虛擬仿真技術(shù)在電子信息類專業(yè)的教學(xué)探索研究

成世龍

摘 要：近些年來，虛擬仿真技術(shù)在電子信息類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用日趨深入。利用虛擬仿真技術(shù)，有助于促進(jìn)課堂教學(xué)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，提升電子信息類專業(yè)教學(xué)的效果，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，因此，其已成為電子信息類專業(yè)教學(xué)改革的重要方向之一。本文結(jié)合虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，結(jié)合實(shí)例探討電子信息類專業(yè)教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；電子信息類專業(yè)；教學(xué)

虛擬仿真技術(shù)，是一種借助于計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形處理，實(shí)現(xiàn)圖像再現(xiàn)的方法，將其引入電子信息類專業(yè)教學(xué)中，有助于提高教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生興趣，拓展學(xué)生的知識(shí)面，豐富課堂的教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新意識(shí)與能力。

一、虛擬仿真技術(shù)及其在電子信息類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

虛擬仿真技術(shù)在電子信息類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是虛擬儀器，二是仿真。其中，虛擬儀器利用“軟件即儀器”的思路，借助于虛擬仿真軟件，實(shí)現(xiàn)了一系列儀器的功能。仿真是指借助于模型開展電子信息類實(shí)驗(yàn)，通過仿真軟件等的模擬功能，模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境與過程，達(dá)到教學(xué)實(shí)踐與理論相結(jié)合的目的。

虛擬仿真技術(shù)在電子信息類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的以教師為中心的單項(xiàng)輸入式教學(xué)模式，通過指導(dǎo)性的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與自主學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了學(xué)生的主體地位，最大化地節(jié)約實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，打破了時(shí)空的限制，可在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間進(jìn)行電路仿真，便于利用便攜式硬件及虛擬儀器驗(yàn)證仿真結(jié)果，極大地提升了實(shí)驗(yàn)效果。學(xué)生可以借助于虛擬仿真技術(shù)迅速完成實(shí)驗(yàn)，避免了大量枯燥的反復(fù)操作，提升了教學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)量、顯示精度，節(jié)約了該環(huán)節(jié)所需時(shí)間，為學(xué)生提供了更多實(shí)驗(yàn)探索設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，同時(shí)，還確保了實(shí)驗(yàn)過程的安全性。

二、電子信息類專業(yè)教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)的典型應(yīng)用

1.Multisim軟件

該軟件是NI公司所研發(fā)的一款專業(yè)化電子仿真軟件，具有操作簡(jiǎn)便、易上手等優(yōu)勢(shì)，其元器件十分豐富，而虛擬實(shí)驗(yàn)儀器更是功能強(qiáng)大，不僅提供了萬用表、示波器等多種常用儀器，還兼具虛擬網(wǎng)絡(luò)分析、頻譜分析等功能，操作方便。該軟件在電路類課程中的應(yīng)用十分廣泛，由于通信電子線路課程具有較大的難度，理論知識(shí)過于抽象，因此，理論教學(xué)無法使學(xué)生深刻地理解。若想采用專業(yè)化通信設(shè)備，就要投入龐大的資金，這也是很多學(xué)校無法承擔(dān)的，因此，可以借助于虛擬仿真軟件模擬實(shí)驗(yàn)過程。

例如，在講解調(diào)制解調(diào)器時(shí)，為了幫助學(xué)生理解三種調(diào)制，可以利用Multisim軟件進(jìn)行二極管橋型調(diào)幅電路的繪制，借助于“虛擬示波器”XSC1，就調(diào)幅信號(hào)所觀測(cè)到的波形進(jìn)行展示，這樣學(xué)生可以清晰地看到波形變化與調(diào)載幅度變化保持一致，頻率、相位并沒有發(fā)生變化，學(xué)生可以對(duì)任意參數(shù)進(jìn)行修改，并對(duì)波形變化規(guī)律進(jìn)行觀察，無需擔(dān)心會(huì)對(duì)測(cè)試儀器造成破壞。利用該軟件幫助學(xué)生學(xué)會(huì)如何使用虛擬示波器，再碰到實(shí)物示波器時(shí)，學(xué)生就能從容地操作了。

2.Proteus軟件

該軟件包括ISIS、ARES兩個(gè)軟件，其中，ISIS是一款電子系統(tǒng)仿真軟件，能夠?qū)δM、數(shù)字、模數(shù)混合電路進(jìn)行仿真，并對(duì)微控制器系統(tǒng)及其電子元器件進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)了軟硬件的充分結(jié)合與實(shí)時(shí)仿真。以單片機(jī)課程中的LED點(diǎn)陣為例，其雖然結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但加上驅(qū)動(dòng)電路，要想使學(xué)生理解其顯示原理仍較困難?？梢岳肞roteus軟件，繪制8×8點(diǎn)陣電路圖，點(diǎn)陣行采用74LS245作為驅(qū)動(dòng)，由P2口進(jìn)行控制，點(diǎn)陣列由P1口進(jìn)行控制，并動(dòng)態(tài)顯示出來，再將源代碼裝入單片機(jī)，即可實(shí)現(xiàn)模擬仿真。采用該軟件仿真極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的興趣，便于其更好地理解LED顯示原理。

3.MAX+plus II軟件

該軟件包括設(shè)計(jì)輸入、處理、校驗(yàn)、編程下載等四大部分，提供諸如VHDL、AHDL等多種硬件設(shè)計(jì)的輸入語言功能。該軟件為硬件編程提供了條件，實(shí)現(xiàn)了硬件的在線升級(jí)，可以根據(jù)自身需求設(shè)計(jì)出獨(dú)一無二的集成電路，因而在數(shù)字電子技術(shù)課程中有廣泛的應(yīng)用。例如，在設(shè)計(jì)一位全加器時(shí)，包括三種輸入ain、bin、cin和兩個(gè)輸出sum、cout，通過繪制其內(nèi)部原理圖，軟件可自動(dòng)生成全加器邏輯符號(hào)，并對(duì)其邏輯波形進(jìn)行觀察。通過對(duì)波形時(shí)序關(guān)系進(jìn)行分析，明確所設(shè)計(jì)全加器是否存在錯(cuò)誤，是否需要修正。若無問題，可以選擇菜單中的芯片型號(hào)，如選取EPM7128SLC84-15芯片，并對(duì)管腳重新加以分配、定位，將編程進(jìn)行下載，完成操作過程。

三、結(jié)語

如今，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)成為創(chuàng)新型電子信息類專業(yè)人才培養(yǎng)的必要手段。通過虛實(shí)結(jié)合、虛實(shí)互補(bǔ)模式，提高學(xué)生綜合應(yīng)用、工程實(shí)踐與創(chuàng)新的能力，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了電子信息類專業(yè)教學(xué)資源的開放化與深度共享，全面提高電子通信類專業(yè)的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

程思寧，耿強(qiáng)，姜文波，占永寧.虛擬仿真技術(shù)在電類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013，21（7）：213-215.

基金項(xiàng)目：2015年度廣西職業(yè)教育教改項(xiàng)目、基于虛擬仿真技術(shù)的電子信息類專業(yè)實(shí)訓(xùn)體系的研究與建設(shè)。