虛擬仿真在電子類實驗教學(xué)中的應(yīng)用

馬洪華+丁巖巖

摘要：隨著時代的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前社會的發(fā)展，對此，我國教育部門根據(jù)這種情況開展了新一輪教育改革工作。在電子類實驗教學(xué)中引入虛擬仿真技術(shù)是實驗教學(xué)主要發(fā)展趨勢。虛擬仿真技術(shù)具有開放性、靈活性的特點，將實際與理論結(jié)合，提高實現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量與效率，同時也是我國未來實驗教學(xué)改革主要發(fā)展方向。本文對虛擬仿真在電子類實驗教學(xué)中的應(yīng)用進行了簡單的分析。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；電子類實驗教學(xué)；應(yīng)用

TP391.9；TN0-4；G642

一、虛擬仿真技術(shù)的概念與優(yōu)勢

虛擬仿真技術(shù)在電子類實驗教學(xué)中的應(yīng)用主要有兩種方面：虛擬儀器技術(shù)和仿真。最早虛擬儀器這個概念是由美國儀器公司提出的，其主要含義就是“軟件就是儀器”通過對應(yīng)的軟件來實現(xiàn)儀器的主要功能。在使用過程中利用LabvIEW編寫虛擬的儀器面板，將各種數(shù)據(jù)信息采集設(shè)備和軟件的仿真平臺搭建出一個不同的仿真系統(tǒng)。仿真則是利用模型進行實驗，對電路環(huán)境與電路過程中進行模擬，得到真正實驗的全過程。虛擬仿真技術(shù)的核心內(nèi)容就是將虛擬與實際結(jié)合，從而達到最佳的實驗教學(xué)效果。同時，在虛擬仿真技術(shù)在使用過程中有以下幾種優(yōu)勢

（一）節(jié)約成本

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式創(chuàng)新中需要不斷的增加各種教學(xué)儀器設(shè)備，增加教學(xué)成本，而且要想進行實驗只能在實驗室進行。虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)更好的解決了這些問題，在教學(xué)過程中只需要具備仿真軟件計算機就能在任意地點進行實驗，方便教師教學(xué)。

（二）理論與實際結(jié)合，激發(fā)學(xué)生興趣

虛擬仿真技術(shù)可以將虛擬與實現(xiàn)結(jié)合，學(xué)生在接受新知識時還鍛煉了學(xué)生的動手實踐能力。將實驗教學(xué)內(nèi)容以更直觀的形象展現(xiàn)出來，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率。

（三）實驗平臺的統(tǒng)一性和可恢復(fù)性

在使用虛擬仿真技術(shù)時，可以將多門課程實驗進行統(tǒng)一，并為學(xué)生提供一個設(shè)計、原型、科學(xué)、發(fā)布的應(yīng)用平臺，這樣不會丟失原有的實驗信息，還會完成從原型設(shè)計到系統(tǒng)部署之前所有工作，從而將虛擬教學(xué)內(nèi)容與實際教學(xué)實驗的理論、知識更好的結(jié)合起來。

（四）教學(xué)內(nèi)容的靈活性與創(chuàng)新性

虛擬仿真技術(shù)不同于其他試驗箱數(shù)量固定的實驗內(nèi)容，在使用其技術(shù)時還會根據(jù)不同的需求搭建出一個不同的實驗電路，讓學(xué)生更直觀的了解教學(xué)內(nèi)容，同時還有利于教師開展一些綜合性與設(shè)計性的教學(xué)實驗，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

二、虛擬仿真技術(shù)在電子類實驗教學(xué)中的應(yīng)用

隨著電子技術(shù)快速發(fā)展以及教學(xué)內(nèi)容不斷的更新，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式已經(jīng)跟不上社會的發(fā)展，其中還存在著一些不足，虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)將實驗教學(xué)進行全新的完善，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。電子電路課程是電子類專業(yè)必修課程，其中包括了：電路分析、模擬器電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)。在這三門課程中虛擬電子技術(shù)被學(xué)生們認為是一個難度最大，理論性較強的的一門課程。一般來講，虛擬電子技術(shù)是與教學(xué)理念同步，有時也會落后于教學(xué)課堂。在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)過程中，學(xué)生對實驗的電路理論不夠了解，對實驗中可能出現(xiàn)的問題還沒有特別清楚，因此，對于多數(shù)學(xué)生來說，在實驗過程中一旦出現(xiàn)問題找不到任何的突破點，從而降低學(xué)習(xí)興趣。在虛擬仿真技術(shù)中以二階段有源低通濾波器為主的教學(xué)實驗可以幫助學(xué)生加深對知識的了解，鍛煉學(xué)生的動手動腦能力。

（一）二階有源濾波器的仿真實驗

在虛擬仿真技術(shù)中，常用的仿真軟件有：Multisim、Pspice、Proteus等。在此，本文對Multisim在虛擬仿真技術(shù)中的使用以二階有源濾波器電路進行了仿真。該技術(shù)操作簡單容易上手，它在使用過程中具有非常多的元器件、虛擬儀器，它的功能強大，在使用過程中還為學(xué)生提供專用的萬能表、示波器等常用儀表設(shè)備，而且還為學(xué)生提供了虛擬仿真技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀等儀器設(shè)備。二階有源濾波器在教學(xué)過程中具有仿真的電路圖，只需要在使用時輸入信號頻率和幅度，就可以通過濾波器的示波器進行觀察，并讓學(xué)生做出總結(jié)。同時，在使用時還可以利用波特圖測試儀，設(shè)定使用頻率的反問，保證學(xué)生可以更加直觀的觀看到二階有源低通濾波器的頻率響應(yīng)線，學(xué)生在上課過程中就可以通過幅頻特性曲線找到濾波器的頻率。這樣，學(xué)生就可以搭建出一個更為實際的電路，進行實驗，從而總結(jié)出自己所得結(jié)果，并于教師交流。

（二）二階有源濾波器的實際電路測試

NI的ELVISⅡ是一個將軟件與硬件相結(jié)合的一套虛擬仿真技術(shù)實驗?zāi)Ｊ?。它集成?2種常用儀器，在使用過程中不需要任何的編程，同時還方便學(xué)生觀察。NI的ELVIS在實驗過程中可以通過USB與PC進行連接，方便學(xué)生調(diào)試。學(xué)生在實驗過程中只需要將電路在原型實驗板上進行連接，之后在通過對應(yīng)的儀器觀察軟面板，再通過計算機輸入、總結(jié)就可。同時還可以測試一些相關(guān)數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行保存。學(xué)生在實驗過程中可以大件二階有源濾波器的實際電路圖，在函數(shù)信號上發(fā)設(shè)定相應(yīng)的信號，并在示波器的軟軟面板上仔細觀察總結(jié)。所以，在Multisim在使用中可以更好的觀察仿真波形與實際電路波形，便于學(xué)生更好的了解實驗新知識。學(xué)生在實驗過程中只需要把重點放在電路的連接上，并對結(jié)果進行詳細分析，而且還不需要反復(fù)測試，在一定程度上提高了實驗的效果，同時還提高了教師的教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

總結(jié)：電子類學(xué)科是一個與信息技術(shù)緊密結(jié)合的一門學(xué)科，在信息技術(shù)發(fā)展的同時還為自身注入了全新的活力。虛擬仿真技術(shù)在電子類實驗教學(xué)過程中。需要結(jié)合科學(xué)理論對學(xué)生進行教育，不斷的培養(yǎng)學(xué)生懂理論、實踐能力超強的高素質(zhì)的基本要求，并為社會的發(fā)展做出巨大的貢獻。虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)，成功彌補了傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的不足，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。本文對虛擬仿真在電子類實驗教學(xué)中的應(yīng)用進行了簡單的研究，文中存在著一定的不足，希望專業(yè)人員加強對虛擬仿真在電子類實驗教學(xué)中的應(yīng)用的研究。