4 江阴市教师专项课题结题报告.doc

江阴市教师专项课题中职电类虚拟实验的开发结题报告江苏省江阴职业技术教育中心校 陈俭为贯彻落实全省职业教育工作会议精神和省政府关于大力发展职业教育的决定，本校一批有志于实验教学模式改革的教师积极投身到虚拟实验的研究中去，研究虚拟实验软件、比较虚拟实验与传统实验的利弊，研制开发了152个虚拟实验软件，并逐步应用到实验教学中去，取得了阶段性成果。通过虚拟实验教学实践，课题组得出了中等职业学校实验教学宜采用传统实验与虚拟实验相结合之模式的结论。一、课题研究的背景：1、实验教学在中等职业学校教学中的地位和作用在职业教育中，实验教学占有很重要的地位。实验教学水平通常被作为一所中等职业学校学校教学水平的重要标志，是中等职业学校不可缺少的重要组成部分。当今社会已进入信息时代，陈旧的教学方式己不适应现代职业教育的发展了。只有实验教学跟上时代发展的步伐，培养出的学生才能具有熟练的实际动手操作能力并很快适应工作岗位的需求。理论学习与实践操作相结合、重点强化实践操作是职业教育的最大特点。要想把学生培养成为具有较强动手能力的专门人才，为学生走入社会、走向工作岗位打下良好的基础，没有必要的实验教学是完成不了教学任务的。“黑板上开机器，教室里养牛羊”学来的“操作技能”是适应不了经济建设和社会发展需要的。2、中等职业学校实验教学的现状对我国中等职业学校实验教学现状进行研究，可以发现我国中等职业学校目前存在以下几个方面的弱势：师资水平弱、生源质量低、教学设备差，造成了职业教育缺少发展的后劲。尤其是教学设备布点不合理，软硬件配置比例失调，现有教学设备利用率低、效益差等问题，这些都严重影响了职业教育的质量和发展。传统的实验使用的是看得见、摸得着的实物仪器，让无数学生体会到了实验的乐趣，同时也提高了他们的独立操作能力、科学思维能力和灵活性。但传统实验不能完全满足教学中实验的要求，购买仪器的经费问题和出于安全方面的考虑，一些实验无从在学校开展。而某些抽象的实验更是无从开展。从作者调查的情况来看，凡是有正常实验开设的学科，学生学习的兴趣浓，学生对知识的理解与掌握也比较好；而那些实验少、纯理论的学科，学生就缺乏学习兴趣，学生的成绩也往往比较差。如何利用有限的经费来开展实验教学、提升学生的学习兴趣与操作技能，已经成为摆在我们面前的一道难题。3、国内外相关领域研究（1）国外：国外西方发达国家的实验教学水平比较高，实验教学和专业课教学结合紧密。在德国、澳大利亚、新加坡等职业教育发达的国家，很少听说有学校为实验教学捉襟见肘而烦恼的事例。西方发达国家的虚拟实验研究水平很高，但往往是为高端企业所服务的，如CPU基板的测试、Gameboy游戏机的测试等等。从未见到有将虚拟实验作为职业教育常规实验教学补充的报道。（2）国内国内的虚拟实验研究主要集中在高校，研究方向与西方发达国家类似。国内中等职业学校也有开设虚拟实验室的，如苏州、无锡等个别职教强校，但他们更多的是将虚拟实验作为一种技能来学习，为学生将来进入外企工作作好铺垫。他们的虚拟实验室，需要大量的前期资金投入。同样，国内也没有将labVIEW等高端虚拟实验软件应用到普通实验教学中去的成功范例。二、对课题的认识与研究：1、课题研究研究与实施的前提 主管部门的管理策略：中职电类虚拟实验的开发实质上为中等职业学校电类专业课实验模式的改革，教育行政主管部门对学校的改革既要提供支持、又要不影响学校的正常教学秩序，同时也需要放手给学校的相关教育自主权，这样专业课实验模式改革才不会脱节。 校领导的重视：专业课实验模式的改革可以解决学校实验设备的不足，降低实验的损耗与管理成本，并能做到将理论教学与实验教学结合到一起，更容易激发学生的学习兴趣而解决当前职校生对专业课程厌学的问题，所以本课题研究是利校利生的一件大事。领导的决策与宏观掌控对课题研究所起的指导与调控作用将使研究与实施的时间大大缩短。 教师的创新、开拓意识与学校的研究氛围：虚拟实验是一门新兴技术，虚拟实验的理论也远未成熟。哪怕是新毕业的教师也很少学过虚拟实验课程，要对本课题进行研究必须要不断学习、创新。而一人的力量是有限的，好的研究环境是决定学校整体素质能否提升的一个关键因素。 教学资源的充足：有能进行课堂虚拟实验教学的环境，可以进行虚拟实验与常规实验的比对。2、课题研究顺利进行的保障 学校各级领导的重视和支持； 电子与信息技术专业先后被批准为无锡市与省级示范专业； 研究人员的团结协作、敬业精神，良好的教学业务水平。三、课题研究解决的主要问题 1、设计的虚拟实验要直观、适合学生使用习惯，易学易用，能激发学生的学习兴趣。2、成本低，在计算机上就可以直接运行所设计的虚拟实验软件，无需添置额外硬件设备。3、维护简单，普通机房管理人员即可进行软件维护，无须进行实验硬件维修维护。4、容量小巧，可以很方便的进行网络传输。5、对计算机硬件要求不高，可以直接在课堂进行虚拟实验演示。6、重点开发常规实验难以实现或效果不明显的实验。7、重点开发实验仪器昂贵或实验损耗大的实验。8、LabVIEW虚拟实验软件的编制是本次研究的主要难点。四、课题研究的意义与目标1、意义实验教学在中等职业学校教育中占有非常重要的地位，是提高学生动手能力、培养创造能力和综合素质的一个有效的手段，很多学科都是以实验课程为基础的，缺少了实验的支持，技术性的教学和科研活动就无法进行。学生只有通过足够的验证型实验和一定数量的综合设计型实验才能加深理解和掌握所学的理论知识和应用技术，也只有通过实验，才能将理论与实践很好地结合起来。传统的实验是资源高度密集的实验系统，具有实验设备资金投入量大、实验体系的完善和实验教学的实施所需人力物力投入量大的特点。目前，随着招生规模的不断扩大，中等职业学校急需补充和更新大量的实验教学设备，这一现实问题无法在很短的时间内得到很好的解决。而虚拟实验主要依赖于软件和较少的配套硬件，使实验室的维护费用和工作量也大大降低，弥补了传统实验室这些方面的不足。利用Internet进行虚拟实验室的网络发布，实现了资源共享，避免了仪器重复添置和资源浪费，满足了学生不再受时间、地点限制进行远程的实时合作，提高了学生的学习效果。作为新出现的实验模式，虚拟实验的理论远未成熟。开发出直观、易于理解的虚拟实验需要一定的理论支持。目前国外还未见大规模成功应用的实例，也未形成国际通用的标准；而国内出现的虚拟实验室都或多或少地存在着通用性较差、灵活性不强、交互性差的问题。因此，研究和开发通用性强、交互性能好、灵活性强的虚拟实验软件具有相当的理论价值和实际应用价值。2、目标本课题是针对目前中等职业学校中的实验资源紧张这一现实状况，利用虚拟实验技术，运用仿真技术、多媒体技术，构建智能化的虚拟实验室，用虚拟实验来作为常规实验教学的补充。本虚拟实验室能实现课堂辅助教学、自主实验，使实验教学方法和手段得到突破与创新。五、课题的研究过程1、学习虚拟实验技术 labVIEW软件学习 multisim软件学习 虚拟实验技术学习2、调查中等职业学校实验开设情况、效果 本校实验情况调查 走访兄弟学校3、学习国内外先进经验，避免虚拟实验的误区；分析传统实验的不足，确定虚拟实验的思路。 筛选出典型的模拟电路、数字电路与电工基础中的典型电路，用labVIEW软件开发； 一般用于课堂演示的实验用multisim软件开发。4、虚拟实验软件的开发 用labVIEW软件开发的虚拟实验，写出脚本； 设计源程序，调试分析； multisim虚拟实验开发。5、教学实践： 陈俭老师利用开发的labVIEW虚拟实验进行首轮教学实践； 陈俭老师针对虚拟实验教学研究开设示范课与研究课； 将开发的软件无偿提供给青年教师进行试用，并在公开课与评优课中推广。6、专题研究及论文撰写7、教学资源及媒体的开发8、撰写结题报告六、研究的的核心任务1、用labVIEW软件开发典型实验的虚拟实验软件，设计源程序；（见附录一）2、用multisim软件开发其余的虚拟实验。（见附录二）已开发的虚拟实验目录分类序号虚拟实验文件名Mulitisim虚拟实验成果1164移位.msm22-20.msm32-20充放电.msm42PSKFILT.msm53-12.msm63-12共射放大.msm74-5.msm84-5方波发生.msm94-14.msm104-14 波特仪.msm114-19.msm124-19 两级放大.msm134-23 138全加.msm144-23.msm154-27.msm164-27JK触发.msm174-30.msm184-30逻辑转换.msm194060.msm204位2进计数.msmMulitsim虚拟实验成果215-14.msm225-2.msm23555单稳态.msm24555可控振荡.msm256-14.msm266-14串联谐振.msm276-16.msm286-16微分.msm296-2.msm306-2戴维南.msm316-4.msm326-4叠加.msm336-9.msm346-9暂态.msm357-10差放.msm367-15单放频率特性.msm377-19.msm387-22电压负反馈.msm397-29非正弦波.msm407-2输出特性.msm417-38.msm427-42振荡.msm437-5单放.msm448-11RS触发器.msm458-12JK触发器.msm468-16五进计数.msm478-18十进计数.msm488-20_54进计数.msm498-21十进计数.msm508-23六十进计数.msm518-24反馈移位信号.msm528-26T型DAC.msm538-28_555振荡.msm548-30_555施密特.msm558-33晶振.msm568-35分频器.msm578-36六十进计数.msm588-37二十四进计数.msm598-39数字钟.msm608-41抢答器.msm618-42报警器.msm628-46.msmMulitsim虚拟实验成果638-48.msm648-48频率计.msm658-6加法电路.msm668-8(1).msm678-8四选一全加.msm688-9冒险.msm6992.msm7099DA.msm7199电源.msm7299脉冲显示.msm73ACDCCONV.msm74AMP_MOD.msm75ANSUBFLT方转正.msm76Circuit1.msm77DECCNTR.msm78FREQDBLR倍频.msm79HCOUPLER.msm80HRING2.msm81HRING.msm82NESTAN放大2.msm83NETAN3单放.msm84NETAN4.msm85NETAN44.msm86NETANDC2.msm87OCL.msm88PHASCONT.msm89RANDGEN数模.msm90SAMPHOLD.msm91SETCNTBS.msm92SHFTREG.msm93SPECTRM1.msm94SPECTRM4.msm95STPRMPGN阶梯.msm96Stripline.msm97SWTTHGEN.msm98UPDWNCNT.msm99V6SAMPLE振荡.msm100三分频.msm101三相全波.msm102三相全波可控.msm103三相半波.msm104串联稳压.msmMulitsim虚拟实验成果105全波.msm106全波可控.msm107分立串稳.msm108半波.msm109半波可控.msm110单相全波.msm111单结管触发.msm112振荡器.msm113振荡显示.msm114文氏.msm115文氏1.msm116文氏2.msm117斯密特555.msm118桥式.msm119正弦同步触发.msm120比较器.msm121热敏电阻.msm122积分.msm123调光.msm124调光2.msm125遮光计数.msm126锯齿波触发.msm1272级放大.msm128单管放大.msm12974ls138.msm130前置放大器电路原理图.msm131同相比例运放(输入各种波形).msm132反相比例运放(输入直流)实际器件.msm133反相比例运放(输入各种波形).msm134反相比例运放(输入直流).msm135同相比例运放(输入直流).msmlabVIEW虚拟实验成果模拟电子1共发射极单管基本放大电路.vi2静态工作点.vi3动态参数分析.vi4温度对静态工作点的影响.vi5分压式偏置电路.vi6示波器波形观察.vi数字电路1数码管（共阳）.vi2基本门电路.vi3组合门电路.vi4七段显示译码.vi5数码管（共阴）.vilabVIEW虚拟实验成果数字电路6数据显示译码.vi709循环显示.vi809循环显示子.vi9059.vi10数字钟.vi电工1RL串联电路.vi七、研究成果1、陈俭 中等职业教育“虚拟实验”教学利弊谈2、陈俭 基于虚拟实验中等职业学校教学设备的应用研究3、相关成员完成一轮教学实践，并在青年教师公开课、评优课中推广。4、课题研究中期调研表。5、完成152个虚拟实验软件开发，涵盖了中职、中技电工基础、电子技术基础等电类专业课程，包括135个multisim虚拟实验和17个labVIEW虚拟实验。6、课题研究的总结报告。八、虚拟实验研究成果在教学过程中的应注意的问题在作者已经进行的虚拟实验教学的尝试中，本人发现，虚拟实验带来了以下新问题尚待研究：1、降低学生对真实电子元器件的认知程度。虚拟实验整个过程都是在计算机上完成，学生所做的一切就是使用键盘和鼠标。在虚拟实验里，他们所接触的电子元器件主要是一些电路符号，而实际的电子元器件，在封装形式、制造材料、体积的大小及外观等都有很大的差异，而这些差异在虚拟实验里是难以体现出来的。学生实验以后，仍然不会识别电阻器及电容器上打印的标称值，不懂得如何判别晶体管引脚的极性，不清楚如何区分集成芯片的引脚，导致学生没有这方面的知识和积累。2、降低学生对真实仪器的训练力度。在传统实验中，学生必须学会使用仪器说明书，了解仪器的原理、用途及注意事项，仔细观察仪器的面板布局，弄清每个开关、旋钮的功能，正确配合操作，使仪器进入正常的工作状态。由于很多实验仪器如示波器等的使用比较复杂，学生想通过一、两次的使用就掌握其使用方法是很困难的，只有经过反复训练，才能规范地、熟练地掌握各种常见仪器操作技巧，即对各种常见仪器的零位调节、垂直和水平调节、电路连接及各种仪器的正确读数姿势等动作技能达到“自动化”程度。而虚拟实验则不同，学生由于缺乏必要的体验，必然会忽视一些操作规范，从而削弱对实验仪器基本操作技能的训练力度，影响良好实验习惯的养成。3、降低学生分析和解决实际问题的能力。在传统实验中，学生会经常碰到实验箱因频繁地用力插拔而使接线孔产生虚接现象、阻容元件及接插孔因被氧化而接触不良、元器件因学生操作不当而损坏、实验箱使用的导线容易产生内部断路、电流表并联在电路中产生短路电流而烧坏保险管、电压表串联在电路中造成断路而使得负载不能正常工作等问题，能让学生养成良好的分析问题的习惯，认真的处理好每一环节以至每个接点，引导学生对电路出现的不正常现象进行积极思考，让学生运用所学的知识解决实践中碰到的问题，培养学生基本的调试方法和手段，促使学生的综合素质和动手能力的提高。而在虚拟实验中，由于“虚拟仪器”相对比较精确，使学生无法通过实验数据处理、误差