仿真軟件在電工電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

蔣發(fā)倫

（重慶三峽職業(yè)學(xué)院 中國(guó) 重慶 404155）

0 引言

電工電子技術(shù)課程教學(xué)涉及理論課教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程實(shí)習(xí)等教學(xué)環(huán)節(jié)。 我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐過(guò)程中，如果結(jié)合理論教學(xué)的進(jìn)程，利用仿真軟件在多媒體上進(jìn)行模擬電工電子電路實(shí)驗(yàn)和電路設(shè)計(jì)的仿真，作為教學(xué)的補(bǔ)充，既幫助學(xué)生更好地理解電子技術(shù)的理論知識(shí)，又能確保課程實(shí)驗(yàn)電路參數(shù)的正確性，還為設(shè)計(jì)者免去了以往實(shí)作中的“制作—修改—再制作—再修改”的繁重的電路組裝與調(diào)試過(guò)程，取得了良好的教學(xué)效果。 實(shí)踐證明，這種教學(xué)、設(shè)計(jì)手段的運(yùn)用，有助于增強(qiáng)學(xué)生感性認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力和實(shí)際動(dòng)手能力。 下面介紹我將仿真軟件應(yīng)用于模擬電子技術(shù)課程教學(xué)中的實(shí)際做法。

1 將虛擬仿真引入理論課堂，提高課堂教學(xué)效果

對(duì)于職業(yè)教育，理論夠用就行，著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)作能力，因此在講解理論時(shí)，主要是給出一些定性知識(shí)，為了提高教學(xué)效率，需要配合演示實(shí)驗(yàn)。 但準(zhǔn)備演示實(shí)驗(yàn)，需要花費(fèi)較多時(shí)間；將多種儀器搬到教室，使用不便；演示操作過(guò)程，會(huì)占用過(guò)多時(shí)間，影響教學(xué)進(jìn)度。

現(xiàn)在我們將仿真軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)功能引進(jìn)課堂，在講解理論的同時(shí)，利用多媒體同步演示，顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使一些抽象的概念形象化、直觀化、簡(jiǎn)單化，彌補(bǔ)了理論上的抽象性。下面是我們具體應(yīng)用仿真軟件來(lái)仿真的兩個(gè)實(shí)例。

在電工基礎(chǔ)課程中要講解儀器儀表的使用，比如信號(hào)發(fā)生器、示波器、晶體管毫伏的使用，由于實(shí)驗(yàn)中涉及的儀器儀表較多，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)經(jīng)常的到處出錯(cuò)，實(shí)驗(yàn)效果很差，但在做實(shí)驗(yàn)之前，先在課程上用仿真軟件演示一遍實(shí)驗(yàn)要做的內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤，這樣學(xué)生在真正做實(shí)驗(yàn)時(shí)就比較熟悉，達(dá)到了舉一反三的效果。

又比如講星形負(fù)載電路結(jié)構(gòu)時(shí)，講到星形對(duì)稱負(fù)載有中線時(shí)，中線電流為零，中線不起作用，學(xué)生覺得抽象，但是用EWB 仿真軟件做一下該實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)其中線電流為零，去掉中線后，對(duì)電路的線電流及相電壓沒有任何影響，而當(dāng)三相負(fù)載不對(duì)稱時(shí)，中線電流不為零，但相電壓卻對(duì)稱，從而給學(xué)生非常直觀的感受。 使他們知道了中性線在三相電路中的作用，上課效果非常的好。 得出結(jié)論后，讓學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上記定性的一些結(jié)論就容易多了。

在模擬電路中講授三極管共發(fā)射極放大電路時(shí)， 三極管具有放大和反相的作用， 學(xué)生理解起來(lái)非常困難。 我們利用EWB 仿真軟件來(lái)仿真電路，用示波器來(lái)觀察波形，可以明顯看出放大的效果和反相的作用。 學(xué)生先有了感性認(rèn)識(shí)后，理論的講解聽起來(lái)就更輕松了，從而使上課達(dá)到了事半功倍的效果。

在模擬電路中講授振蕩電路的起振時(shí)，通過(guò)電路的正反饋?zhàn)饔?，輸出信?hào)就會(huì)逐漸由小變大，當(dāng)振蕩幅度增大到一定的程度后，由于三極管的限幅作用，最后使得輸出的波形穩(wěn)定。 學(xué)生很難理解，用現(xiàn)有的儀器根本就不能顯示出起振的波形來(lái)，現(xiàn)在利用Protel 仿真顯示出波形，振蕩器起振的過(guò)程非常直觀， 還能看出這種振蕩電路的波形存在較大的失真，但振蕩波形較穩(wěn)定。 如果對(duì)波形失真要求較高，則需要采用改進(jìn)型號(hào)振蕩電路，即克拉潑或者西勒振蕩電路。 這種教學(xué)模式生動(dòng)活潑， 學(xué)生自始至終保持著極高的學(xué)習(xí)興趣，加深了理解和記憶，有效地提高了課堂教學(xué)效率。

2 開設(shè)仿真實(shí)驗(yàn)，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量

電工電子技術(shù)課是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，理論學(xué)習(xí)必須緊密地與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)。 以往，實(shí)踐環(huán)節(jié)主要是上實(shí)驗(yàn)課，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)較少。

以前設(shè)計(jì)電路思路的缺陷是：先設(shè)計(jì)出電路，買回元件后，在面包板或印制電路板上安裝調(diào)試，進(jìn)行參數(shù)的不斷調(diào)整，不斷地更換元器件，而當(dāng)調(diào)試好以后，又得重新買元件，重新安裝調(diào)試，將損耗浪費(fèi)大量的電子元器件。

而現(xiàn)在我們的做法是： 在學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)的過(guò)程中，抽幾節(jié)課講解仿真軟件的使用方法。 在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課之前，學(xué)生必須先將電路進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)電路中的一些問(wèn)題，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的調(diào)整，直到得到仿真實(shí)驗(yàn)成功以后，再進(jìn)行實(shí)際電路的安裝、焊接、調(diào)試。 學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣提高，信心加強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量大大提高，特別是在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)仿真軟件可以隨時(shí)修改元件參數(shù)， 并能馬上獲得仿真結(jié)果，直到滿足電路設(shè)計(jì)要求。 學(xué)生可提出各種設(shè)計(jì)方案，從而大大提高了分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，激發(fā)了他們的創(chuàng)新意識(shí)，也大大提高了學(xué)生電子電路的設(shè)計(jì)水平。

3 虛擬仿真在各課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

對(duì)于模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，我們的做法：將模擬電子技術(shù)的內(nèi)容分成幾個(gè)單元，每一個(gè)單元搞一個(gè)課程設(shè)計(jì)。第一次在老師的帶領(lǐng)下，講電路設(shè)計(jì)的步驟，完成課程設(shè)計(jì)。 上完下一個(gè)單元電路以后，老師布置一個(gè)課程設(shè)計(jì)題目，學(xué)生自己查找資料，自己設(shè)計(jì)好電路以后，再進(jìn)行仿真，仿真后針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題再進(jìn)行修改，直到解決好仿真出現(xiàn)的問(wèn)題，然后完成交給老師檢查，在檢查學(xué)生設(shè)計(jì)方案時(shí)，要求學(xué)生陳述自己的設(shè)計(jì)思路，學(xué)生在講述的過(guò)程中就會(huì)進(jìn)行再次思維。這種虛實(shí)結(jié)合的方法，既發(fā)揮了虛擬實(shí)驗(yàn)高效、經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)處，又培養(yǎng)了學(xué)生電子制作的能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

4 虛擬實(shí)驗(yàn)中應(yīng)克服的問(wèn)題

雖然采用虛擬仿真輔助教學(xué)，改善了教學(xué)手段，豐富了教學(xué)內(nèi)容，也能更形象生動(dòng)地將難于理解的知識(shí)用仿真的形式表現(xiàn)出來(lái)，也更能激發(fā)出學(xué)生設(shè)計(jì)電路的創(chuàng)新意識(shí)。 但如果完全用虛擬實(shí)驗(yàn)取代實(shí)物實(shí)驗(yàn)， 就只會(huì)在電腦上仿真，學(xué)生對(duì)真實(shí)元器件的封裝、檢測(cè)等認(rèn)知程度大大降低，對(duì)使用儀器的操作能力大大削弱，缺少對(duì)實(shí)際電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的布局能力、布線能力、安裝調(diào)試能力。 為了避免其弊端，使之與傳統(tǒng)的教學(xué)相得益彰，融于一體，更好地為現(xiàn)代教學(xué)服務(wù)，我們采用虛實(shí)結(jié)合的方式，一方面強(qiáng)調(diào)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)教學(xué)的輔助作用，另一方面認(rèn)識(shí)到實(shí)際動(dòng)手能力的重要性，兩者相輔相成，有機(jī)結(jié)合。 既合理安排仿真實(shí)驗(yàn)課時(shí)，主要以學(xué)生課后自己上機(jī)實(shí)驗(yàn)為主，課堂上進(jìn)行實(shí)際電路的安裝調(diào)試工作；又精心選擇仿真實(shí)驗(yàn)課題，為學(xué)生提供科學(xué)、合理的仿真實(shí)驗(yàn)題目，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握知識(shí)，提高興趣。 還讓學(xué)生做一些設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，自己設(shè)計(jì)、制作安裝調(diào)試，使虛擬仿真實(shí)驗(yàn)變成看得見摸得著的電子產(chǎn)品。

總之，將仿真技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)中，不僅可以把許多抽象和難以理解的內(nèi)容變得生動(dòng)有趣， 動(dòng)態(tài)地演示一些現(xiàn)象，化難為易，而且能模擬一些用語(yǔ)言難以清楚表述的，以及現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)不易進(jìn)行的內(nèi)容。 它不僅提高了教學(xué)質(zhì)量，改善了教學(xué)手段，豐富了教學(xué)內(nèi)容，提高了課堂教學(xué)效率，而且對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的自主能力、創(chuàng)新能力、分析和解決問(wèn)題的能力都起到了潛移默化的作用。 當(dāng)然，也要注意仿真教學(xué)的輔助作用和實(shí)際工程能力的重要性，兩者必須相輔相成，相互結(jié)合，而不能以仿真來(lái)完全代替實(shí)踐操作課。S

［1］顧濱.Protel99se 實(shí)用教程[M].人民郵電術(shù)出版社，2008，6.

［2］張永生.電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2008，7.