虛擬仿真軟件在高職教學(xué)中的應(yīng)用
——以應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)為例

余海潮（武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院　湖北武漢　430062）

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虛擬仿真軟件在高職教學(xué)中的應(yīng)用
——以應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)為例

余海潮
（武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院湖北武漢430062）

摘要：本文從高職教育的特征出發(fā)，指出了高職院校在實(shí)踐教學(xué)中存在的問題，并以應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)為例，說明了該專業(yè)主干課程的主要實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，能運(yùn)用EDA軟件進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)。然后介紹了世界上最常用的幾種電路仿真設(shè)計(jì)軟件，結(jié)合教學(xué)分析了這幾種軟件的特點(diǎn)和功能，推薦應(yīng)用Multisim軟件和Proteus軟件，并闡述了EDA軟件對(duì)教學(xué)的促進(jìn)及局限，最后總結(jié)了EDA軟件在實(shí)踐教學(xué)中能發(fā)揮的功能。

關(guān)鍵詞：高職教育 電路EDA軟件 應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)

一、前言

最近幾年，國家制定了一系列關(guān)于發(fā)展職業(yè)教育的政策，提出了許多指導(dǎo)性的意見，作為當(dāng)前職業(yè)教育的主體，高職教育不同于本科教育，本科教育注重深入的理論分析，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)往往以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，而高職教育注重實(shí)踐應(yīng)用，技術(shù)的運(yùn)用，對(duì)理論知識(shí)的掌握要求不深。教育部曾在多種指導(dǎo)性文件中提出，高職教育中的實(shí)踐教學(xué)課時(shí)比例不得低于50%。實(shí)踐教學(xué)的突出需要巨大的資金投入，而當(dāng)前的高職院校財(cái)政狀況普遍不好，沒有足夠的資金保障充足的實(shí)踐教學(xué)。而虛擬仿真軟件可以幫我們緩解這一問題，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，IT產(chǎn)業(yè)的的不斷發(fā)展，應(yīng)用軟件層出不窮，在電子技術(shù)行業(yè)，運(yùn)用EDA軟件設(shè)計(jì)電路、程序、仿真等已是常規(guī)的開發(fā)手段，我們完全可以充分利用EDA軟件促進(jìn)我們的教學(xué)，解決實(shí)踐教學(xué)條件不足的問題，以下以應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)為例，說明EDA軟件在實(shí)踐教學(xué)起到的作用。［1］

二、應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)的主要實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)是很多高職院校開設(shè)的專業(yè)，課程體系大同小異，《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》、《單片機(jī)技術(shù)》是必有的課程。在教學(xué)中可以運(yùn)用EDA軟件進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的主要內(nèi)容如下：

模擬電子技術(shù)：二極管的特性及應(yīng)用，三極管的特性，各種集體管放大電路的特點(diǎn)及應(yīng)用，場效應(yīng)的特性，場效應(yīng)管放大電路的特點(diǎn)及應(yīng)用，負(fù)反饋電路的類型及特點(diǎn)，多級(jí)放大電路，電流源電路，差分電路，集成運(yùn)算放大器的特性，放大器構(gòu)成的運(yùn)算電路，比較器，波形轉(zhuǎn)換電路，振蕩電路，電源電路。

數(shù)字電子技術(shù)：邏輯門電路，編碼器，譯碼器，數(shù)碼管及譯碼器，數(shù)據(jù)選擇器，數(shù)據(jù)分配器，加法器，比較器，觸發(fā)器，計(jì)數(shù)器，寄存器，AD/DA轉(zhuǎn)換電路，555定時(shí)器電路。

單片機(jī)技術(shù)：計(jì)數(shù)器/定時(shí)器工作原理及其應(yīng)用編程，MCS-51中斷系統(tǒng)及其應(yīng)用編程，串行通信接口及其應(yīng)用編程，A/D與D/A轉(zhuǎn)換接口及其應(yīng)用編程，MCS-51單片機(jī) 指令系統(tǒng)，匯編語言程序設(shè)計(jì)方法，時(shí)鐘電路與復(fù)位電路 ，并行I/O口與總線擴(kuò)展。［2］

三、電路EDA軟件介紹

電子技術(shù)EDA軟件可以用來仿真，進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證電路分析的理論結(jié)果。在全世界范圍內(nèi)，電路仿真領(lǐng)域有很多EDA軟件，有的軟件是基于復(fù)雜的電子工程設(shè)計(jì)，電路軟件大，操作過于復(fù)雜。還有的仿真軟件，功能單一，仿真結(jié)果不夠準(zhǔn)確。在眾多的EDA軟件中，只有夠用、適用、操作簡單的軟件才能作為實(shí)踐教學(xué)的輔助軟件?！赌M電子技術(shù)》課程和《數(shù)字電子技術(shù)》課程主要講解基本器件的特性、功能及應(yīng)用，模擬、數(shù)字電路的組成、功能及應(yīng)用。美國Cadence公司的PSPice軟件是最為流行的模擬電路仿真軟件，最早的PSPice軟件是Microsim公司開發(fā)的，后來被ORCAD公司收購，ORCAD公司又被現(xiàn)在的Cadence公司收購。由于PSPice軟件的功能太過于強(qiáng)大，對(duì)于教學(xué)來說稍顯復(fù)雜。而Multisim軟件是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，NI公司此前收購了開發(fā)過EWB電路仿真軟件的一家加拿大公司。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合模擬電路、數(shù)字電路的教學(xué)。

除了模擬/數(shù)字電路的仿真設(shè)計(jì)，還有單片機(jī)電路及程序的仿真設(shè)計(jì)。單片機(jī)C程序或匯編程序的開發(fā)在國內(nèi)80%以上的人都會(huì)選擇美國Keil公司（2005年被ARM公司收購）開發(fā)的Keil μVision4。把Keil μVision4生成的HEX文件植入到單片機(jī)仿真單片機(jī)電路，則需要另一款軟件proteus，它是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件。proteus是世界上著名單片機(jī)電路仿真軟件，它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。除此以外，還有Protel99及升級(jí)版Altium Design，Quartus Ⅱ軟件分別在PCB設(shè)計(jì)、VHDL邏輯設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用。

四、電路EDA軟件對(duì)教學(xué)的促進(jìn)

1．電路EDA軟件對(duì)課堂教學(xué)的促進(jìn)

由于多媒體教學(xué)的普及，現(xiàn)在高職院校的普通教室中，幾乎都安裝了多媒體，這給老師在課堂上通過多媒體運(yùn)用EDA軟件現(xiàn)場演示虛擬實(shí)驗(yàn)提供了幫助，大大的提高了理論教學(xué)效果。過去的普通教室只有黑板，在教授理論課的時(shí)候，很難現(xiàn)場通過實(shí)驗(yàn)來演示電路的功能或電路的輸出波形，要結(jié)合實(shí)踐或聯(lián)系實(shí)際就要到實(shí)驗(yàn)室，在功能上實(shí)驗(yàn)室和普通教室是完全分開的。現(xiàn)在的多媒體教室，老師不僅能通過仿真軟件演示虛擬實(shí)驗(yàn)，還能在機(jī)房通過中控系統(tǒng)，指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用EDA軟件邊學(xué)邊做。

2．提高實(shí)驗(yàn)效率

無論是應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)的模擬電路和數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)，還是單片機(jī)控制電路實(shí)驗(yàn)，電路連線都是一個(gè)主要的操作步驟。學(xué)生在連線過程中，由于隨意的拔、拉、扯線，連接線內(nèi)部容易斷，非常隱蔽；還有連接線插頭插入插孔的時(shí)候，由于沒有插緊容易造成接觸不良或脫線；電路搭建過程中，還會(huì)出現(xiàn)連接線錯(cuò)誤的情況。一但實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)以上問題，就會(huì)造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果錯(cuò)誤。連線和排查連線故障會(huì)占用好多時(shí)間，或浪費(fèi)老師的精力去幫學(xué)生解決問題。再加上實(shí)驗(yàn)室本來就很緊張，讓學(xué)生的實(shí)踐學(xué)習(xí)效率大打折扣。如果運(yùn)用仿真軟件，利用軟件的便捷性、多功能性，則可以很輕松的在同樣的時(shí)間內(nèi)完成更多的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生有更多的時(shí)間去分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)象。

3．節(jié)省實(shí)踐教學(xué)成本

應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器主要包括多輸出直流電源、信號(hào)發(fā)生器、示波器、各種實(shí)驗(yàn)箱等，一套設(shè)備至少5000元。而且模擬電路實(shí)驗(yàn)室、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)室和單片機(jī)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室功能單

一，不能重復(fù)，由于課程的進(jìn)度的基本一致，會(huì)造成實(shí)驗(yàn)室在有的時(shí)間會(huì)閑置，有的時(shí)候擁擠不堪。為了解決實(shí)驗(yàn)室緊張的問題，很多學(xué)校只有加大投入，建設(shè)多個(gè)實(shí)驗(yàn)室，大大的增加了實(shí)踐教學(xué)成本。如果運(yùn)用EDA軟件做一些虛擬實(shí)驗(yàn)，在機(jī)房就可以開展，少了一些教學(xué)成本的投入。

五、電路EDA軟件的局限

即使EDA軟件能進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，也不能代替真的電路實(shí)驗(yàn)，必要的感性認(rèn)識(shí)比不可少。用EDA軟件進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，只能作為在實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充。除此之外，電路仿真軟件也不能仿真所有的真實(shí)電子工程，如音響電路，電動(dòng)機(jī)控制電路，傳感器電路等。軟件仿真一些基本常規(guī)的電路還可以，仿真其他電路的結(jié)果也不一定準(zhǔn)確無誤，以上情況都給電路EDA軟件在實(shí)踐教學(xué)上的應(yīng)用帶來局限。

六、小結(jié)

高職教育對(duì)實(shí)踐教學(xué)在教學(xué)中所占的比重要求高，高職院校的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的投入大，財(cái)政收入?yún)s比不上本科院校，讓高職院校的實(shí)驗(yàn)室非常緊張，正因?yàn)闆]有充足的實(shí)踐教學(xué)條件，就降低了高職院校的教學(xué)質(zhì)量。仿真軟件的應(yīng)用，可以緩解實(shí)驗(yàn)室資源緊缺的狀況，但是電路EDA軟件并不能完全替代實(shí)驗(yàn)室，只能作為實(shí)驗(yàn)室的補(bǔ)充。

參考文獻(xiàn)：

［1］鄧媛媛.用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)優(yōu)化計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備教學(xué)的方法探析［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2010，（12）.

［2］何靜.虛擬化技術(shù)在高校計(jì)算機(jī)類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.電腦迷，2014，（5）.