生动、活泼，教学信息流畅。 纵观当前电气电子类专业的教学内容和课程体系改革现状，结合职业学校 电类专业人才的培养特点，研究应用现代化设计工具，改革职业学校的实验教 学是极有意义的。实验教学是职业学校教学过程的重要组成部分，是培养高素 质、高技能人刊的重要环节。因此要把实验教学环节的实施置于职业技术教育 的重要位置。本文所做的研究就是根据职业学校电类专业传统实验教学存在的 问题：包括实验场地不够、资金不足、实验设备缺乏、实验教师不够、课时不 东南人学研究生毕业论文 6 电类专业职业教育新型实验教学模式研究 足、安全等问题。提出基于e w b 的新型实验教学模式，研究运用计算机技术 和多媒体技术实现现代化的实验教学，最终把新型实验教学模式推广到职业学 校中去，取得良好的实践效果。 东南人学研究生毕业论史 电类专业职业教育新型实验教学模式研究 第二章e w b 虚拟实验系统的设计 2 1e w b 软件在实验教学中的应用简介 e l e c t r o n i cw o r k b e n c h ( e w b ) 软件是加拿大i n t e r a c t i v ei m a g e t e c h n o l o g i e s 公司于2 0 世纪8 0 年代末、9 0 年代初推出的专门用于电子电路仿 真的“虚拟电子工作台”软件。它是目前全球最直观、最高效的e d a 软件。它 的功能非常强大，能够提供电阻、电容、三极管、集成电路等十四大类几千种 元件；能够提供示波器、万用表等十几种常用的电子仪器；它具有强大的电路 图绘制功能，可绘制出符合标准的电子图纸：它还具有强大的波形显示功能， 并且结果可轻松放入各类文档。在加拿大和美国，已有8 5 的大学及中学正在 把e w b 当作物理、电工及电子学的课程教学和实验的辅助手段。在国内也得到 很好的推广和使用。与其它仿真软件相比，e w b 具有以下突出特点“”。 1 具有一体化设计环境 e w b 在设计环境中可以完成原理图输入、数模混合仿真和结果图表显示等 全部工作，具有一体化的设计环境。当用户进行仿真时，波形图和原理图同时 显示和有效，当改变电路连接或改变元件参数时，显示的波形图立刻反映出相 应的变化，故可以清楚地观察到具体电路中元件参数的改变对电路性能的影响。 2 具有原理图输入方式 e w b 提供了原理图直接输入方式，操作简单，易懂易学，用户无须掌握复 杂的操作技术即可轻松地输入原理图。单击鼠标，可以方便地完成元件的选择； 拖动鼠标，就可将元件放在原理图上。e w b 具有自动排列连线的功能，同时也 允许用户调整电路连线和元件的位置。 3 具有真实的仿真平台 e w b 提供了品种齐全的虚拟电子设备，包括万用表、示波器、函数发生器、 频谱仪、字符发生器、逻辑分析仪和逻辑转换器等七种主要虚拟仪器设备。操 作这些设备有如同操作真实设备的感觉和效果。 4 具有齐全的分析工具 e w b 对电路提供了十多种分析工具，可以进行瞬态分析和稳态分析、时域 分析和频域分析、线性分析和非线性分析、噪声分析和失真分析等常规电路分 析；还可进行离散傅罩叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析和电路容 差分析等高级电路分析。利用这些分析工具，不仅可以清楚地了解电路的工作 状态，观察各种条件和参数变化对电路的影响，还可以测量电路的稳定性和灵 东南人学研c 生毕业论史 电类专业职业教育新型实验教学模式研究 敏度。这些工作如果都采用手工方法进行分析，根本就不可能实现。 5 具有丰富的元件模型 元件及其模型在任何分析和设计中都非常重要。e w b 提供了内容丰富、品 种齐全的元器件库，库内包含有从无源到有源、从模拟到数字、从分立到集成 共约八千多种元器件。e w b 不仅提供了各种实际元器件的精确数据和模型参数， 而且还提供了较宽的选择余地，在设计过程中，用户还可以根据需要添加新的 元件。同时，对于元器件的真实参数和故障设置( 如开路、短路、不同程度漏 电等) ，可以观察到电路工作的实际状况和不同故障条件下电路的异常情况。 6 具有简单的系统操作 e w b 软件对计算机系统要求不高：硬件5 8 6 以上计算机，软件w i n d o w s 9 5 以上操作系统。经教师进行二次开发处理后，学生只需掌握计算机的基本操作 就能应用e w b 进行虚拟实验，故适合电类专业各层次、各类别学生。 电路仿真系统将实验台“搬到”了计算机屏幕上，通过鼠标或键盘调用元 器件和仪器搭接电路，电路的各种参数容易调整，整个教学过程在虚拟实验室 进行。应用仿真系统对电子技术相关课程进行教学改革，改变传统的教学模式， 具有直观而形象的特点，可使实验与理论有机结合，教学方式采用多媒体模式， 在教学过程中寓教于乐，轻松教学。 在电子电路的教学中引进e w b 软件可以看到电路工作的实际效果，测量电 路的有关参数，激发学生的学习兴趣，有利于学生对电路的认识、理解。使用 e w b 软件对学生来说，没有了搞坏仪器的风险，也就没有了做不成功的心理负 担，学生就能更大胆的去尝试、去实验，有利于学生更好的去研究问题、探讨 问题。 2 2 计算机辅助教学在实验教学中的优势乜3 儿捌 计算机辅助教学( c o m p u t e ra s s i s t e di n s t r u c t i o n ，简称c a i ) ，狭义上 理解，它是一种教学形态，是利用计算机的功能和特点，代替或部分代替教师 面向学习者，促使学习者实现有效学习的教学形态。随着c a i 的发展，我们可 以在更广泛的意义上理解这一概念，c a i 是一项重要的新兴教育技术，代表了 一个十分广阔的计算机应用领域，包括将计算机直接用于为教学目的服务的各 类应用“”。目前，c a i 已普遍应用于教育教学工作中，通过计算机创造出来的 形、图、文、声并茂的多媒体教学环境，能动态提供信息，使信息的展示丰富 多彩、有声有色，有利于学生变被动接受信息为主动接受信息，有利于激发学 生的学习兴趣，提高学习效率，提高教学质量。c a i 模式在实验教学中的优点 东南，k 学研究生毕业论立 电类专业职业教育新型实验教学模式研究 主要表现在： 1 架起理论教学与实践操作之间的桥梁 通过c a i 技术将传统的实验教学与计算机仿真技术相结合，不仅解决了传 统教学模式中不易或不能实现的教学内容，而且将理论教学环节与实践教学环 节更紧密地结合在一起，开拓了学生的思维，提高了学生的电路分析能力、设 计能力、应用能力和创新能力。 2 可以提高实验的效率、深度和广度 学生可以不受规定实验项目的限制，充分发挥他们的主观能动性和创造性。 这对于培养学生分析问题、解决问题的综合能力具有重要意义，即使是设计性 实验或课程设计，也可以利用仿真技术论证方案、完善设计，以提高设计、制 作电子产品的工作效率。 3 可增加趣味性和新颖性，充分调动学生的积极性和主动性 传统实验由于各种原因，实验模式单一、实验方法单调、实验技术落后、 实验设备陈旧，而且往往是多人一组，学生做实验的兴趣不浓。如果利用c a i 仿真技术进行虚拟实验，学生可在计算机上独立操作、随心所欲、百花齐放。 这种新颖的实验方法能使学生感受到现代技术带给人们的鼓舞与激励，从而调 动起学生的学习积极性，激发学生的学习激情，使学生学得有趣，学得容易。 随着计算机仿真技术的不断发展和操作技术的不断简化，用计算机辅助电 子技术实验教学的优势会越来越明显，且必将在电子技术实验教学中发挥越来 越重要的作用。实验的内容与形式会更加丰富、更有新意：实验的效果、成本 和效率会越来越好。 2 3 开发虚拟实验系统的基本思路 开发电子技术虚拟实验系统的基本思路是：在传统实物实验的基础上，结 合具体的电子技术实验指导教材，利用多媒体技术和计算机仿真技术制作与之 相应的实验教学素材，再利用课件创作软件对这些素材和仿真软件进行整合， 构成一套计算机模拟实验系统。虚拟实验系统包括软件学习、实验指导、教学 演示、学生实验四大模块，其基本结构如图2 一l 所示。 各模块的基本功能简介如下： i 软件学习模块 主要介绍仿真专用软件e w b ( e l e c t r o n i c sw o r k b e n c h ，电子工作台) 基本 界面和基本操作，以达到熟练掌握e w b 操作技术的目的。还提供一些基本的分 东南丈学研究生毕业论文 1 0 电类专业职业教育新型实验教学模式研究 析方法，供同学们学习参考。 图2 1电子技术虚拟实验系统的基本结构 2 实验指导模块 该模块包括电路分析、模拟电路、数字电路三个方面的学生实验指导。列 举学生实验项目、明确实验目和要求，为学生提供实验指导。 3 教学演示模块 包括电子技术基础课程中电路分析、模拟电路、数字电路三个方面的教学 演示实验，每一方面都提供了电子技术中的一些经典实例，供老师在多媒体教室 进行理论教学时演示，也可供学生虚拟实验时观摩和参考。 4 学生实验模块 学生通过软件学习模块学习e w b 电路仿真软件的一些基本操作，再通过教 学演示模块观摩虚拟实验，就可根据电子技术实验的实验目的和内容要求，动 手操作电路仿真软件进行虚拟实验。验证性实验的实验过程可全部在计算机上 完成，学生可自行决定是否需要反复操作，无需实验室在实验设备和耗材上额 外供给。这有利于学生充分理解实验原理、熟悉操作步骤，有利于学生学会提 取测量数掘的方法，有利于学生充分掌握和应用电路理论。 该模块还为学生的设计性实践活动提供了一个软件平台，学生可自行对电 路的方案进行设计、装配和模拟，以验证电路的科学性、可行性，直到方案的 最终优化确定。实物实验成了后期扫尾工作。这非常有利于让学生形成一套科 学的思维方法和良好的创新素质，也有利于提高学生发现问题、分析问题和解 决问题的综合能力。 总之，将e w b 融合到多媒体c a i 课件中进行虚拟实验，起到了沟通理论教 学与实践教学的桥梁作用，实现了实验教学手段的创新。在计算机上进行虚拟 实验，能更好地把理论教学与实践环节有机结合起来；能加深对理论知识的理 解：可容忍学生在实验中所犯的各种错误，解除了学生对实验的畏惧心理。在 实验教学中引入计算机辅助教学技术和手段，使现代化教学手段与电子技术实 验相结合，教学效率高、教学成本低、教学效果好，己成为实验教学改革的方 向和发展的趋势。 东南人学研，( 生毕业论史 电类专业职业教育新翌j 实验教学模式研究 2 4 设计原则 在e w b 虚拟实验系统设计过程中，要把握以下基本原则： 1 直观性原则 计算机辅助教学的特点在于利用多媒体显示信息内容，在设计e w b 虚拟实 验系统的过程中，应尽可能利用图片、动画和视频展示信息内容，避免单纯的 文字呈现。 2 适应性原则 e w b 虚拟实验系统的开发要以电子技术实验的教学内容和学生的知识水平 为基础，要与学生的认知结构相吻合。 3 可操作性原则 e w b 虚拟实验系统的操作应直观明了，界面美观，使用方便。 4 易开发性原则 多媒体课件的生成方法主要有两种：一是用程序设计语言生成系统；二是 用多媒体创作工具生成系统。为了降低编程难度，加快开发速度，提高开发效 率，本系统选用创作工具( a u t h o r w a r e6 ) 开发方式。 2 5e w b 虚拟实验系统的系统设计 根据多媒体教学软件设计的理论基础，以及建立在这些理论基础之上的设 计原则，e w b 虚拟实验系统的系统设计工作可以从结构设计、导航设计和界面 设计三方面着手。 2 5 1 结构设计 结构设计实质上就是设计多媒体教学信息的组织与表现方式。它定义了课 件中各教学部分内容的相互关系及其发生联系的方式，反映了整个课件的框架 结构和基本风格。目前常用的课件结构主要有线性结构、树状结构、网状结构 和复合结构四大类。e w b 虚拟实验系统是一个结构比较复杂的大型课件，采用 复合结构，内含软件学习、实验指导、教学演示、学生实验四个模块部分，如 图2 - 2 所示。 1 软件学习模块 主要介绍e w b 电路仿真软件的操作和应用技术，包括对e w b 基本界面的介 绍和一些基本的分析方法的介绍。 2 实验指导模块 该模块包括电路分析、模拟电路、数字电路三个方面的学生实验指导。列 举学生实验项目、明确实验目和要求，为学生提供实验指导。 东南人学研究生毕业论文 电类专业职业教育新犁实验教学模式研究 3 教学演示模块 包括电子技术基础课程中电路分析、数字电路、模拟电路三个方面的教学 演示实验，每一方面都提供了- n 两个经典的实验演示。学生可以不受时空限 制学习这些知识内容，提高自己的理论水平和实验仿真能力。 4 学生实验模块 图2 _ 2e 髓系统整体结构 该模块可打开e v b 仿真软件，学生通过软件学习模块学习仿真软件的基本 操作，再通过教学演示模块观摩仿真实验，就应能根据实验目的和要求，在计 算机上利用仿真技术完成实验任务，达到掌握实验原理、熟悉操作步骤、学会 提取数据、分析实验结果的目的。由于无器材损耗，无时空约束，学习具有开 放性，学生掌握了学习主动性。 该模块还为学生独立设计电路，进行创造性工作，提供一个软件平台。学 生可自行设计方案，装配电路，仿真模拟，修改方案或参数，验证电路的合理 性、可行性，直到确立最优方案，然后再进行实物实验。该模块列举了一个电 路设计实例，供学生设计参考。 2 5 2 导航设计 导航设计对于虚拟实验系统是非常重要的。通常虚拟实验系统的信息量大， 信息之间关系复杂，如果不认真考虑如何为学习者提供引导措施，学习者在学 习过程中很容易迷失方向。因此，导航设计的优劣，直接决定多媒体课件的使 用效率，设计得不好，学习者在学习过程中就可能陷入盲目的寻找和探索中， 大大加重认知负荷，这与多媒体课件教学的初衷完全背道而弛。一个好的导航 应具有通俗易懂、操作方便的特点，而且符合大众习惯。 本系统的导航设计采用分层管理模式。高层可以通过目录进入低层，低层 可以通过“返回”按钮进入上一级高层，同层阃可通过“前页”按钮和“后页” 按钮进行翻页。除此之外，本系统中还提供了很多链接，可以实现交互。因此， 学习者可以任意选定自己感兴趣的路径，既提供了方便，又提高了学习兴趣。 2 5 3 界面设计 东南人学研，生毕业论文 1 3 电类专业职业教育新犁实验教学模式研究 在虚拟实验系统中界面设计也尤其重要，交互界面是人和计算机进行信息 交换的通道。用户通过交互界操纵和控制计算机，计算机通过交互界面向用户 提供信息。因此，界面设计应遵循一定的原则：一致性原则、适应性原则、清 晰性原则、敏捷性原则、容错性原则、易学易用性原则和所见即所得原则。同 时，一个好的界面设计要满足计算机硬件、系统开发者和系统使用者三方面的 要求；对计算机硬件而言要适应主流配置，对课件开发人员而言应尽可能容易 的实现，对使用者而言应易于接受、理解、掌握和使用。 本系统的窗口大小设计为8 0 0 x 6 0 0 像素，颜色设置为1 6 位。运行教程，首 先播放一个片头，然后进入主目录。从主目录可以分别进入软件学习、教学演 示、学生实验、电路设计这四个模块，还有一个“退出”按钮，点击进入片尾 退出本系统。每一个模块拥有自己的目录，还设有“返回”控制按钮可以回主 目录。进入普通内容页面后，一般每页也都设有“返回”控制按钮可以返回它 所在那一子模块的目录。目录窗口背景注重简洁、协调，文字内容注重精练贴 切，文字格式注重通俗明快。主目录界面如图2 - 3 所示。 图2 - 3主目录界面 各子模块目录如图2 4 ( a ) ( b ) ( c ) ( d ) 所示。这里还附上几张典型的内容页 面，如图2 5 ( a ) ( b ) 所示。 东南人学研t 生毕业论文 1 4 电类专业职业教育新型实验教学模式研究 图2 - 4 ( a ) 图2 - 4 ( c ) 图2 - 5 ( a ) 图2 - 4 各子模块目录 图2 - 6 典型内容页面 图2 - 4 ( b ) 图2 - 4 ( d ) 图2 - 5 ( b ) 东南大学研宄生毕业论义 电类专业职业教育新型实验教学模式研究 第三章e w l 3 虚拟实验系统的制作 3 1 多媒体课件制作步骤 要制作多媒体课件，首先应对制作什么样的课件进行调查，包括需求分析 和制作能力的评价，课题确定之后，对课件制定总体目标，然后确定制作的具 体目标，对制作任务进行具体分析。如怎样收集素材，如何撰写制作脚本等， 选择好表现教学内容的媒体方式后，进行制作，完成制作后进行评价，根据评 价情况再反复进行修改，最后打包发布。课件的制作步骤如图：3 - 1 所示。 巫由 隧匿赢两习 图3 - 1 课件制作流程图 东南入学研究生毕业论史 电类专业职业教育新型实验教学模式研究 3 1 1 选题 选择课题是整个课件开发的第一步，确定一个好的课题是至关重要的。一 个好的选题是成功的必要条件，必要时还得进行“查新”，避免与其他单位的 作品雷同。选题的原则“”“”： 1 价值性：课题应选择学科较为重要的内容或急需的内容，以及较为抽象 的重点和难点。 2 主题单一性：课题内容尽量集中，涉及面不要太宽。 3 课题表现性：在选题上应选择用常规方法难以表现而又适合于计算机多 媒体表现的课题。例如：一些微观、图片多、动画多、具有形象性的教材，适 合于计算机模拟，直观性强，教学效果好，有利于开发和树立形象。 3 。1 2 编制原则： 一个好的多媒体教学软件( 课件) ，必须具备： 1 教育性：课题内容必须符合教学大纲，其表现形式必须符合教育心理学。 2 科学性：课题中涉及的科学原理、定义、概念一定要准确无误，阐述的 观点、论据和涉及到的素材一定要真实、准确、标准化并符合科学的逻辑。 3 技术性：熟练掌握制作设备的各项功能，尽量使用较新的设备以表现出 新的创意，各项技术指标不能低于标准。 4 。艺术性：编制的课件应具有艺术感染力，从构图、色彩、美工设计、布 光、组合等等都应具有主题鲜明，从视觉和听觉上具有一定冲击力，逻辑思维 应能引人入胜。 3 l3 可行性分析 确定课题内容时，一定要根据现有的技术情况、设备情况、资金情况、编 制人员素质情况来决定，没有把握完成的课题就尽量不要实施。选题确定后， 必须经过专家的审议和有关领导的审定。开发这个课件的预算应在单位能够承 受的财力之内，并且从这个课件上所获得的利益包括经济效益和社会效益，要 大于对它的投入。另外，还应考虑：你打算用什么软件平台来开发这个课件? 你准备花多少钱来开发这个课件。投入的资金应该根据开发这个课件的工作量 和这个课件的预期收益来决定。 3 1 4 开发计划 首先要确定整个课件有多少任务，将整个制作过程的进度排出计划，不要 出现丽松后紧的现象 1 脚本需要专业老师编写。 2 声音、文档等的输入，需要由一般人员完成。 东南人学研毵生毕业论义 电类专业职业教育新型实验教学模式研究 3 美工人员做界面美化工作，制作所有的动画、视频、图片、并负责总体 创意。 4 程序总体编制，需要程序员完成。开发的具体内容和调度结果，最后要 体现在丌发表上面。要制定一个开发计划表，严格按计划表实施。 3 1 5 编写脚本 课题选定后，写出文字脚本。所谓文字脚本简单的理解就是将画面与解说 词对应地写出来。即把程序要完成的事情，用文字表达出来，帮助程序员束了 解这些意图。脚本细致地描述了每一个模块的实现过程。这是程序员丌发程序 的依据。脚本要清晰易懂，且要指明程序中的重点和要点。 3 1 6 编程方框图 为了编程能顺利的进行，还需编写编程方框图。根据文字脚本将每个页面所 包含的影像、图片、动画、文本、解说、音乐、热区、事件、文字按钮、图片 按钮、动画按钮、子页面的设定，以及编程思路、页面链接一页一页的用几何 图形表达出来。 3 1 7 模板编程 当以上几个方面都完成后，即可按分工同时进行各项工作。但经验告诉我 们，最好先进行模板编程。也就是说，先根据文字脚本和编程方框图设计出各 个页面。屏幕美工的设计在保持科学性的前提下，尽量提高艺术的整体性和同 一性。还需考虑课件在完成后使用的载体，如：作品主要用于多媒体投影机， 那整体创意在基调上最好采用明快、鲜艳、较高反差的方法。因为多媒体投影 机的使用环境很难做到全黑，使用上述方法能得到较好的效果。当然，作品若 用于远程教育在网上使用，那就另当别论了。页面在设计时要不落俗套，要敢 于创新，给人一种耳目一新的感觉。同样页面的直观、容易理解、容易操作仍 然是作品实用性的一项重要指标。页面的编号与各种按钮和热区标识应尽量统 一o 3 1 8 链接试运行 在模板编程完成后，即可进行链接试运行。虽然还未制作完各种素材，但 可先使用一些现成的素材进行试运行。一切正常后，再去制作各种素材，这样 可以避免许多重复劳动。因为，在编程时不会因为你的素材影响你的整体创意 思维，反而还会根据整体创意思维指导以后素材的制作和各个构图的创意。在 添加页面时，要经常进行打包测试，及时发现错误，避免发生返工的现象。当 整个作品框架试运行j 下常后，还可以合理分配各种素材的空问，在保证一定画 面质量的情况下，尽量压缩文件的容量。只要你的编程具有科学性，符合教育 东南人学研，生毕业论义 电类专业职业教育新型实验教学模式研究 心理学而又具有一定的技术性，并且页面的交互顺畅，那么你将大功“初”成。 以后素材的制作只是时间问题，各种素材制作完毕后，将代用的素材替换下来。 3 1 9 收集、制作、处理素材 这部分内容是重点，首先我们先介绍一下多媒体课件制作的相关软件、硬 件。 硬件：一台或多台多媒体计算机，配詈有：较好的声卡( 配音用) 显卡、 视频采集卡或m p e g 压缩卡( 采集影像) 、刻录光驱。外设有：摄像机、数码像 机、扫描仪、话筒、m i d i 键盘、网络等，如图3 - 2 所示。 软件：w i n d o w s 操作系统，图形图像的处理可使用p h o t o s h o p6 0 、我行我 速等。音、视频处理可使用p r e m i e r e6 、e ov i d e o 、i f i i m e d i t 、t m p g e n c p l u s 、 r e a lp r o d u c e rp l u s 、豪杰超级解霸、f i r e w o r k s 、w a v e c n 。动画处理使用 3 ds t u d i om a x 、f l a s h 及g i fa n i