仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用

崔 娟

（甘肅省衛(wèi)生學(xué)校，甘肅 蘭州 730000）

仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用

崔 娟

（甘肅省衛(wèi)生學(xué)校，甘肅 蘭州 730000）

仿真技術(shù)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；仿真實(shí)驗(yàn)

仿真技術(shù)是近年逐漸興起的一門新興科學(xué)技術(shù)。近年來，EWB、Multisim等計(jì)算機(jī)仿真軟件為師生進(jìn)行電子類課程傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及自由實(shí)驗(yàn)提供了平臺，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了新的教學(xué)方法。

筆者在電工與電子技術(shù)課程的電子技術(shù)內(nèi)容部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入Multisim仿真軟件，取得了較理想的教學(xué)效果，現(xiàn)將開展仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一些具體做法和體會報(bào)告如下。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入仿真技術(shù)的意義

1.1 有利于彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)儀器的不足

計(jì)算機(jī)仿真軟件提供了強(qiáng)大的虛擬儀器庫和充足的虛擬元器件資源。如Multisim軟件中有萬用表、示波器、掃頻儀、函數(shù)信號發(fā)生器、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯分析儀和數(shù)字邏輯轉(zhuǎn)換器等儀器，并且所有儀器均可多臺同時(shí)調(diào)用；同時(shí)有豐富的元器件資源，包括基本元件、半導(dǎo)體器件、運(yùn)算放大器、數(shù)字門電路芯片、DAC、ADC及其他各種部件，且用戶可通過元件編輯器自行創(chuàng)建和修改所需元件模型。在進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生使用鼠標(biāo)就可以調(diào)用虛擬元器件并聯(lián)接成具有實(shí)物功能的電路，再聯(lián)接上虛擬電源及從儀器庫中調(diào)出虛擬儀器，接通虛擬開關(guān)就可以進(jìn)行與實(shí)物實(shí)驗(yàn)一樣的測試分析。因此，仿真技術(shù)的引入，可以節(jié)省購置元器件和儀器設(shè)備的大量經(jīng)費(fèi)，彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)儀器的不足。

1.2 有利于縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)往往需要很多儀器設(shè)備，實(shí)驗(yàn)接線多，調(diào)試不方便，讀數(shù)誤差大，實(shí)驗(yàn)時(shí)間長。仿真技術(shù)的引入，學(xué)生不會因接線出錯(cuò)造成短路事故，不會因操作失誤造成人員或儀器設(shè)備損傷，不會發(fā)生實(shí)驗(yàn)室常見故障。如示波器一個(gè)通道正常，另一個(gè)通道不正常；信號發(fā)生器產(chǎn)生的波形失真；萬用表電池不足；測電阻讀數(shù)不準(zhǔn)確等。學(xué)生可以利用仿真軟件自帶的直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅立葉分析、零極點(diǎn)分析和參數(shù)掃描分析等分析工具，及時(shí)處理數(shù)據(jù)，觀察和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，大大縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

1.3 有利于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)

綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，可以鞏固學(xué)生所學(xué)的基本理論和專業(yè)知識，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用、獨(dú)立分析和解決實(shí)際問題能力及創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生常常受到元器件的限制和固定實(shí)驗(yàn)設(shè)備的束縛而改變實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，不可避免地存在許多錯(cuò)誤和不足，致使電路調(diào)試費(fèi)時(shí)費(fèi)力，甚至引起元器件和儀器設(shè)備損壞等問題，導(dǎo)致設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)達(dá)不到預(yù)期效果。引入仿真技術(shù)后，學(xué)生不僅可以充分利用仿真軟件采集、儲存、分析、處理、傳輸、控制數(shù)據(jù)，論證設(shè)計(jì)方案，而且可以隨時(shí)改變電阻阻值、電容容量、晶體管及集成電路型號參數(shù)等進(jìn)行電路調(diào)整，使之更好地符合設(shè)計(jì)要求，得出較為理想的設(shè)計(jì)電路。學(xué)生還可將要求輸出電路的測試參量或波形作為真實(shí)電路調(diào)試的依據(jù)或參考。

2 仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用

筆者在我校2005級高影3班醫(yī)學(xué)影像電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入仿真軟件Multisim 8.0，綜合模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，擴(kuò)充了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，教學(xué)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)分配見表1。

表1 仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配

其中6學(xué)時(shí)的仿真軟件Multisim的教學(xué)和練習(xí)，重點(diǎn)講述應(yīng)用Multisim開展電子電路仿真及分析的方法，包括元器件的選取、電路的構(gòu)建、虛擬儀器的使用、分析方法和步驟等內(nèi)容。教學(xué)中注意體現(xiàn)“四結(jié)合”，即多媒體課件和仿真軟件相結(jié)合，虛擬儀器使用方法和實(shí)際電子儀器操作方法演示相結(jié)合，實(shí)驗(yàn)電路理論分析結(jié)果與仿真波形、結(jié)果相結(jié)合，教師講述和學(xué)生操作相結(jié)合。由于示波器是電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中最常用的測量儀器，也是初學(xué)者使用的一個(gè)難點(diǎn)。因此，虛擬儀器使用中重點(diǎn)介紹示波器，并注重闡述虛擬示波器和真實(shí)示波器使用上的異同。通過以上教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生掌握了應(yīng)用Multisim進(jìn)行電子電路分析的基本方法，為開展仿真實(shí)驗(yàn)打下了良好基礎(chǔ)。

3 效果分析及努力方向

3.1 問卷調(diào)查

為了更全面地了解仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的效果，筆者于學(xué)期末對2005級高影3班29名學(xué)生進(jìn)行了相關(guān)教學(xué)效果的問卷調(diào)查和評估，從回收的29份有效問卷中獲得了一些很有意義的統(tǒng)計(jì)結(jié)果（見表2）。

表2 仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用效果調(diào)查

3.2 學(xué)生考核成績（見表3）

表3 學(xué)生考核成績統(tǒng)計(jì)[n（%）]

3.3 效果分析

（1）學(xué)生對在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用仿真技術(shù)這種教學(xué)形式歡迎度高。（2）在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中開展仿真實(shí)驗(yàn)，對實(shí)物實(shí)驗(yàn)過程具有較強(qiáng)的指導(dǎo)作用。（3）通過仿真實(shí)驗(yàn)，對理論課學(xué)習(xí)幫助較大，反映為高分學(xué)生比例較高。

3.4 努力方向

問卷調(diào)查反映出，仿真實(shí)驗(yàn)這種教學(xué)方式在教材建設(shè)、教學(xué)組織、教學(xué)指導(dǎo)等方面存在不足，制約了教學(xué)效果。（1）認(rèn)為需要加強(qiáng)仿真實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)的比例高達(dá)36.5%，尤其是要加強(qiáng)實(shí)例分析過程內(nèi)容。（2）近一半的學(xué)生認(rèn)為仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)的銜接有待提高。仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在差異，學(xué)生開展實(shí)物實(shí)驗(yàn)前，教師應(yīng)對二者間存在的關(guān)鍵問題作必要說明，以免學(xué)生過分依賴仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，造成實(shí)物實(shí)驗(yàn)偏差。（3）盡管安排了6學(xué)時(shí)專門講解Multisim的基本使用方法并讓學(xué)生練習(xí)基本操作，但受認(rèn)知水平限制，學(xué)生在短期內(nèi)自如運(yùn)用其進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)還有一定難度，可以考慮安排課外答疑時(shí)間來解決這一問題。

總之，仿真實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)各有優(yōu)勢，仿真實(shí)驗(yàn)不能完全取代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的具體操作，但傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)也需仿真實(shí)驗(yàn)作補(bǔ)充。從培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)理論知識和提高實(shí)際操作能力出發(fā)，將仿真實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合，能有效提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，更好地滿足現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求。

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1671-1246（2011）21-0101-02