虛擬仿真技術(shù)在構(gòu)建模擬電路高效課堂中的應(yīng)用

王春娟

摘要：高效課堂的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)學(xué)生的“三維”發(fā)展。在模擬電路的理論教學(xué)中，學(xué)生參與課堂的主動(dòng)性不高，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在該課程教學(xué)中，通過(guò)使用仿真軟件Multisim 9來(lái)講授模擬電路的理論知識(shí)，能夠發(fā)動(dòng)學(xué)生，讓學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)際的學(xué)習(xí)過(guò)程，自己獲得所學(xué)的理論知識(shí)，實(shí)現(xiàn)高效課堂的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；Multisum ；高效課堂

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）35-8479-02

Application of Virtual Simulation Technology in Constructing Highly Efficient Classroom of Analog Circuit

WANG Chun-juan

（Department of Computer and Electronic Information， Shaanxi Xueqian Normal University， Xian 710100， China）

Abstract： The ultimate goal of highly efficient classroom is to realize "three-dimensional" development. In the theory teaching of analog circuit， it is not high of students' active participation in the class， the virtual simulation technology is applied in the teaching of this course， the knowledge of analog circuit can be taught by using simulation software Multisim 9， students can be mobilized、participate in the actual learning actively and obtain the theory of knowledge， the efficient classroom can be realized.

Key words： Virtual Simulation Technology； Multisum；Efficient Classroom

高效課堂的基本價(jià)值取向?yàn)椤吧?、?dǎo)學(xué)、抑教” [1]，即心系學(xué)生、以學(xué)生為本，有效地引導(dǎo)學(xué)生，把課堂還給學(xué)生，努力創(chuàng)建學(xué)生學(xué)習(xí)的“課堂”。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，是知識(shí)技能的建構(gòu)者、學(xué)習(xí)過(guò)程的親歷者與價(jià)值傾向的掌舵者，要在模擬電路的教學(xué)中實(shí)現(xiàn)“高效課堂”，教學(xué)必須關(guān)注每個(gè)學(xué)生的“三維”發(fā)展[2]，即知識(shí)技能、學(xué)習(xí)過(guò)程方法與情感態(tài)度價(jià)值觀的綜合發(fā)展。只有以學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，教學(xué)效果才可能有效、高效，形成“想學(xué)—會(huì)學(xué)—學(xué)會(huì)”的良性循環(huán)[1]。只有這樣才能不斷開發(fā)學(xué)生潛能，培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和創(chuàng)新能力。

1 構(gòu)建模擬電路高效課堂中存在的問(wèn)題

模擬電路課程的知識(shí)點(diǎn)很多，在平時(shí)的教學(xué)過(guò)程中，主要采用電路理論分析法進(jìn)行講解，學(xué)習(xí)比較枯燥。以單管共發(fā)射極放大電路為例，要求學(xué)生掌握該電路的3個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。主要通過(guò)講授三極管及整個(gè)放大電路的微變等效電路[3] 的方法來(lái)分析該電路的動(dòng)態(tài)指標(biāo)并進(jìn)行理論估算。在分析和講解過(guò)程中，學(xué)生總體表現(xiàn)為在老師的帶動(dòng)下被動(dòng)的接受相關(guān)的理論知識(shí)，與老師的互動(dòng)也很被動(dòng)，主動(dòng)學(xué)習(xí)少，教學(xué)效果不是很好。沒(méi)有學(xué)生身心在場(chǎng)、主體參與的課堂很難是高效的課堂，很難實(shí)現(xiàn)每一個(gè)學(xué)生的“三維”發(fā)展。

2 虛擬仿真技術(shù)在構(gòu)建模擬電路高效課堂中的應(yīng)用

2.1 虛擬仿真技術(shù)及軟件簡(jiǎn)介

虛擬仿真又稱虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或模擬技術(shù)，是用一個(gè)虛擬的系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)。從狹義上講，虛擬仿真是指隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的一類試驗(yàn)研究的新技術(shù)。

Multisim 9是Electronic Workbench公司于2005年12月推出的仿真軟件[4]，用于各類電路的虛擬仿真。在該軟件中能夠?qū)崿F(xiàn)電路元器件編輯、選?。浑娐穲D繪制；提供多種常用的虛擬儀表，可以通過(guò)這些儀表觀察電路的運(yùn)行狀態(tài)以及仿真結(jié)果。該軟件還為學(xué)生提供了3D面包板實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和3D元件庫(kù)，允許學(xué)生搭建他們的電路圖并且在面包板上進(jìn)行試驗(yàn)，不必構(gòu)造具體的物理電路，進(jìn)而測(cè)試電路工作狀況和電路特性分析等。

2.2 虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用

下面就以單管共發(fā)射極放大電路為例，說(shuō)明使用仿真軟件Multisim 9來(lái)講解放大器3個(gè)常用動(dòng)態(tài)指標(biāo)即電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻的具體應(yīng)用。

1）實(shí)驗(yàn)電路圖

在仿真軟件Multisim 9中，打開選擇組件窗口，選擇需要的元器件、信號(hào)發(fā)生器和示波器等組件，連接如圖1所示的電路圖。

2）放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)仿真分析

（1） 電壓放大倍數(shù)Au的仿真

調(diào)整放大器到合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，然后加入輸入電壓ui，在輸出電壓uo不失真的情況下，用交流毫伏表測(cè)出ui和uo的有效值Ui和Uo，則電壓放大倍數(shù)為Au=Uo/Ui。

具體的測(cè)量方法是：在圖1所示的電路中，閉合開關(guān)J1和J2，打開信號(hào)發(fā)生器XFG1的界面，調(diào)整輸入信號(hào)的幅值和頻率，單擊仿真開關(guān)進(jìn)行仿真，打開示波器XSC1，觀察輸入、輸出電壓波形。在輸出電壓不失真的情況下，使用萬(wàn)用表XMM1和XMM2測(cè)量出uo和ui的有效值Uo和Ui，即可計(jì)算出電壓放大倍數(shù)。

（2） 輸入電阻Ri的仿真

輸入電阻是指從放大器輸入端看進(jìn)去的等效電阻，它表明放大器對(duì)信號(hào)源的影響程度。

按照?qǐng)D2所示的電路來(lái)測(cè)量輸入電阻，在被測(cè)放大器的輸入端與信號(hào)源之間串聯(lián)一個(gè)已知電阻R，用交流毫伏表測(cè)出Us和Ui，根據(jù)輸入電阻的定義可得Ri=Ui/（Us-Ui）*R。具體的測(cè)量方法是：在圖1所示的實(shí)際電路中，閉合開關(guān)J2，打開信號(hào)發(fā)生器XFG1界面，調(diào)整輸入信號(hào)的幅值和頻率，單擊仿真開關(guān)進(jìn)行仿真，打開示波器XSC1，觀察輸入、輸出電壓，在輸出電壓不失真的情況下，用萬(wàn)用表測(cè)出開關(guān)J1在打開和閉合兩種情況下ui的有效值Ui1和Ui2，按照下面的公式Ri=Ui1/（U i2- Ui1）* R8，即可測(cè)出輸入電阻。

（3） 輸入電阻Ro的仿真

輸出電阻是從放大器輸出端看進(jìn)去信號(hào)源的等效電阻，放大器的輸出端可以等效為一個(gè)理想的電壓源uo和輸出電阻Ro相串聯(lián)。

按照?qǐng)D2所示的電路來(lái)測(cè)量輸出電阻，測(cè)出輸出端不接負(fù)載R5時(shí)輸出的有效電壓Uo和接入負(fù)載時(shí)的輸出有效電壓UL，根據(jù)輸出電阻的定義可得Ro=（Uo/UL-1）*R5。具體的測(cè)量方法是：在圖1所示的實(shí)際電路中，閉合開關(guān)J1，打開信號(hào)發(fā)生器XFG1界面，調(diào)整輸入信號(hào)的幅值和頻率，單擊仿真開關(guān)進(jìn)行仿真，在J2打開和閉合時(shí)，使用萬(wàn)用表XMM2分別測(cè)得輸出端不接負(fù)載R5時(shí)輸出的有效電壓Uo和接入負(fù)載時(shí)的輸出有效電壓UL，按照上面的公式即可測(cè)出輸出電阻。

2.3總結(jié)

通過(guò)上述仿真過(guò)程的講解，可以發(fā)現(xiàn)將仿真軟件合理的應(yīng)用在模擬電路的實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，可以發(fā)動(dòng)學(xué)生、發(fā)展學(xué)生，讓學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)際的學(xué)習(xí)過(guò)程，掌握所學(xué)的理論知識(shí)。虛擬仿真技術(shù)在構(gòu)建模擬電路高效課堂的具體應(yīng)用體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣

使用仿真軟件來(lái)模擬實(shí)際的放大電路，富于情趣，創(chuàng)造了和諧的學(xué)習(xí)氛圍，仿真軟件的圖形演示功能為教師提供形象表達(dá)工具，將難點(diǎn)問(wèn)題以仿真的方式呈現(xiàn)出來(lái)，加強(qiáng)直觀性，吸引學(xué)生注意力，使像“微變等效電路”這樣抽象的教學(xué)問(wèn)題變得具體形象，提高知識(shí)的可接受性。可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)好的信心，讓學(xué)生主動(dòng)參與到課堂教學(xué)活動(dòng)中來(lái)。師生的情感也得到增強(qiáng)，學(xué)習(xí)效果必然得到提高。

2）引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考、實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)

采用虛擬仿真的方法來(lái)進(jìn)行教學(xué)，以學(xué)生的知識(shí)和能力基礎(chǔ)為出發(fā)點(diǎn)，關(guān)注對(duì)學(xué)生“學(xué)”的設(shè)計(jì)，通過(guò)仿真模擬這樣直觀的方式來(lái)展現(xiàn)放大電路的整個(gè)工作過(guò)程，針對(duì)仿真過(guò)程中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)的提出問(wèn)題并積極進(jìn)行思考，在教師的理論講解過(guò)程中主動(dòng)挖掘其中蘊(yùn)含的理論知識(shí)，主動(dòng)經(jīng)歷知識(shí)產(chǎn)生、發(fā)展和形成過(guò)程，努力實(shí)現(xiàn)“三維”目標(biāo)的有機(jī)結(jié)合和統(tǒng)一，讓學(xué)生真正成為課堂的主人，進(jìn)行獨(dú)立思考，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)，不斷提高課堂教學(xué)效果。

3）指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行電路設(shè)計(jì)

虛擬仿真教學(xué)完成后，可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生可以根據(jù)圖1所示的放

大電路選取合適的原件，使用實(shí)際的實(shí)驗(yàn)原件和儀器連接實(shí)際的電路，進(jìn)行放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)

的實(shí)際測(cè)量，并與理論估算的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，理解實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的差異并分析原因。

同時(shí)，學(xué)生可以根據(jù)掌握的理論知識(shí)，并使用仿真軟件進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)，把所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際的放大電路設(shè)計(jì)中，體會(huì)知識(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用價(jià)值，讓學(xué)生不僅成為學(xué)習(xí)的主人，還將成為生活的主人，培養(yǎng)學(xué)生具有終身學(xué)習(xí)的能力。

3 結(jié)束語(yǔ)

理想的高效課堂是要實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)技能、學(xué)習(xí)過(guò)程方法與情感態(tài)度價(jià)值觀的綜合發(fā)展，絕不是有著固定教學(xué)模式的課堂，要結(jié)合所講授的課程內(nèi)容，采用合適的教學(xué)方法。根據(jù)模擬電路的課程內(nèi)容和特點(diǎn)，可以通過(guò)使用虛擬仿真軟件Multisim 9將虛擬仿真技術(shù)合理地應(yīng)用到實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)模擬電路的興趣，引導(dǎo)學(xué)生參與到知識(shí)的主動(dòng)獲取過(guò)程中，使學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考、實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)，最終實(shí)現(xiàn)高效課堂的教學(xué)目標(biāo)。

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